قوة

تعرف القوة في الفيزياء على أنها مؤثر يؤثر على الأجسام فيسبب تغييراً في حالته أو اتجاهه أو موضعه أو حركته. وهي نسبة تغير الزخم بالنسبة للزمن. القوى هي كميات متجهة (لها مقدار واتجاه)، وتسبب في تعجيل الجسم بمقدار معين. عرف القوة أولاً ارخميدس في القرن الثالث قبل الميلاد، ولكن إسحاق نيوتن علم بمبادئ القوة الرياضية في القرن 17. تقاس القوى بوحدة النيوتن.

حسب قانون نيوتن الثاني، لمعرفة القوة تستخدم المعادلة التالية:

القوة = الكتلة × التسارع

إذا كانت العجلة تساوي عجلة الجاذبية الأرضية (9.8 متر/ثانية)، يمكن حساب الوزن كالتالي:

الوزن = 9.8 × الكتلة

القوة هي أيضاً نسبة تغير الزخم بالنسبة للزمن:

$\vec{F} = {\mathrm{d}\vec{p} \over \mathrm{d}t} = m\vec{a}$

حيث: F = القوة، p = الزخم، t = الزمن، m = الكتلة، a = التسارع.

مفهوم القوة قبل نيوتن

في القدم كان مفهوم القوة مرتبطاً بعمل الآلات البسيطة. فمن المزايا الميكانيكية للآلات البسيطة أنها تسمح بآداء نفس العمل باستخدام قوة أقل. وقد قام أرخميدس بتحليل خصائص هذه القوى وأشتهر بصياغة ما يخص قوى الطفو في السوائل.

قدم أرسطو مناقشة فلسفية لمفهوم القوة. فمن وجهة نظره أن العالم الطبيعي يحتوي أربعة عناصر ويوجد لكل عنصر حالة طبيعية. وقد أعتقد بأن الحالة الطبيعة للعناصر ذات الكتلة هي أن تكون عديمة الحركة وعلى الأرض، وأنها تميل لهذه الحالة أذا تركت وشأنها. وقد فرق أرسطو بين الميل الداخلي للعتاصر لإيجاد مكانها الطبيعي (مثلاً سقوط الأجسام الثقيلة)، وهو ما يؤدي إلى الحركة الطبيعية، وما بين الحركة الغير طبيعية والتي تسلتزم تطبيق مستمر للقوة.

الميكانيكا النيوتونية

سعى إسحق نيوتن إلى تحقيق قانون يصف حركة جميع الأجسام استناداً إلى عطالته والقوى المؤثرة عليه.وقام بذلك بتطبيق قوانين المصونية. وفي سنة 1687 أصدر كتابه كتاب الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية. وقد شمل هذا الكتاب قوانين الحركة الثلاث، والتي ما زالت إلى اليوم تستخدم لوصف القوى المؤثرة في الفيزياء.

قانون نيوتن الأول

ينص القانون الأول على أن الجسم الساكن يبقى ساكنا ما لم تؤثر عليه قوة تحركه، وكذلك الجسم المتحرك بسرعة ثابتة يستمر في حركته بسرعة ثابتة مالم تؤثر عليه قوة خارجية. ويأتي هذا القانون كامتداد لرؤية غاليليو غاليلي والذي يرى أن السرعة ثابتة مرتبطة بنقص في محصلة القوى

قانون نيوتن الثاني

ينص على أن جسم ذو كتلة ك تحت تأثير قوة ق يكتسب تسارع ت وفقاً للقانون التالي:

$\vec{F}=m\vec{a}$

حيث: F = القوة، m = الكتلة، a = التسارع.

قانون نيوتن الثالث

ينص على أن أي قوة تؤثر على جسم ما فإن الجسم يؤثر بقوة أخرى مساوية في المقدار للقوة الأولى ومعاكسة لها في الإتجاه.

القوى الأساسية

كل القوى في الكون تنتمي إلى أربعة قوى رئيسية. القوى القوية والضعيفة والتي تؤثر على مسافات قصيرة جداً، وهي المسؤولة عن الروابط بين الجسيمات دون الذرية. والقوة الكهرومغناطيسية التي تؤثر على الشحنات الكهربائية وقوة الجذب التي تؤثر على الكتل.

الجاذبية

أثبت جاليليو أن تسارع الجسم الساقط ثابت بغض النظر عن كتلة هذا الجسم. اليوم يسمى هذا التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية $\vec{g}$ وقيمته تساوي 9.81 متر لكل ثانية مربعة (عند مستوى سطح البحر) واتجاهه يشير إلى مركز الأرض. هذا يعني أن قوة الجاذبية المؤثرة على جسم ما تتناسب طردياً مع كتلة الجسم. أي أن جسماً ذو كتلة m سيخضع لقوة وفقا للعلاقة التالية:

$\vec{F}=m\vec{g}$