قانون نيوتن الثاني – سحب جسم على سطح

ماذا تعرض

ينص قانون نيوتن الثاني على أن تسارع الجسم يساوي القوة المحصلة المؤثرة فيه مقسومة على كتلته، a = ΣF/m. تؤثر في الجسم أربع قوى: قوة السحب F، والوزن W، ورد الفعل العمودي N، والاحتكاك الحركي f = μN. وعلى المستوى المائل يتحلل الوزن إلى W·sinα على امتداد المنحدر و W·cosα عموديًا على السطح، لذا يقل كل من N وقوة الاحتكاك كلما زادت الزاوية. ويعالج منحنى v(t) فهمًا خاطئًا شائعًا: فالقوة تحدد التسارع، وهو ميل المنحنى، لا السرعة نفسها.

طريقة الاستخدام

ابدأ بسطح أفقي («زاوية الميل α» = 0). زد «قوة السحب F (على امتداد السطح)» ولاحظ كيف يصبح منحنى v(t) أشد انحدارًا؛ ثم ضاعف «كتلة الجسم» مع بقاء القوة نفسها وقارن الميلين. بعد ذلك ارفع «زاوية الميل α» وتابع تغير N و f في القراءات. اطلب من الطلاب إيجاد أصغر قوة تُبقي الجسم متحركًا إلى أعلى المنحدر، مع الضغط على «إعادة الضبط» بين المحاولات.

المعاملات القابلة للتغيير

• قوة السحب F (على امتداد السطح) 0–50 N
• كتلة الجسم 0.5–10 kg
• معامل الاحتكاك μ 0–1
• زاوية الميل α 0–45 درجة

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا يكون رد الفعل العمودي N أصغر من الوزن W عندما يكون الجسم على مستوى مائل؟
2. ما أقل قوة سحب لازمة لتحريك الجسم إلى أعلى المنحدر بسرعة ثابتة؟
3. في غياب الاحتكاك، إذا ضوعفت m و F معًا، فكيف يتغير التسارع؟