لِمَاذَا تَتَحَرَّكُ الأَشْيَاءُ وَتَتَوَقَّفُ؟
تستكشف كوكو مع أولو سبب حركة الأشياء وتوقفها، وتتعرف على مفهومي القوة والاحتكاك بطريقة ممتعة وبسيطة.
About this story
تستكشف كوكو مع أولو سبب حركة الأشياء وتوقفها، وتتعرف على مفهومي القوة والاحتكاك بطريقة ممتعة وبسيطة.
What you'll learn
- فهم أن القوة هي دفع أو سحب
- معرفة أن القوة تُحدث الحركة
- التعرف على الاحتكاك وتأثيره في إبطاء الحركة
- ربط الأمثلة اليومية بمفاهيم الفيزياء البسيطة
يَا كُوكُو، تَبْدِينَ غَارِقَةً فِي التَّفْكِيرِ اليَوْمَ. مَا الَّذِي يَشْغَلُ بَالَكِ؟
أُولُو، حَدَثَ شَيْءٌ غَرِيبٌ فِي الحَدِيقَةِ أَمْسِ. رَكَلْتُ كُرَتِي بِقُوَّةٍ شَدِيدَةٍ، فَتَدَحْرَجَتْ بَعِيدًا، ثُمَّ تَوَقَّفَتْ فَجْأَةً. لِمَاذَا تَتَوَقَّفُ؟ أَنَا لَمْ أَطْلُبْ مِنْهَا ذَلِكَ!
هَذَا مِنْ أَجْمَلِ الأَسْئِلَةِ فِي عِلْمِ الفِيزْيَاءِ يَا كُوكُو. الجَوَابُ يَتَعَلَّقُ بِالقُوَى. كُلُّ شَيْءٍ يَتَحَرَّكُ أَوْ يَتَوَقَّفُ بِسَبَبِ قُوَّةٍ مَا.
وَمَا هِيَ القُوَّةُ بِالضَّبْطِ؟
القُوَّةُ هِيَ دَفْعٌ أَوْ سَحْبٌ. عِنْدَمَا رَكَلْتِ الكُرَةَ، دَفَعَتْهَا قَدَمُكِ. ذَلِكَ الدَّفْعُ قُوَّةٌ، وَهُوَ مَا جَعَلَ الكُرَةَ تَتَحَرَّكُ.
حَسَنًا، إِذَنْ رَكْلَتِي كَانَتِ القُوَّةَ الَّتِي بَدَأَتِ الحَرَكَةَ. لَكِنْ مَا الَّذِي أَوْقَفَهَا؟ أَنَا لَمْ أَدْفَعْهَا إِلَى الوَرَاءِ.
إِجَابَةٌ صَحِيحَةٌ تَمَامًا. شَيْءٌ آخَرُ دَفَعَهَا بِالمُقَابِلِ. يُسَمَّى هَذَا الشَّيْءُ الاحْتِكَاكَ. الاحْتِكَاكُ قُوَّةٌ تُعَاكِسُ الحَرَكَةَ وَتُبْطِئُهَا.
الاحْتِكَاكُ! إِذَنِ الأَرْضُ كَانَتْ تَدْفَعُ الكُرَةَ بِالمُقَابِلِ طَوَالَ الوَقْتِ؟
بِالضَّبْطِ. تَحْتَكُّ الأَرْضُ بِالكُرَةِ أَثْنَاءَ تَدَحْرُجِهَا. هَذَا الاحْتِكَاكُ يَسْحَبُ الطَّاقَةَ مِنَ الكُرَةِ حَتَّى تَتَوَقَّفَ تَمَامًا.
هَذَا شَيْءٌ مَاكِرٌ! كَانَتِ الأَرْضُ تُقَاوِمُ رَكْلَتِي طَوَالَ الوَقْتِ وَلَمْ أَشْعُرْ بِذَلِكَ إِطْلَاقًا.
أُحِبُّ طَرِيقَتَكِ فِي التَّعْبِيرِ. هُنَاكَ عَالِمٌ اكْتَشَفَ كُلَّ هَذَا مُنْذُ مِئَاتِ السِّنِينَ. اسْمُهُ إِسْحَاقُ نِيُوتُنَ.
نِيُوتُنُ؟ أَظُنُّ أَنِّي سَمِعْتُ هَذَا الاسْمَ مِنْ قَبْلُ. أَلَمْ تَكُنْ هُنَاكَ قِصَّةٌ عَنْ تُفَّاحَةٍ؟
نَعَمْ! تُرْوَى قِصَّةٌ أَنَّ نِيُوتُنَ كَانَ جَالِسًا تَحْتَ شَجَرَةِ تُفَّاحٍ حِينَ سَقَطَتْ تُفَّاحَةٌ فَأَصَابَتْهُ. جَعَلَهُ ذَلِكَ يَتَسَاءَلُ لِمَاذَا تَسْقُطُ الأَشْيَاءُ إِلَى الأَسْفَلِ بَدَلًا مِنْ أَنْ تَطِيرَ جَانِبًا.
تِلْكَ التُّفَّاحَةُ بَدَأَتْ ثَوْرَةً عِلْمِيَّةً كَامِلَةً بِمُجَرَّدِ سُقُوطِهَا عَلَى رَأْسِ أَحَدِهِمْ. هَذَا شَيْءٌ مُدْهِشٌ حَقًّا.
صَحِيحٌ تَمَامًا. كَتَبَ نِيُوتُنُ ثَلَاثَ قَوَاعِدَ تُسَمَّى قَوَانِينَ الحَرَكَةِ. تُفَسِّرُ هَذِهِ القَوَانِينُ لِمَاذَا تَتَحَرَّكُ الأَشْيَاءُ وَتَتَوَقَّفُ. دَعِينِي أُرِيكِ شَيْئًا فِي مُخْتَبَرِ العُلُومِ.
هَيَّا بِنَا. مَعِي كُرَةٌ زُجَاجِيَّةٌ نَاعِمَةٌ، وَسَطْحٌ خَشِنٌ مِنَ الإِسْفَنْجِ، وَسَطْحٌ آخَرُ مِنَ السَّجَّادِ. رَاقِبِي مَا يَحْدُثُ حِينَ أُدَحْرِجُ الكُرَةَ فَوْقَ كُلٍّ مِنْهَا.
يَا لَلْعَجَبِ! تَدَحْرَجَتْ بَعِيدًا جِدًّا عَلَى الطَّاوِلَةِ النَّاعِمَةِ، لَكِنَّهَا تَوَقَّفَتْ بِسُرْعَةٍ عَلَى السَّجَّادِ. السَّجَّادُ فِيهِ احْتِكَاكٌ أَكْثَرَ بِكَثِيرٍ مِنَ السَّطْحِ النَّاعِمِ!
بِالضَّبْطِ. يَقُولُ قَانُونُ نِيُوتُنَ الأَوَّلُ إِنَّ الجِسْمَ يَبْقَى مُتَحَرِّكًا مَا لَمْ تُوقِفْهُ قُوَّةٌ. عَلَى السَّطْحِ النَّاعِمِ، الاحْتِكَاكُ أَقَلُّ، فَتَتَدَحْرَجُ الكُرَةُ لِمُدَّةٍ أَطْوَلَ.
إِذَنْ لَوْ كَانَ الاحْتِكَاكُ صِفْرًا، مِثْلَ الفَضَاءِ الخَارِجِيِّ، فَإِنَّ الكُرَةَ سَتَظَلُّ تَتَحَرَّكُ إِلَى الأَبَدِ؟
هَذَا صَحِيحٌ تَمَامًا. فِي الفَضَاءِ، حَيْثُ لَا هَوَاءَ وَلَا سَطْحَ لِلاحْتِكَاكِ، تَتَحَرَّكُ الأَجْسَامُ فِي خَطٍّ مُسْتَقِيمٍ إِلَى الأَبَدِ إِلَّا إِذَا دَفَعَهَا أَوْ سَحَبَهَا شَيْءٌ.
هَذَا يُفَسِّرُ سَبَبَ دَوَرَانِ الأَقْمَارِ الصِّنَاعِيَّةِ بِاسْتِمْرَارٍ. لَا شَيْءَ يُوقِفُهَا! لَكِنِ انْتَظِرْ، مَا الَّذِي يَسْحَبُهَا لِتَدُورَ فِي دَائِرَةٍ؟ هَذَا لَيْسَ خَطًّا مُسْتَقِيمًا.
مُلَاحَظَةٌ رَائِعَةٌ. ذَلِكَ السَّحْبُ هُوَ الجَاذِبِيَّةُ. الجَاذِبِيَّةُ قُوَّةٌ أَيْضًا، وَهِيَ تَسْحَبُ القَمَرَ الصِّنَاعِيَّ بِاسْتِمْرَارٍ نَحْوَ الأَرْضِ، فَتُقَوِّسُ مَسَارَهُ.
إِذَنِ القَمَرُ الصِّنَاعِيُّ يَسْقُطُ دَائِمًا نَحْوَ الأَرْضِ، لَكِنَّهُ يَتَحَرَّكُ جَانِبًا بِسُرْعَةٍ كَبِيرَةٍ فَيُخْطِئُ الأَرْضَ بِاسْتِمْرَارٍ. هَذَا مُذْهِلٌ حَقًّا.
وَصَفْتِ الحَرَكَةَ المَدَارِيَّةَ بِشَكْلٍ رَائِعٍ. الآنَ، قَانُونُ نِيُوتُنَ الثَّانِي يُخْبِرُنَا بِشَيْءٍ آخَرَ. القُوَّةُ الأَكْبَرُ تَجْعَلُ الجِسْمَ يُسْرِعُ أَكْثَرَ. الإِسْرَاعُ يَعْنِي زِيَادَةَ السُّرْعَةِ.
إِذَنْ لَوْ رَكَلْتُ الكُرَةَ بِقُوَّةٍ أَكْبَرَ، فَإِنَّهَا سَتَتَحَرَّكُ أَسْرَعَ لِأَنِّي اسْتَخْدَمْتُ قُوَّةً أَكْبَرَ. وَالكُرَةُ الأَثْقَلُ تَحْتَاجُ رَكْلَةً أَقْوَى لِتَتَحَرَّكَ بِنَفْسِ السُّرْعَةِ.
بِالضَّبْطِ. القُوَّةُ وَالكُتْلَةُ وَالتَّسَارُعُ مُتَرَابِطَةٌ كُلُّهَا. الكُتْلَةُ تَعْنِي كَمِّيَّةَ المَادَّةِ فِي الجِسْمِ. كُلَّمَا زَادَتِ الكُتْلَةُ احْتَجْتِ إِلَى قُوَّةٍ أَكْبَرَ لِتُحَرِّكِيهِ.
لِهَذَا يَصْعُبُ دَفْعُ عَرَبَةِ التَّسَوُّقِ المُمْتَلِئَةِ، بَيْنَمَا يَسْهُلُ دَفْعُ العَرَبَةِ الفَارِغَةِ. العَرَبَةُ المُمْتَلِئَةُ لَدَيْهَا كُتْلَةٌ أَكْبَرُ!
مِثَالٌ رَائِعٌ. وَقَانُونُ نِيُوتُنَ الثَّالِثُ يَقُولُ إِنَّ لِكُلِّ فِعْلٍ رَدَّ فِعْلٍ مُسَاوِيًا لَهُ فِي المِقْدَارِ وَمُعَاكِسًا لَهُ فِي الاتِّجَاهِ. عِنْدَمَا تَرْكُلِينَ الكُرَةَ، تَدْفَعُ الكُرَةُ قَدَمَكِ أَيْضًا.
مَهْلًا، الكُرَةُ تَدْفَعُ قَدَمِي؟ أَنَا لَمْ أَشْعُرْ بِذَلِكَ أَبَدًا.
فِي الحَقِيقَةِ أَنْتِ تَشْعُرِينَ بِذَلِكَ. لِهَذَا السَّبَبِ رَكْلُ صَخْرَةٍ ثَقِيلَةٍ جِدًّا يُؤْلِمُ قَدَمَكِ. الصَّخْرَةُ تَدْفَعُكِ بِنَفْسِ القُوَّةِ الَّتِي دَفَعْتِهَا بِهَا تَمَامًا.
يَا لَلْعَجَبِ! لَمْ أُفَكِّرْ فِي الأَمْرِ بِهَذِهِ الطَّرِيقَةِ مِنْ قَبْلُ. إِذَنِ القُوَى تَعْمَلُ دَائِمًا فِي أَزْوَاجٍ، تَتَدَافَعُ فِي نَفْسِ الوَقْتِ.
قُلْتِ ذَلِكَ بِشَكْلٍ جَمِيلٍ. القُوَى مَوْجُودَةٌ فِي كُلِّ مَكَانٍ وَطَوَالَ الوَقْتِ. هِيَ سَبَبُ بَقَائِكِ فِي مَقْعَدِكِ، وَسَبَبُ تَحَرُّكِ الأَوْرَاقِ مَعَ الرِّيَاحِ، وَسَبَبُ طَيَرَانِ الصَّوَارِيخِ إِلَى الفَضَاءِ.
حَسَنًا، أَظُنُّ أَنِّي فَهِمْتُ الأَمْرَ. هَلْ يُمْكِنُنِي أَنْ أُحَاوِلَ تَلْخِيصَ كُلِّ ذَلِكَ؟
إِذَنْ، تَتَحَرَّكُ الأَشْيَاءُ لِأَنَّ قُوَّةً تَدْفَعُهَا أَوْ تَسْحَبُهَا. وَتَتَوَقَّفُ لِأَنَّ قُوَّةً أُخْرَى، مِثْلَ الاحْتِكَاكِ، تَدْفَعُهَا بِالمُقَابِلِ. اكْتَشَفَ نِيُوتُنُ ثَلَاثَةَ قَوَانِينَ حَوْلَ هَذَا الأَمْرِ. أَوَّلًا، تَبْقَى الأَشْيَاءُ مُتَحَرِّكَةً مَا لَمْ تُوقِفْهَا قُوَّةٌ. ثَانِيًا، القُوَى الأَكْبَرُ تَجْعَلُ الأَشْيَاءَ تُسْرِعُ أَكْثَرَ، وَالأَشْيَاءُ الأَثْقَلُ تَحْتَاجُ قُوَّةً أَكْبَرَ. ثَالِثًا، كُلُّ دَفْعَةٍ تُقَابِلُهَا دَفْعَةٌ مُعَاكِسَةٌ. وَالجَاذِبِيَّةُ قُوَّةٌ أَيْضًا، وَلِهَذَا تَسْقُطُ الأَشْيَاءُ وَتَدُورُ الأَقْمَارُ الصِّنَاعِيَّةُ. بِاخْتِصَارٍ، القُوَى هِيَ الَّتِي تُدِيرُ كُلَّ شَيْءٍ، وَكُرَتِي لَمْ تَكُنْ لَهَا فُرْصَةٌ أَمَامَ الأَرْضِ.
كَانَ ذَلِكَ تَلْخِيصًا رَائِعًا يَا كُوكُو. فِي المَرَّةِ القَادِمَةِ، يُمْكِنُنَا أَنْ نَسْتَكْشِفَ كَيْفَ يَسْتَخْدِمُ المُهَنْدِسُونَ هَذِهِ القَوَانِينَ نَفْسَهَا لِتَصْمِيمِ الأَلْعَابِ المُتَحَرِّكَةِ أَوِ الصَّوَارِيخِ. القَوَاعِدُ نَفْسُهَا تَنْطَبِقُ فِي كُلِّ مَكَانٍ.
قُوًى فِي أَلْعَابِ المُدِينَةِ الترفِيهِيَّةِ؟ أُولُو، سَنَتَحَدَّثُ عَنْ هَذَا فِي المَرَّةِ القَادِمَةِ بِكُلِّ تَأْكِيدٍ. لَدَيَّ بِالفِعْلِ أَسْئِلَةٌ كَثِيرَةٌ جِدًّا.
