قوانين فيزيائية: كيف تختار العلاقة المناسبة للمعطيات؟

ابدأ بالسؤال قبل اسم القانون

اكتب المطلوب برمزه ووحدته، ثم سجل المعطيات. بعد اختيار علاقة مرشحة، ابحث عن الشرط الذي يسمح باستعمالها. إذا لم يعط السؤال هذا الشرط، فلا تضفه من عندك كي ينجح التعويض.

هذا جدول اختيار، وليس قائمة بكل قوانين الفيزياء. العلاقات الكهربائية والغازية والحركية والطفو لها فروضها الخاصة. ^{[1][2][3][4][5]}

قانون أوم: هل المقاومة مناسبة لهذا الوصف؟

في العنصر الأومي يتناسب التيار مع الجهد عند مقاومة ثابتة. نكتب V=IR؛ أما تغير درجة الحرارة فقد يغير المقاومة. لا نفترض سلوكًا أوميًا لكل عنصر كهربائي. ^[1]

في مسألتنا، مقاومة أومية قيمتها 6Ω عند الظروف المعطاة، وفرق الجهد عليها 12V. المطلوب التيار، فنحسب I=12/6=2A. إذا قيل لاحقًا إن المقاومة أصبحت 8Ω مع بقاء الجهد نفسه، تصبح النتيجة 1.5A؛ لا نستبقي قيمة قديمة للمقاومة.

قانون بويل: ثبات الكمية ودرجة الحرارة

قانون بويل يربط الضغط بالحجم لعينة غاز ثابتة الكمية عند درجة حرارة ثابتة، حيث PV ثابت. ^[2] نميز هذا السؤال عن فرق الجهد والتيار.

نختار نموذجًا يحقق هذه الشروط: P₁=240kPa، و V₁=1.8L، ثم V₂=3.6L. نحسب P₂=(240×1.8)/3.6=120kPa. حاصل الضرب في الحالتين 432kPa·L.

وللفحص، عند حجم 2.7L في المثال يكون الضغط 432/2.7=160kPa. لو تضاعفت درجة الحرارة بدل ثباتها، لما برر هذا الجدول استعمال علاقة بويل وحدها؛ يجب الرجوع إلى وصف الغاز المناسب. ^[2]

نيوتن الثاني: القوة المحصلة وليست قوة واحدة

لجسم ثابت الكتلة في إطار قصوري، تربط Fnet=ma التسارع بمحصلة القوى الخارجية. نجمع القوى مع اتجاهاتها، لا مقاديرها جميعًا بإشارة موجبة. ^[3][5]

في مثال أفقي، ندفع عربة كتلتها 8kg بقوة 44N نحو اليمين، وتعاكسها قوة 8N نحو اليسار، دون قوة أفقية أخرى. المحصلة 44−8=36N يمينًا، والتسارع 36/8=4.5m/s² يمينًا.

التعويض بالحساب 44/8=5.5 يهمل القوة المعاكسة. وإذا كان الدفع في حالة ثانية 8N فقط والقوة المعاكسة 8N، تصير المحصلة صفرًا؛ هذه معطيات أخرى، وليست تصحيحًا لقيمة المثال الأول.

الطفو: أي حجم ندخل في العلاقة؟

قوة الطفو تساوي وزن المائع المزاح. مع كثافة مائع متجانسة، نكتب B=ρfluid g Vdisplaced؛ الحجم هنا للمائع المزاح، وقد يوافق الجزء المغمور فقط. ^[4]

نختار ρfluid=1000kg/m³ و Vdisplaced=0.0012m³ و g=9.8m/s². عندها B=1000×0.0012×9.8=11.76N. لم نعط وزن الجسم؛ لذلك لا نستنتج من رقم الطفو وحده أن الجسم متزن أو طافٍ.

راجع النتيجة بثلاثة أسئلة: هل أجبت عن المطلوب؟ هل استعملت المعطيات بالشروط المذكورة؟ وهل وحدة الناتج مناسبة؟ إذا خرج ضغط بوحدة أمبير، فارجع إلى اختيار العلاقة قبل تعديل الأرقام.