الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9
12الدفع والسحب: القوى
تفتح بابًا، وتغلق سحّابًا، وتركل كرة، وتجرّ زلّاقة: يومك كله دفعٌ وسحب. وتجمع الفيزياء هذا كله تحت اسم واحد شريف — القوة — وتسأل سؤالين بسيطين: ما الذي تستطيع القوة أن تفعله، وفي أيّ اتجاه تعمل؟
12.1 دفع وسحب في كل مكان
تعريف 12.1 (القوة)
القوة دفع أو سحب. دفع أرجوحة، وسحب عربة، وضغط جرس الباب، ومطّ شريط مطّاطي، وعصر عجين: كل واحد من هذه قوة في عملها. وللقوة دائمًا شدّة — رفيقة أو جبّارة — واتجاه: فهي تدفع أو تسحب في جهة ما.
مثال 12.2 (دفع أم سحب؟)
صنّف يومك: ركل كرة — دفع بالقدم. وفتح درج — سحب. وإغلاقه — دفع. وإغلاق سحّاب سترة — سحب. وعجن العجين — دفعات صغيرة كثيرة. وشدّ الحبل — فريقان يسحبان الحبل نفسه في جهتين متعاكستين.
طريقة 12.3 (رسم القوة سهمًا)
يرسم الفيزيائيون القوة سهمًا:
- يبدأ السهم حيث يمسك الدفع أو السحب بالجسم؛
- ويشير في الجهة التي تعمل فيها القوة؛
- والقوة الأشدّ تنال سهمًا أطول.
سهم صغير واحد يحكي القصة كلها: أين، وفي أيّ جهة، وبأيّ شدّة. وسنرسم هذه الأسهم سنوات مقبلة.
12.2 ماذا تفعل القوى
قضية 12.4 (أعمال القوة الأربعة)
تستطيع القوة أن تفعل بالجسم أربعة أشياء:
- أن تبدأ حركته — فالركلة تُطيّر الكرة الساكنة؛
- أن توقفه — فيدا حارس المرمى توقفان التسديدة؛
- أن تحرف مساره — فنقرة جانبية تثني مسار الكرة المتدحرجة؛
- أن تغيّر شكله — فالعصر يهرس الإسفنجة، والمطّ يمدّ الشريط المطّاطي.
فإن لم تكن قوة فلا شيء من الأربعة: والجسم المتروك وحده تمامًا يواصل ما كان يفعله بالضبط.
مثال 12.5 (قوة أشدّ وأثر أكبر)
انقر كرة زجاجية: تتدحرج إلى حافة الطاولة. واقذفها بشدّة: تطير عبر الغرفة. الكرة نفسها والإصبع نفسه — ولم تتغيّر إلا شدّة الدفع، فتغيّر معها طيران الكرة. قوة رفيقة وأثر رفيق؛ وقوة جبّارة وأثر جبّار.
مثال 12.6 (جرّب: مغيّرات الشكل)
اجمع إسفنجة وشريطًا مطّاطيًّا وقطعة معجونة ومكعّبًا خشبيًّا. واعصر كلًّا منها ومُدَّه. تعود الإسفنجة إلى شكلها لحظة تفلتها؛ والشريط المطّاطي كذلك. أما المعجونة فتحفظ شكلها الجديد — فقوّتك صنعت فيها غمّازة إلى الأبد. والمكعّب؟ أشدّ عصرة تعصرها لا تغيّره البتة (ممّا يمكن أن تراه!). فالأشياء تجيب القوة كلٌّ على طريقته.
12.3 قوى بلا لمس
مثال 12.7 (جذب الأرض)
أفلت ملعقة: تنزل. واقذف كرة عاليًا كما تشاء: تعود نازلة. الأوراق، وقطرات المطر، والفتات — كل ما يُترك يسقط إلى الأسفل. فثمّة شيء يسحبها كلها في كل حين من غير أن يلمسها: الأرض نفسها. وجذب الأرض أثبت قوة في حياتك — فهو لا يفلت أبدًا، وهو السبب في أن “الأسفل” يعني الشيء نفسه في كل موضع من ساحة اللعب.
ملاحظة 12.8 (أصدقاء قدامى)
أنت تعرف قوة أخرى بلا لمس: المغناطيس، وهو يسحب مشبكه عبر فجوة من هواء. والمغانط وجذب الأرض هما القوّتان بلا لمس في حياتك اليومية — وهما استثناءان نادران ثمينان، إذ يحتاج كل دفع أو سحب آخر تلقاه إلى تماسّ. وستنمو الاثنتان فصولًا عظيمة لاحقًا في هذا المنهاج.
12.4 تمارين
تمرين 12.1 ★
دفع أم سحب؟ قرع جرس الباب؛ فتح درج؛ ضرب كرة القدم بالرأس؛ جرّ زلّاقة صعودًا؛ عصر معجون الأسنان.
حل
حل التمرين 12.1.
دفع؛ سحب؛ دفع؛ سحب؛ دفع (فالعصر دفع من الجهتين).
تمرين 12.2 ★
تمرين 12.3 ★
سمِّ أعمال القوة الأربعة، وأعطِ مثالك أنت لكل واحد منها — مختلفًا عن أمثلة الفصل.
حل
حل التمرين 12.3.
البدء، والإيقاف، والحرف، وتغيير الشكل. والأمثلة مختلفة — مثلًا: قذف كرة زجاجية (بدء)، والتقاط قرص طائر (إيقاف)، وارتداد كرة عن جدار (حرف)، وعصر كرة ثلج (شكل).
تمرين 12.4 ★
كرة زجاجية تتدحرج نحوك مستقيمة. كيف تجعلها بإصبع واحد فقط: تقف؟ تسرع؟ تنحرف إلى الجانب؟ قل في أيّ جهة يدفع إصبعك في كل مرة.
حل
حل التمرين 12.4.
لإيقافها: ادفع عكس حركتها، بإصبعك نحو الكرة. ولتسريعها: ادفع في جهة تدحرجها، من خلفها. ولحرفها: ادفع جانبًا، عرضَ مسارها.
تمرين 12.5 ★
أيّها يعود إلى شكله وأيّها يحفظ الغمّازة: إسفنجة؛ معجونة؛ شريط مطّاطي؛ ثلج ليّن؟
حل
حل التمرين 12.5.
يعود إلى شكله: الإسفنجة والشريط المطّاطي. ويحفظ الغمّازة: المعجونة والثلج الليّن.
تمرين 12.6 ★
ارسم صندوقًا مدفوعًا برفق إلى اليمين، والصندوق نفسه مدفوعًا بشدّة إلى اليسار. بمَ يختلف السهمان؟
حل
حل التمرين 12.6.
الدفع الرفيق: سهم قصير يشير إلى اليمين. والدفع الشديد: سهم طويل يشير إلى اليسار. طولان مختلفان وجهتان متعاكستان.
تمرين 12.7 ★
أيّ قوة تجعل كل شيء مفلَت يسقط؟ أتحتاج إلى لمس الملعقة الساقطة؟ وفي أيّ جهة تسحب دائمًا؟
حل
حل التمرين 12.7.
جذب الأرض. وهو لا يحتاج إلى لمس — بل يسحب الملعقة عبر الهواء، وإلى الأسفل دائمًا.
تمرين 12.8 ★
اذكر القوّتين بلا لمس اللتين لقيتهما، مع مثال لكل واحدة رأيته في البيت.
تمرين 12.9 ★★
في شدّ الحبل يسحب الفريقان بكل ما لديهما من قوة، ومع ذلك لا يتحرّك الشريط المربوط في الحبل أحيانًا البتة. ارسم الحبل وسهمَي الفريقين. ما الذي يجب أن يصحّ في السحبتين حين يقف الشريط ساكنًا؟ وماذا يحدث لحظة يسحب أحد الفريقين بشدّة أكبر؟
حل
حل التمرين 12.9.
سهمان على الحبل، متساويا الطول، يشيران في جهتين متعاكستين. ويقف الشريط ساكنًا حين تكون السحبتان متساويتين في الشدّة — فتلغي إحداهما الأخرى. وحين يسحب أحد الفريقين بشدّة أكبر يفوز سهمه ويتحرّك الشريط في جهته.
تمرين 12.10 ★★
كرة تُقذف إلى الأعلى مستقيمة تبطئ، وتقف قدر رمشة عين، ثم تسقط راجعة. أيّ قوة تعمل في الصعود، وعند القمة، وفي النزول؟ وهل تكفّ عن السحب في لحظة؟ (ارسم السهم في كل لحظة من الثلاث.)
حل
حل التمرين 12.10.
القوة نفسها في المرات الثلاث: جذب الأرض، وسهمه يشير إلى الأسفل مستقيمًا — في الصعود (فيبطئ الكرة)، وعند القمة (فيوشك أن يعيدها)، وفي النزول (فيسرّعها). وهو لا يكفّ عن السحب لحظة واحدة.