الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرّك يبقى متحركاً، مالم تؤثر عليه قوى ما.
ينص القانون الأول على أنه إذا كانت القوة المحصلة (المجموع الاتجاهي للقوى المؤثرة على الجسم) تساوي صفر، فإن سرعة الجسم تكون ثابتة. تعتبر السرعة كمية متجهه حيث يتم التعبير عنها مقداراً وهي سرعة الجسم واتجاهاً وهو اتجاه حركة الجسم. عندما نقول أن سرعة الجسم ثابتة فإننا نعني أن كلا من المقدار والاتجاه ثابتين.
تسمى هذه الحالة الحركة المنتظمة. يظل الجسم على حالته ما لم تؤثر عليه قوة خارجية. إذا كان في حالة سكون سيظل في هذه الحالة. إذا كان الجسم متحرك فإنه سيستمر في حركته بدون تغير في اتجاهه أو سرعته. هذا يتضح في المسابر الفضائية التي تستمر في الحركة في الفضاء الخارجي. التغير في حركة الجسم يجب أن يفرض ضد قابلية الجسم للاحتفاظ بحالته من الحركة. في غياب القوة المحصلة، فإن الجسم ينوي للتحرك على طول مساره إلى أجل غير مسمى.
- يصف قانون نيوتن الأول للحركة سلوك جسم كبير خلال حالة السكون أو عند وجوده في حالة حركة الأجسام بسرعة خطية ثابتة؛ أي أنه يكون في حركة غير متسارعة أو دورانية. ينص القانون الأول على أن: «الجسم الساكن يبقى ساكنًا، والجسم المتحرك يبقى متحركًا، ما لم تُنفَذ عليه قوة خارجية». أي أن الأشياء ببساطة لا يمكنها أن تتوقف عن الحركة أو أن تغير من اتجاهها بنفسها؛ للتسبب في ذلك التغير في الحركة أو السكون يجب أن تُنفَذ قوة خارجية عليها. قد يبدو هذا المفهوم بسيطًا وبديهيًا للغاية لنا اليوم، لكن في عصر نيوتن كانت فكرةً ثوريةً فعلًا.
نشر نيوتن قوانينه للحركة سنة 1687، وذلك ضمن كتابة المؤثر للغاية في تاريخ العلم؛ “الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية ” (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)
وصف خلاله طريقة تحرك الأجسام الضخمة تحت تأثير قوى خارجية.
وسع نيوتن أعمال جاليليو جاليلي السابقة، والذي طور أول القوانين الدقيقة لحركة الكتل، وفقًا لبروفيسور الفيزياء في جامعة أوريجون، السيد جريج بوثون (Greg Bothun). أظهرت تجارب جاليليو أن تسارع الأجسام يكون بنفس المعدل مهما كان حجمها أو كتلتها.
في ذلك الوقت، ظن معظم الناس أن الحالة الطبيعية للأجسام هي السكون. كان من البديهي لهم كذلك أن حركة الأجسام الساكنة تتطلب تنفيذ قوة خارجية مستمرة لاستمرار حركة الجسم.
وطبقًا لتجربتهم مما يرون في حياتهم اليومية، لم تكن تلك الخلاصة بعيدةً عن المنطق؛ فعربتك على سبيل المثال، ستتوقف إذا توقف حصانك عن سحبها، وإذا توقفت الرياح عن الهبوب ستتوقف سفينتك عن الحركة. من هنا، ظنَّ الناس أن الأشياء تعود إلى حالتها الطبيعية فحسب، وهي حالة السكون، وتطلب الأمر قفزةً كبيرةً في الحدس العام من أجل التوصل إلى حقيقة ضرورة تنفيذ قوة خارجية على الأشياء، لإجبارها على إيقاف حركتها.
مثلًا؛ حركة حجر مسطح على سطح سلسٍ لبحيرة متجمدة؛ إذا كان ذلك الحجر من الرخام المصقول، سينزلق على سطح البحيرة مسافةً أبعد بكثير مقارنةً بحجر رصف. من الواضح أن قوة الاحتكاك على حجر الرصف أكبر من نظيرتها على الرخامة المصقولة. لكن، رغم كون قوة الاحتكاك بين الرخام والجليد أقل من قوتها بين الحجر الصلب والجليد، فهي ما تزال قوة غير صفرية، أي أنها موجودة في كلتا الحالتين.
ماذا يحدث إذن إذا كانت قوة الاحتكاك منعدمة ؟
ظهرت عبقرية نيوتن في هذه الحالة، فقد تفطن لحقيقة أن الأشياء المتحركة لن تمتلك سببًا للتوقف إذا لم تنفذ عليها قوة خارجية، مثل قوة الاحتكاك.
الأطر المرجعية القصورية
يُطلَق على خاصية مقاومة الأجسام الكبيرة للتغييرات على حالتها الحركية بالقصور الذاتي (Intertia)، ما يقودنا لمفهوم الأطر المرجعية القصورية. يمكن وصف الإطار المرجعي للقصور بمثابة نظام إحداثيات ثلاثي الأبعاد، لا يتسارع ولا يوجد في حالة دوران.
في المقابل، قد يكون في حركة خطية ثابتة بالنسبة لبعض الأطر المرجعية القصورية الأخرى. لم يصف نيوتن الأطر المرجعية للقصور بوضوح، لكنها كانت نتيجةً طبيعية ل قانون نيوتن الأول للحركة.
متى نقول أن جسمًا في حالة حركة ؟
قد يتسائل أحدهم، في حالة حركة بالنسبة لماذا؟ هل يمكنك التقاط كرة بيسبول مقذوفة بسرعة 160.93 ميل/س وأنت عاري اليدين؟ يمكنك ذلك لو كنت على متن قطارٍ يسير بسرعة 160.93 ميل/س، ورمى أحدهم الكرة إليك بلطف.
يوجد كل من القطار والمسار في أطر مرجعية خاصة، وتعتمد سرعة الكرة على الإطار المرجعي للقصور الذي تراقب من خلاله. إذا كنت تقف على الرصيف وقام أحد المسافرين على القطار برمي الكرة من النافذة نحوك، لن يكون التقاطها عاري اليدين أمرا حكيما.
أمثلة عن قانون نيوتن الأول :
1- السيارة التي تفرمل بشكل مفاجئ
إن أكثر الأمثلة التي تشرح هذا القانون هي الحركة التي يقوم بها جسمنا عندما نقود بسرعة ثابتة وتتوقف فجأة.
يميل الجسم على الفور إلى الاستمرار في الاتجاه الذي كانت تسير فيه السيارة ، لذلك يتم دفعها للأمام. ستكون هذه الحركة سلسة إذا توقفت السيارة بسلاسة ، لكنها ستكون أكثر عنفًا إذا كانت الفرامل بقوة.
في الحالات القصوى مثل الاصطدام بمركبة أو جسم آخر ، ستكون القوة المبذولة على الجسم (السيارة) أكبر وسيكون التأثير أقوى وخطيرًا. أي أن الجسم سيحافظ على خمول الحركة التي أتى بها.
يحدث الشيء نفسه على العكس. عندما تكون السيارة متوقفة تمامًا ، ويسرع السائق بشكل حاد ، تميل أجسادنا إلى البقاء كما كانت (أي في حالة راحة) وهذا هو السبب في أنها تميل إلى التراجع.
2-تحريك السيارة ثابتة
عند محاولة دفع السيارة ، يكون الأمر صعبًا للغاية في البداية ، لأنه بسبب القصور الذاتي ، تميل السيارة إلى البقاء ثابتة.
ولكن بمجرد أن يصبح من الممكن تحريكها ، فإن الجهد الذي يجب بذلها يكون أقل بكثير ، ومنذ ذلك الحين ، فإن القصور الذاتي يجعلها تستمر في التحرك.
- 3 الرياضي الذي لا يستطيع التوقف
عندما يحاول الرياضي إيقاف جريانه ، يستغرق الأمر عدة أمتار حتى يتوقف تمامًا ، بسبب القصور الذاتي الناتج.
يظهر هذا بوضوح في مسابقات المضمار ، مثل سباق 100 متر. يواصل الرياضيون التقدم إلى ما بعد المرمى.
- 4 الدراجة ذاتية القيادة
تسمح لك دواسة الدراجة بمواصلة التقدم عدة أمتار دون الحاجة إلى الدواسة ، وذلك بفضل القصور الذاتي الناتج عن الدواسة الأولية.
5- اصعد ونزل
يمكن أن تتسلق الأفعوانية منحدرات شديدة الانحدار بفضل القصور الذاتي الناتج عن الانحدار الحاد السابق ، مما يسمح لك بتجميع الطاقة الكامنة للصعود مرة أخرى.
