ما القوة المحصلة؟
القوة المحصلة هي مجموع القوى المؤثرة في جسم مع مراعاة الاتجاهات. إذا كانت القوى في الاتجاه نفسه نجمعها، وإذا كانت متعاكسة نطرح الأصغر من الأكبر. القوة المحصلة هي التي تحدد التسارع حسب:
\( F_{net} = ma \)
مثال
إذا أثرت قوة 25 n إلى اليمين وقوة 10 n إلى اليسار في صندوق، فإن المحصلة:
\( 25 - 10 = 15 \; n \)
إلى اليمين. أما إذا كانت القوتان 20 n و20 n في اتجاهين متعاكسين، فالمحصلة صفر.
ما الاتزان؟
الاتزان يعني أن القوة المحصلة تساوي صفرًا، وبالتالي التسارع يساوي صفرًا. لكن هذا لا يعني أن الجسم ساكن دائمًا؛ فقد يكون ساكنًا أو متحركًا بسرعة ثابتة في خط مستقيم.
الاتزان الساكن والحركي
- الاتزان الساكن: الجسم ساكن والقوى متزنة، مثل كتاب على طاولة.
- الاتزان الحركي: الجسم يتحرك بسرعة ثابتة والقوى متزنة، مثل سيارة تسير بسرعة ثابتة عندما تتوازن قوة المحرك مع قوى المقاومة.
الوزن والقوة العمودية
الجسم الموضوع على سطح أفقي تؤثر فيه قوة الوزن إلى أسفل وقوة عمودية من السطح إلى أعلى. إذا كان الجسم لا يتسارع رأسيًا، فإن القوة العمودية تساوي الوزن مقدارًا وتعاكسه اتجاهًا.
الوزن الحقيقي والوزن الظاهري
الوزن الحقيقي:
\( W = mg \)
أما الوزن الظاهري فهو ما يشعر به الجسم أو ما يقرؤه الميزان، وغالبًا يرتبط بالقوة العمودية.
مثال المصعد
شخص كتلته 60 kg داخل مصعد، وباعتبار \( g = 10 \; m/s² \)، يكون وزنه الحقيقي:
\( W = 60 \times 10 = 600 \; n \)
إذا تسارع المصعد إلى أعلى بمقدار 2 m/s²، فإن قراءة الميزان:
\( N = m(g + a) = 60(10 + 2) = 720 \; n \)
وإذا تسارع إلى أسفل بالمقدار نفسه:
\( N = 60(10 - 2) = 480 \; n \)
انعدام الوزن
انعدام الوزن لا يعني اختفاء الجاذبية، بل يعني أن الجسم لا يشعر بقوة داعمة أو عمودية. في السقوط الحر، الجسم والميزان يسقطان معًا، فتكون قراءة الميزان صفرًا تقريبًا. رواد الفضاء في المدار يشعرون بانعدام وزن ظاهري لأنهم ومركباتهم في سقوط مستمر حول الأرض.
أخطاء شائعة
- اعتبار الاتزان معناه السكون فقط.
- الاعتقاد أن انعدام الوزن يعني عدم وجود جاذبية.
- الخلط بين الوزن الحقيقي وقراءة الميزان.
- نسيان الاتجاه عند جمع القوى.
خلاصة
القوة المحصلة هي مفتاح فهم الاتزان والتسارع. إذا كانت صفرًا فلا يوجد تسارع، وإذا لم تكن صفرًا يتسارع الجسم. وانعدام الوزن حالة وزن ظاهري لا حالة اختفاء للجاذبية، وهذه فكرة مهمة جدًا في مسائل المصعد والسقوط الحر.