القوة و الحركة

قدمت قوانين حركة القذف المثالية في حالتها العامة مثالا آخر لمدى تأثير الفكر العلمي مما ساعد على فهم العمليات الطبيعية بتحليلها لعناصر أبسط .

إننا نعتبر الحركة على قطع مكافئ حركتين مختلفتين آنيتين إحداهما رأسية والاخرى افقية .

ويمكن دراسة الحركة الافقية بمعزل عن الحركة الرأسية – وليتم ذلك فكل ما نحتاج إليه سطح جليدي أو قضبان أفقية لينزلق عليه الجسم .وفي الحالة الحدية المثالية ( غياب مقاومة الهواء وأي احتكاك مصاحب للحركة ) نصل الى النتيجة بأن الجسم يتحرك افقيا بسرعة ثابتة .

أيقن جاليليو بكروية الارض وهو تصور لم يكن قديما جدا واعتبرها تتحرك حرة عبر الفضاء تبعا لنظرية كوبرنيق Copernicean theory  التي امن بها فذهب الى ان الحركات الافقية والراسية او لأعلى ولأسفل لم تكن سوى حركات نسبية relative  ، فبات واضحا عامة الاعتراف بالصورة الاساسية لجسم منزلق في حركة افقية مثالية بعيدا عن اي مؤثرات خارجية .

أما نيوتن فكان اول من عبر عن ذلك المعنى تعبيرا واضحا من خلال قانون القصور الذاتي inertia الشهير الذي وضعه وينص على ان الجسم المتحرك في الفراغ ( الخلاء ) vacuum دون معوقات وبعيدا عن تأثير اي قوى خارجية يسير في خط مستقيم بسرعة ثابتة .

ومن هنا لزم اعتبار حركة السقوط انحرافا عن السلوك الثابت للجسم ناجما عن قوة جاذبة مصدرها الارض . واوضح نيوتن في كل الحالات طريقة تغيير حركة جسم ما تحت تأثير قوة ما على مركز ثقله – بأن القوة  تظهر في صورة تغيير في السرعة ، أي عجلة. وفي حالة السقوط الرأسي الحر تكون العجلة ثابتة – ومن ذلك نعرف العجلة بأنها: حاصل قسمة الزيادة في السرعة على المدة الزمنية duration  للسقوط. وفي الحالة المعقدة من الحركة عندما تتغير العجلة على نحو مستمر فإن نفس الاعتبارات في حالة تصور السرعة تكون ضرورية ، ولقد حسمت رياضيات نيوتن الجديدة ، أي حساب التفاضل ، كل هذه المشاكل بضربة واحدة .

وإذا اقتصرنا على الحركة الخطية المستقيمة أحادية البعد uni – dimensional  فتبعا لنيوتن تكون العجلة هي بالضبط حاصل قسمة القوة على كتلة الجسم المعجل ، ولا تعتمد على جرمه او شكله او مادته او لونه او درجة حرارته ، بل على كتلته mass  فقط .

وبالمثل تكون قوانين الحركة ثلاثية البعد three – dimensional  بسيطة وعامة ولا تحتاج إلا لتحليل الحركة الى مركبات ثلاث تؤثر في ثلاثة  اتجاهات متعامدة يعطى تأثيرها الآني محصلة الحركة الكلية المؤثرة . واذا حللت القوة المؤثرة في مركز ثقل الجسم بالتناظر في ثلاثة اتجاهات متعامدة فإن قانون نيوتن الموضح ينطق على كل من المركبات الثلاث أحادية البعد للعملية كلها .

لقد أمكن بهذه المعلومة الحصول على تعريف واضح لتصور السببية الفيزيائية  Physical causality  وارتفع المفهوم notion  العام بأن لا شيء يحدث الا بوجود سبب (علة )  cause  محدد له الى مستوى القانون الكمي  quantitative : إذا أثرت قوة ما محددة على جسم فإنها تكسبه عجلة محددة . وهذه النقطة جديرة بمزيد من إلقاء الضوء عليها ، فلكي يمكن ادراك معنى واهمية الافكار الفيزيائية لا بد ان نكون دوما مهيأين للرجوع الى التصورات السابقة وعندئذ  فقط نستطيع معرفة مدى ثورية هذه الافكار رغم انها باتت مألوفة لنا تماماً وواضحة .

وكسمة بارزة لأبحاث الفيزياء الطبيعية فإننا نبحث عن القوانين الكمية ذات الشمولية الرياضية فإننا نبحث عن القوانين الكمية ذات الشمولية الرياضية . ولنتذكر أن المثالية المتناهية للحوادث events الطبيعية ضرورية كي تتوج أبحاثنا بالنجاح . فعندما استبعد جاليليو مقاومة الهواء حصل على عملية السقوط المثالي وأمام اللثام عن القوانين الحقيقية بجمالها وبساطتها الرياضية ، وعلى العكس ، اوضحت هذه القوانين أنه سلك الاتجاه الصحيح نحو المثالية .

ومن الطبيعي أن حسابات مسيرات Trajectories المقذوفات في الأسلحة الحديثة لا تخضع لقوانين القذف المثالي هذه بالمرة ، لما تتطلبه الحسابات من الأخذ في الاعتبار لمقاومة الهواء التي تتدخل بصورة مثالية نوعا ما . أما علم القذائف ballistics الذي يعالج هذه المسائل فهو علم خاص متقدم لا تحتاج أهميته العلمية البارزة الى تأكيد خاص ، بيد أنه لا يضيف جديداً في مجال تطوير العلوم الفيزيائية عامة وما تنطوي عليه منن أفكار .

وتعد فكرة الاتصال continuity التي اكتسبت صورتها الرياضية في حساب التفاضل أمراً هاماً من أجل فهم العمليات الدافعة  motive processes، ونود أن نبين مباشرة أن هذا الاتصال للحوادث الطبيعية – (( natura non facit saltus ))- كان واضحاً من قبل في ظل الحقيقية الأولية بإمكان الحديث عن مسير Trajectory محدد لجسم متحرك ، فلا يستطيع جسم ما أن ينتقل من مكان لآخر في شكل قفزات ، يختفي فجأة في مكان ما ويظهر فجأة في مكان آخر ، بل ينبغي أن يسلك مساراً متصلاً مستمراً بين المكانين ولكن ، لماذا كان هذا الشرط ضرورياً ؟ تعلمنا خبرتنا ان تلك هي الطريقة المتبعة دائماً ، فهل هناك ضرورة منطقية لمخالفة هذه الطريقة ؟ إن هذه الأسئلة لا تنشأ من فراغ : فلن نستطيع فهم الميكروفيزيا microphysics دون دراسة متأنية لهذه الأسئلة .

وإذا استمر بنا الحال في معالجة الماكروفيزياء macrophysics فلابد أن نتحقق من صحة مبدأ الاتصال بلا استثناء في هذا المجال .

فعند انفجار قذيفة يقضى الاتصال continuity بأن الأجزاء المنفصلة منها تغير مواضعها من خلال حركة سريعة متصلة ، وهو ما يحدث فعلا . وكذلك في حوادث تصادم السيارات يقضى القانون بأن كل جسم يغير سرعته على نحو مستمر فقط وليس أبداً بصورة المفاجآت التامة (غير المتصلة discontinuous) .