قوة السحب والسرعة الحدية

تؤثر دقائق الهواء في الأجســام التي تتحرك خلالــه. وفي الحقيقة يؤثر الهواء بقوة كبيرة في الأجسام المتحركة، ونظرًا لأن تأثيره يكون غير واضح. فإنه في الواقع عندما يتحرك جسم خلال وســط مائع مثل الهواء أو الماء، فإن المائع يؤثر فيه بقوة معيقة في اتجاه يعاكس حركته. ويمكن تعريف القوة المعيقة بأنها قوة الممانعة التي يؤثر بها مائع في جسم يتحرك خلاله. وتعتمد هذه القوة على حركة الجسم؛ فكلما زادت سرعة الجسم زاد مقدار هذه القوة، كما تعتمد على خصائص الجســم، ومنها شــكله وحجمه، وخصائص المائع، ومنها لزوجته ودرجة حرارته.

إذا سقطت كرة تنس الطاولـة، كما هو موضح في الشكل 4-12، فإن سرعتها المتجهة تكــون صغيرة في البداية، لذا تكون القوة المؤثــرة فيها صغيرة. ولأن قــوة الجاذبية الأرضية أكبر كثير من القــوة المعيقة (اتجاهها إلى أســفل) فإن الكرة تتســارع إلى أســفل. وكلما ازدادت السرعة المتجهــة للكرة ازدادت معهــا القوة المعيقة، إلى أن تتســاو￯ القوتان فتصبح القوة المحصلة المؤثرة في الكرة مساوية صفر وكذلك تســارعها، وهنا تتابع الكرة هبوطها بسرعة منتظمة.

وهذه السرعة المنتظمة التي تصل إليها الكرة عندما تتســاو￯ القوة المعيقة مع قوة الجاذبية الأرضيــة تسمى السرعة الحدية. وفي حالات ســقوط الأجســام الخفيفة ذات الســطوح الكبيرة يكون للقوة المعيقة تأثير ملحوظ في حركتها، وسرعان ما تصل هذه الأجسام إلى السرعة الحد.

أما الأجسام الثقيلة ذات الســطوح الصغيرة فيكون تأثرها بالقوة المعيقة أقل كثير. فعلى سبيل المثال تكون السرعة الحدية لكرة تنس في الهواء 20 m/s، ولكرة السلة 9 m/s، أما في حالة كرة البيســبول فتصــل إلى 42 m/s.

ولا بد أنك قد لاحظت كيف يقوم المظليون بفتح مظلاتهم، من خلال تغيــير اتجاه حركة أجسامهم وهيئاتها.

أما الجســم الذي يتخــذ هيئة الصقــر المجنح فله سرعــة حد صغيرة جــد. وعندمــا يفتح المظلي مظلته فــإن هيئته تتغير، ويصير جزء من جســم كبير.

عربة كتلتها 0.50 kg تنطلق بسرعة ابتدائية مقدارها 0.25 m/s. ما تسارع العربة؟

حتى عبورها إلى البوابة الثانية، فما المسافة بين البوابتين؟ استغرقت العربة 1.3 s.

إذا أثرت القوة 0.40 N في العربة عن طريق ربط خيط بالعربة، فما مقدار كتلة التعليق m ثم ربط بكتلة تعليق M؟

قارن بين القوة اللازمة لرفع صخرة كتلتها 10kg على سطح الأرض، وتلك اللازمة لرفع الصخرة نفسها على سطح القمر. علما أن تسارع الجاذبية على القمر يساوي 1.62m/s².