كل ما تحتاج معرفته عن قانون نيوتن الثالث في الفيزياء

ينص قانون نيوتن الثالث للحركة على أن لكل فعل رد فعل يساويه في المقدار، ويعاكسه في الاتجاه، فعندما يؤثر جسم بقوة ما على جسم آخر، فإن الجسم الآخر سيؤثر على الجسم الأول بقوة تساويها في المقدار، وتعاكسها في الاتجاه،¹ ولهذا فإن القوة لا تتواجد منفردة، بل دائمًا ما تكون على شكل أزواج تؤثر على بعضها البعض.²

معادلة قانون نيوتن الثالث

يمكن تمثيل قانون نيوتن الثالث رياضيًا بالصيغة الآتية:³

القوة المؤثرة من الجسم الأول على الثاني= – القوة المؤثرة من الجسم الثاني على الأول

وتستخدم الرموز الآتية للتعبير عنها باللغة العربية:

ق1 = ــ ق2

حيث إن:

• ق1_:القوة التي يؤثر بها الجسم الأول على الثاني وتقاس بالنيوتن.
• ق2: القوة التي يؤثر بها الجسم الثاني على الأول وتقاس بالنيوتن.
• إشارة السالب: تعبر عن الاتجاه المعاكس لاتجاه القوة الأولى.

أمثلة حياتية على قانون نيوتن الثالث

هناك العديد من التطبيقات على قانون نيوتن الثالث التي نشهدها كل يوم، وتتراوح هذه الأمثلة ما بين بديهيات حركة الجسم إلى تطبيقات علوم الفضاء، تعرف على بعضها فيما يأتي:⁴

• المشي: تؤثر قدم الشخص الذي يمشي بقوة نحو الخلف على الأرض، لتقوم الأرض بالتأثير بقوة معاكسة على قدمه تدفعه نحو الأمام.
• السباحة: يقوم الشخص الذي يسبح بدفع المياه بأيديه وأقدامه إلى الخلف، ليقوم الماء بدفع الشخص نحو الأمام كرد فعل.
• الطيور: تقوم الطيور باستخدام أجنحتها لدفع الهواء نحو الأسفل، فيقوم الهواء بدفعها بقوة معاكسة تساعد الطيور على التحليق إلى الأعلى.
• طيارات الهيلكوبتر: تقوم مروحيات الطيارة بدفع الهواء نحو الأرض، فيؤثر الهواء عليها بقوة عكسية تدفع الطائرة نحو الأعلى.
• حركة قوارب التجديف: يقوم الشخص بتحريك المجداف في الماء نحو الخلف لتنتج عن قوة التجديف قوة معاكسة تنتج من الماء، وتدفع القارب نحو الأمام.
• الصواريخ الفضائية: تعتمد الصواريخ الفضائية في حركتها على قانون نيوتن الثالث، حيث يؤثر احتراق الوقود في المحرك على سطح الأرض من خلال الغازات الساخنة التي ينتجها، فتؤثر الأرض بقوة مساوية في المقدار ومعاكسة في الاتجاه للغازات المرتطمة فيها، مما يدفع الصاروخ نحو الأعلى.
• إطلاق النار: عندما يقوم شخص بالضغط على الزناد، فإنه يؤثر على الطلقة بقوة دفع أمامية، فتؤثر الطلقة بقوة دفع عكسية على المسدس، فيتحرك المسدس باتجاه تلك القوة نحو الشخص.

أمثلة رياضية على قانون نيوتن الثالث

تعرف فيما يأتي على بعض الأمثلة الرياضية على قانون نيوتن الثالث للحركة:

المثال الأول

ما قيمة واتجاه رد فعل الأرض لشخص وزنه 800 نيوتن يقف عليها؟

الحل:

• يعد الوزن أحد التعابير المستخدمة للقوة، وبذلك فالوزن = القوة.
• نطبق قانون نيوتن الثالث للحركة: القوة التي يؤثر بها الشخص على الأرض = – القوة التي تؤثر بها الأرض على الشخص، وبالتالي فإن مقدار قوة دفع الأرض للشخص تساوي أيضًا 800 نيوتن.
• نجد اتجاه قوة رد الفعل، والتي تعاكس دائمًا اتجاه قوة الفعل، بحيث سيكون في هذه الحالة نحو الأعلى، لأن الشخص الواقف يدفع الأرض نحو الأسفل، وهي تدفعه نحو الأعلى.

المثال الثاني

ما قيمة واتجاه رد فعل كرة بيسبول عند صدها بالمضرب بقوة مقدارها 20 نيوتن باتجاه اليمين؟

الحل:

• نطبق قانون نيوتن الثالث للحركة: القوة التي يؤثر بها المضرب على الكرة = – القوة التي تؤثر بها الكرة على المضرب، وبالتالي فإن مقدار قوة رد الفعل تساوي أيضًا 20 نيوتن.
• نجد اتجاه قوة رد الفعل، والتي تعاكس دائمًا اتجاه قوة الفعل، بحيث سيكون في هذه الحالة إلى اليسار، لأن المضرب صد الكرة نحو اليمين.

المثال الثالث

يقوم شخص بتحريك قارب باستخدام مجدافين، فإذا كانت كتلة القارب 100 كيلوغرام وتسارعه نحو الأمام 5 (متر/ث^2)، فاحسب القوة التي يبذلها الشخص لتحريك المجداف الواحد.

الحل:

• نطبق قانون نيوتن الثاني للحركة لإيجاد قوة دفع الماء للقارب:

القوة = الكتلة * التسارع

قوة دفع الماء التي يتحرك بفعلها القارب = كتلة القارب * تسارع القارب

القوة = 100 كغ * 5 (متر/ث^2) = 500 نيوتن

• نطبق قانون نيوتن الثالث للحركة لإيجاد القوة التي يبذلها الشخص على المجدافين:

قوة دفع الماء للقارب = – القوة التي يبذلها الشخص على المجدافين

القوة التي يبذلها الشخص على المجدافين = – 500 نيوتن، بحيث تعبر الإشارة السالبة عن اتجاه القوة نحو الخلف (عكس اتجاه حركة القارب).

• نجد القوة التي يبذلها الشخص لتحريك المجداف الواحد والتي تساوي 500 / 2 = 250 نيوتن
• القوة التي يبذلها الشخص لتحريك المجداف الواحد تعادل 250 نيوتن نحو الخلف.