قانون نيوتن الثالث للحركة، المعروف أيضًا بقانون الفعل ورد الفعل، هو أحد الركائز الأساسية في علم الفيزياء الكلاسيكية. تم تطويره بواسطة العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن في القرن السابع عشر، ويصف هذا القانون كيفية تفاعل الأجسام مع بعضها البعض من خلال القوى. يعتبر فهم هذا القانون ضروريًا لفهم العديد من الظواهر الفيزيائية التي تحدث من حولنا، بدءًا من حركة الصواريخ وصولًا إلى المشي على الأرض.
نص قانون نيوتن الثالث
ينص قانون نيوتن الثالث للحركة ببساطة على أنه: "لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه". بمعنى آخر، عندما يؤثر جسم ما بقوة على جسم آخر، فإن الجسم الثاني يؤثر بقوة مساوية ومعاكسة على الجسم الأول. هذه القوى تعمل على جسمين مختلفين.
هذا القانون يفسر ردة الفعل الناتجة عند التأثير بقوة من جسم ما على جسم آخر. أي أنه عند التأثير بقوة معينة في جسم ما فإنّ ذلك الجسم سيؤثّر فيه بقوّة بالمقابل تعادل القوّة المبذولة عليه وتعاكسها قي الاتجاه.
بعض الأمثلة التوضيحية:
- عندما تسحب الجاذبية الأرضية جسم الإنسان للأسفل، تدفع الأرض جسم الإنسان للأعلى بقوة مساوية.
- عندما تدفع عربة التسوق، فإنها تدفعك باتجاه معاكس.
- عندما تسحب حبلاً، فإنه يؤثر بقوة معاكسة عليك.
- الغازات الناتجة من الصاروخ عند إشعاله تدفع الصاروخ لأعلى؛ مما يسبب إنتاج تسارعه.
الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الثالث
رياضيًا، يمكن التعبير عن قانون نيوتن الثالث بالصيغة التالية:
FAB = - FBA
حيث:
- FAB: هي القوة المطبقة على الجسم B من الجسم A.
- FBA: هو رد الفعل الذي يحدثه الجسم B على الجسم A.
- (-): إشارة السالب تشير إلى أن القوة المؤثرة على A في اتجاه معاكس للقوة المؤثرة على B.
أمثلة على قانون نيوتن الثالث
إليك بعض الأمثلة المتنوعة التي توضح تطبيق قانون نيوتن الثالث في الحياة اليومية:
مثال 1: رجل في مصعد
إذا كان رجل يقف في مصعد، وكانت قوة الشد على أرضية المصعد تساوي 800 نيوتن، فكم قوة الأرضية المؤثرة على الرجل؟
الحل:
حسب قانون نيوتن الثالث، فإن قوة الشد على أرضية المصعد تساوي قوة الأرضية على الشخص، أي 800 نيوتن.
مثال 2: كتاب على كرسي
إذا كان الكتاب يبذل قوة على الكرسي لأسفل مقدارها 2 نيوتن، ويبذل الكرسي قوة على الأرض مقدارها 5 نيوتن، فكم القوة التي تبذلها الأرض لأعلى على الكرسي؟
الحل:
بناءً على قانون نيوتن الثالث، فإن لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. وبالتالي، فإن الأرض تمارس على الكرسي للأعلى قوة مقدارها نفس القوة التي يمارسها الكرسي على الأرض للأسفل، أي 5 + 2 = 7 نيوتن.
مثال 3: رجل معلق بحبل
إذا كان رجل معلقًا بحبل وكتلته 75 كجم، وتسارع الجاذبية = 9.8 م/ث²، فما هي قوة شد الحبل للأعلى؟
الحل:
- حساب قوة الشد للأسفل حسب قانون نيوتن الثاني: ق = الكتلة * التسارع
- 75 * 9.8 = 735 نيوتن.
- بناءً على قانون نيوتن الثالث، فإن قوة الشد لأعلى تساوي قوة الشد لأسفل في المقدار وتعاكسها في الاتجاه. أي تساوي -735 نيوتن. والسالب تشير إلى الاتجاه المعاكس.
مثال 4: أرنب يقفز على طاولة
يقفز أرنب على طاولة كتلته 4 كجم وكتلة الطاولة 25 كجم. ما مقدار القوة المؤثرة من الطاولة على الأرنب، علمًا بأن تسارع الجاذبية تقريبًا يساوي 10 م/ث²؟
الحل:
- القوة المطبقة بين الطاولة والأرنب تعتمد كليًا على كتلة الأرنب. لذا تعتبر كتلة الطاولة غير مهمة وسيتم إهمالها.
- مقدار القوة التي يؤثرها الأرنب على الطاولة = كتلة الأرنب * التسارع.
- 4 * 10 = 40 نيوتن.
- وبالتالي، القوة المؤثرة من الطاولة على الأرنب للأعلى حسب قانون نيوتن الثالث = -40 نيوتن. والسالب يدل على الاتجاه المعاكس.
الخلاصة
قانون نيوتن الثالث هو مبدأ أساسي يحكم تفاعلات القوى بين الأجسام. فهم هذا القانون يساعدنا على فهم العديد من الظواهر الفيزيائية من حولنا، بدءًا من الحركة اليومية وصولًا إلى التفاعلات المعقدة في الكون. تذكر دائمًا أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
