قطوف من التكست-بوكس | قانون نيوتن الأول

لازلنا مع التكست-بوك الخاص بـبول تِبلر وجين موسكا، وهنا أترجم مقطعا خاصا بالقانون الأول لنيوتن.

قالوا:

قانون نيوتن الأول: قانون الجمود

Newton’s First Law: The Law of Inertia

ادفع قطعة من ثلجٍ على سطح منضدة: ستراها تنزلق، ثم تقف. فإن كانت المنضدة مبتلَّة، سيبتعد الثلج أكثر قبل أن يتوقف. قبل گالِليو كان يُعتقد أنه لإبقاء جسم متحركًا بسرعة ثابتة فإن هناك حاجة لقوة دائمة (سواء أكانت قوة دفع أم جرٍّ). لكن گالِليو، ومن بعده نيوتن، قد أدرك أن إبطاء الأجسام في تجاربنا اليومية إنما هو معزوٌ إلى قوة الاحتكاك. فإن تم تقليل الاحتكاك، بات معدل الإبطاء ضعيفا. فبقعة ماء لها تأثر خاص في تقليل الاحتكاك جاعلة الجسم يسير مسافة كبيرة مع تغير طفيف في السرعة. وزعم گالِليو أنه إن استطعنا إلغاء جميع القوى الخارجة عن الجسم شاملا الاحتكاك، فإن سرعة الجسم لن تتغير أبدا — وهي طبيعة في المادة سماها بالجموع [أو القصور الذاتي]. ذلك الاستنتاج، مُعادًا من قِبل نيوتن كقانونه الأول، يسمى أيضا قانون الجمود [قانون القصور الذاتي].

الأطر المرجعية الجمودية

Inertial Reference Frame

قانون نيوتن الأول لا يميز بين جسم في سكون وبين جسم يتحرك بسرعة ثابتة (لا تساوي الصفر). كونُ الجسمِ يبقى في سكون أو في حركة ذات سرعة ثابتة يعتمد على الإطار المرجعي الذي يُراقَب الجسم من خلاله. هب أنك راكبٌ طائرةً تطير في صراط مستقيم على ارتفاع ثابت وأنك تضع كرة صغيرة على الصينية الخاصة بمقعدك (والتي هي أفقية). بالنسبة للطائرة، فإن الكرة باقية في سكون ما دامت الطائرة تكمل طيرانها بسرعة ثابتة بالنسبة للأرض. أما بالنسبة للأرض، فإن الكرة تظل تتحرك بنفس سرعة الطائرة.

والآن، هب أن الطيار قد سحب ذراع الوقود فأسرعت الطائرة فجأة نحو الأمام (بالنسبة للأرض). سترى أن الكرة على الصينية تبدأ بالدوران فجأة نحو الخلف، متسارعة (بالنسبة للطائرة) مع أنه ما من قوة أفقية تؤثر عليها.

الإطار المرجعي الذي يتسارع بالنسبة لإطار مرجعي جمودي ليس إطارًا مرجعيا جموديا. هكذا فإن قانون نيوتن الأول يعطينا الفيصل في تحديد ما إذا كان الإطارُ المرجعي إطارًا جموديا. في الواقع، إنه من المفيد التفكير في قانون نيوتن الأول على أنه تقرير يحدد الإطار المرجعي الجمودي.

إن ما كانت هناك قوة تؤثر على الجسم، فإن أي إطار مرجعي يظل فيه تسارع الجسم صفرًا يُعد إطارا مرجعيا جموديا.

الطائرةُ، حين تسيرة بسرعةٍ ثابتة، والأرضُ كلامهما يُعدان إطارا مرجعيا جموديا. فكل إطار مرجعي يتحرك بسرعة ثابتة بالنسبة لإطار مرجعي جمودي هو أيضا إطار مرجعي جمودي.

انتهى