ما هو علم السكون

ما الذي يمكن أن تشترك فيه كل من المكاتب والجسور والمباني والأشجار والجبال من وجهة نظر الفيزيائي؟ الجواب هو أنها كلها ساكنة بلا حراكٍ بالنسبة للأرض، بالإضافة إلى ذلك، فإن تسارعها معدومٌ؛ كونها تظل بلا حراكٍ، وهذا يعني أن لديها أيضًا شيئًا مشتركًا مع سيارةٍ تسير بسرعةٍ ثابتةٍ، لأن أي شيءٍ له سرعةٌ ثابتةٌ يكون له أيضًا تسارعٌ صفريٌّ (معدوم)، كل هذه الأمور تندرج تحت مسمى علم السكون الذي يقوم بشرحها بالتفصيل. فما هو علم السكون؟

قبل الدخول في علم السكون يجب علينا معرقة بعض الاصطلاحات الفيزيائية التي تتعلق بعلم السكون ومفاهيمها وهي:

هو فرعٌ من الميكانيك يهتم بدراسة القوى المؤثرة على الأجسام عندما تكون في حالة التوازن بما في ذلك النظر في الآثار المحتملة مثل دوران أو تشوه الجسم بواسطة القوى المؤثرة عليه، كما يهتم بتحليل الأحمال (القوة والعزم والزخم) على الأنظمة الفيزيائية التي تكون في حالة توازن ثابت أي في حالةٍ لا تتغير فيها المواضع النسبية للأنظمة الفرعية مع مرور الوقت، أو عندما تكون المكونات والهياكل في سرعةٍ ثابتةٍ (عندما يكون النظام في حالة توازن ثابت يكون النظام إما في حالة سكون أو يتحرك مركز كتلته بسرعةٍ ثابتةٍ).

وضع عالم الرياضيات اليوناني أرخميدس وعلماء آخرون أسس علم السكون منذ أكثر من 2200 عام عن طريق دراسة الخصائص التي تتمتع بها بعض الآلات البسيطة مثل الرافعة من أجل تضخيم القوة البسيطة واستغلالها كقوةٍ كبيرةٍ، تبين فيما بعد أن نتائج علم السكون تفيد بشكلٍ خاصٍ في تصميم المباني والجسور والسدود وكذلك الرافعات وغيرها من الأجهزة الميكانيكية المماثلة، كما يوفر علم السكون كل التحليلات والرسوم التي يحتاجها المهندسون المعماريون، واللازمة لتحديد ووصف القوى التي تعمل على الأجزاء المترابط للهياكل والآلات.

ينص علم السكون على أن مجموع القوى التي تؤثر على جسمٍ ما عندما يكون في وضع السكون يجب أن يكون صفريًّا؛ أي أن القوى المؤثرة على الجسم يجب أن توازن بعضها البعض، وأنه يجب ألا يكون هناك أي ميلٍ للقوى لإزاحة الجسم عن أي محورٍ.

تعد الشروط الثلاثة السابقة مستقلةً عن بعضها البعض، وعند التعبير الرياضي عنها نحصل على معادلات التوازن الثلاثة، ومن معادلات التوازن نستنتج أنه لا يمكن تعيين سوى ثلاث قوى للجسم أو الهيكل، وفي حالة وجود أكثر من ثلاث قوى فهذا يعني وجود مكوناتٍ في الهيكل أكثر مما يحتاجه لدعم الأحمال التي يتم تطبيقها عليه أو وجود قيودٍ زائدةٍ لمنع الجسم من الحركة ويقال عندها إن نظام القوى غير محددٍ بشكل ثابتٍ.

قدم إسحق نيوتن قانونه الأول في الحركة في عام 1686 الذي ينص على أن كل جسمٍ سيبقى في حالة سكونٍ أو بحركةٍ ثابتةٍ في خطٍ مستقيمٍ ما لم يُجبَر على تغيير حالته من خلال تطبيق قوةٍ خارجيةٍ. النقطة الأساسية في هذا القانون هي أنه إذا لم يكن هناك قوةٌ صافيةٌ ناتجةٌ عن قوى غير متوازنةٍ تعمل على جسم (أي إذا ألغت كل القوى الخارجية بعضها البعض) فسيحتفظ الجسم بسرعته الثابتة وإذا كانت هذه السرعة صفرًا فسيظل الكائن في حالة سكونٍ، لكن إذا تم تطبيق قوة خارجية إضافية فستتغير السرعة بسبب تأثير القوة على الجسم، ويتم تحديد مقدار التغير في السرعة بموجب قانون نيوتن الثاني للحركة.

هناك العديد من الأمثلة حول قانون نيوتن الأول؛ فيمكن اعتبار حركة الكرة التي تسقط من الجو أو إطلاق صاروخٍ نموذجيٍّ في الجو مثالين على قانون نيوتن الأول، ويمكن أيضًا وصف حركة الطائرة الورقية عندما تتغير سرعة واتجاه الرياح وفق قانون نيوتن الأول.