ما هي القوة
يمكن تعريف القوة على أنها الفعل أو المؤثر الخارجي الذي يؤثر على حركة جسمٍ ما من حالة السكون، مما يؤدي إلى تغيير حركة هذا الجسم ، ويمكن فهم مفهوم القوى جيدًا استنادًا إلى قوانين عالم الفيزياء الشهير إسحاق نيوتن، وقوانين نيوتن الثلاث هي ما يأتي:
- قانون نيوتن الأول: يبقى الجسم الذي يتحرك بحركةٍ مستقيمةٍ منتظمةٍ، أو الذي يكون في حالة الراحة، على حاله ما لم تطبّق أي قوةٍ خارجيةٍ عليه؛ أي يكون مجموع القوى الخارجية المؤثرة عليه تساوي الصفر.
- قانون نيوتن الثاني: إذا أثرت قوةٌ خارجيةٌ على جسمٍ ما، سينتج تسارعًا (Acceleration)، والتسارع هو التغير في السرعة، ويكون هذا التسارع باتجاه القوة ويتناسب طردًا مع شدّتها وعكسًا مع كتلة الجسم.
- قانون نيوتن الثالث: وهو قانون الفعل ورد الفعل، فإذا أثّر جسمٌ ما على جسمٍ آخر بقوّةٍ معينةٍ، فإنّ الجسم الآخر سوف يؤثّر على الجسم الأول بنفس القوة.
يعتبر أحد أهم القوانين التي تستخدم لحساب أي قوة هو ما يأتي: F=m.a، حيث أن الحرف (F) يرمز للقوة، ووحدتها في النظام العالمي للوحدات هي نيوتن ويرمز لها بالحرف (N)، و يرمز لكتلة الجسم بالحرف (m) ، أما بالنسبة لتسارع الجسم يرمز له بالحرف (a).
تعريف قوة المجال
إن المسمى الصحيح لقوة المجال هي شدة المجال، وتأتي في الإنجليزيةباسم (intensity)، وتساوي شدة المجال القيمة التي تصف المجال، ويمكن تعريف شدة المجال على أنها كمية الطاقة التي تنقلها الموجة لكل وحدة زمنية عبر سطح هذه الوحدة، وتتكافأ شدة المجال مع سرعة الموجة، ويمكن تطبيق قوة المجال هذه دون أن يحدث التماس بين القوة وبين الجسم المراد تحريكه، لذلك تسمى فوة المجال بقوة عدم الالتماس.
أنواع قوة المجال
تتمثل قوى المجال في نوعين من القوى الطبيعية الموجودة على هذا الكوكب، والتي تعتبر كلاهما من الأمور الهامة لتستمر الحياة، وخاصةً بسبب قوة الجاذبية الأرضية والتي تعتبر أحد أنواع قوة المجال أو كما تعرف بقوة عدم التماس، ومن أنواع قوة المجال ما يأتي:
- أولًا: قوة الجاذبية الأرضية
يمكن تعريف قوة الجاذبية الأرضية على أنها قوى عدم التماس بين جسمين سواء كانا متحركين أو ساكنين، وتتعلق القوة هنا بالكتلة وتتناسب القوة التي يتم تطبيقها بين الجسمين طرديًا مع كتلة الجسمين، كما أنها تتناسب عكسيًا مع البعد المربع بين هذين الجسمين، كما أن قوى الجاذبية تمارس قوة عدم التماس على كتلة الجسم الموجود على سطح الأرض.
- ثانيًا: شدة المجال المغناطيسي
مكن تعريف قوة المجال المغناطيسي على أنها عبارة عن قوة داخل موصل كهربي تنشأ بسبب مرور تيار كهربي فيها، ووحدة قياسها تسلا، وتعرف في الإنجليزية باسم (Magnetic Field Strength)، وتساوي شدة المجال المغناطيسي واحد أمبير لكل متر، ويعتمد اتجاه المجال المغناطيسي على اتجاه التيار الكهربي في الموصل الكهربائي، كما تتوافق شدة المجال المغناطيسي بالتأكيد مع كثافة خطوط المجال، إليك هنا أنواع قوة المجال وأمثلة عليها .. والفرق بينها وبين قوة التلامس.
يشير التدفق المغناطيسي إلى العدد الإجمالي لخطوط المجال المغناطيسي التي تخترق منطقةٍ ما، كما تميل كثافة التدفق المغناطيسي إلى التناقص مع زيادة المسافة التي يقطعها في سلك مستقيم يحمل تيارًا، أو في خط مستقيم يربط زوجًا من الأقطاب المغناطيسية مكونًا المجال المغناطيسي الذي يستقر حوله، وتختلف طريقة حساب شدة المجال المغناطيسي باختلاف شكل وطول السلك الكهربي الذي يحمل التيار فيما إذا كان سلك، أو ملف دائري، أو ملف لولبي، ويمكن استخدام جهاز جاوس لحساب شدة المجال المغناطيسي في الحقول الصغيرة، أما في الحقول الكبيرة نقوم باستخدام مقياس تسلا. [4] [5]
أمثلة على قوة المجال
إن شدة المجال الكهرومغناطيسي هي أحد أنواع قوة المجال، لذلك يمكن تطبيق أمثلة قوة المجال على أمثلة شدة المجال الكهرومغناطيسي، وإليك هنا بعض الأمثلة الكلامية على شدة المجال كما يأتي: [5]
إذا علمتَ أنّ سلكًا نحاسيًا مستقيمًا يسري فيه تيار كهربائي مقداره 25 أمبير، أوجد شدة المجال المغناطيسي عند نقطة تبعد عن السلك مسافة 0.1 متر. الحل:
- نكتب المعطيات: التيار الكهربائي: (I) = 25 أمبير.
- المسافة بين السلك والنقطة المراد حساب شدة المجال فيها: (r) = 0.1 متر.
- نعوض المعطيات في القانون التالي: (2πr) / (I × μo) = B شدة المجال المغناطيسي = (ثابت النفاذية المغناطيسية × شدة التيار الكهربائي) / (2 × π × المسافة الفاصلة بين النقطة المُراد حساب شدة مجالها والسلك) شدة المجال المغناطيسي = ((7-^10)×25 ×π×4) / (2 × π × 0.1) شدة المجال المغناطيسي = (-5)^10×5 تسلا.
ملف دائري يسري فيه تيار كهربائي مقداره 2 أمبير، إذا علمتَ أنّ عدد لفات الملف 250 لفة ونصف قطره 2-^10×3.14 متر، أوجد شدة المجال المغناطيسي في مركز الملف، الحل:
- نكتب المعطيات: عدد لفات الملف: (N) = 250 التيار الكهربائي: (I) = 2 أمبير نصف قطر الملف: (R) = 2-^10×3.14 متر.
- نعوض المعطيات في القانون: (2R) / (I × N × μo) = B شدة المجال المغناطيسي = (ثابت النفاذية المغناطيسية × شدة التيار الكهربائي × عدد لفات الملف الدائري) / (2 × نصف قطر الملف الدائري) شدة المجال المغناطيسي = ((7-^10)×2 ×π×4×250) / (2×2-^10×3.14) شدة المجال المغناطيسي = 0.01 تسلا.
إذا علمتَ أنّ ملف حلزوني يسري فيه تيار كهربائي مقداره 1.4 أمبير، وطوله 0.55 متر، لُفّ 10 لفات، أوجد شدة المجال المغناطيسي عند نقطة تقع على محوره، الحل:
- نكتب المعطيات: عدد لفات الملف: (N) = 10 التيار الكهربائي: (I) = 1.4 أمبير طول الملف: (L) = 0.55 متر.
- نعوض المعطيات في القانون: (L) / (I × N × μo) = B شدة المجال المغناطيسي = (ثابت النفاذية المغناطيسية × شدة التيار الكهربائي × عدد لفات الملف الحلزوني) / (طول الملف الحلزوني).
- شدة المجال المغناطيسي = ((7-^10) × 1.4 × π × 4 × 10) / (0.55) شدة المجال المغناطيسي = (-5)^10×3.2 تسلا.
الفرق بين قوة المجال وقوة التلامس
يمكن معرفة الفرق بين قوة المجال وقوة التماس من خلال معرفة التعريف الخاص بكلٍ منهما، ويمكن تعريف قوة المجال وقوة التماس كما يأتي:
- تعريف قوة المجال
إن المسمى الصحيح لقوة المجال هي شدة المجال، وتأتي في الإنجليزية باسم (intensity)، وتساوي شدة المجال القيمة التي تصف المجال، ويمكن تعريف شدة المجال على أنها كمية الطاقة التي تنقلها الموجة لكل وحدة زمنية عبر سطح هذه الوحدة، وتتكافأ شدة المجال مع سرعة الموجة، ويمكن تطبيق قوة المجال هذه دون أن يحدث التماس بين القوة وبين الجسم المراد تحريكه، لذلك تسمى قوة المجال بقوة عدم الالتماس لأنها ذلك النوع من القوة الذي يستطيع التأثير في حركة جسمٍ ما ساكن إلى حالة حركة بدون حدوث التماس، كما أنه من الممكن أن تتحول القوة من حالة التماس إلى عدم التماس بين جسمين.
- تعريف قوة التماس
يمكن تعريف قوة التماس على أنها القوة التي يستطيع أن يطبقها جسم على جسمٍ آخر عند حدوث التماس بينهما في موضعٍ ما، ويقال على هذا الموضع نقطة التماس بين جسمين، بحيث يؤثر أحد الأجسام على الآخر فيخرجه من حالة السكون إلى حالة الحركة بسبب حدوث تماس مباشر بين الجسمين، ومن الممكن أن تؤدي قوة التماس إلى قوى عدم التماس كما يحدث في الاحتكاك
رد مع اقتباس