سؤال فكر: قد يصل متسلق الصخور إلى صخرة يُجبره ميلها أن يتعلق بها بحيث يكون ظهره مقابلاً للأرض. فكيف يمكنه استعمال أدواته لتطبيق قوانين الفيزياء للتغلب على هذه العقبة وتجاوز الصخرة؟
الإجابة: ج: يمكنه تثبيت أداة حماية في الصخر وربط الحبل لتولد قوة شد لأعلى، ويدفع بقدميه لزيادة القوة العمودية $N$ وبالتالي الاحتكاك $f_s = \mu N$ لمنع الانزلاق، وبموازنة القوى يستطيع اجتياز الجزء المائل.
خطوات الحل:
- **الخطوة 1 (المفهوم):** عندما يواجه متسلق الصخور جزءاً مائلاً أو متدلياً، فإنه يتعرض لقوة الجاذبية التي تسحبه للأسفل، وقد تسحبه بعيداً عن الصخرة. للتغلب على ذلك، يحتاج المتسلق إلى تطبيق قوى معاكسة باستخدام أدواته وجسمه. المبادئ الفيزيائية الأساسية هنا هي قوانين نيوتن للحركة، وخاصة تحليل القوى وقوة الاحتكاك.
- **الخطوة 2 (التطبيق):** للتغلب على هذه العقبة، يجب على المتسلق أن يولد قوى تساعده على الالتصاق بالصخرة والتحرك للأعلى: 1. **توليد قوة شد:** يمكن للمتسلق تثبيت أداة حماية (مثل وتد أو كام) بقوة في الصخرة. ثم يربط الحبل بهذه الأداة. بسحب الحبل أو استخدام نظام بكرة، يمكن توليد قوة شد (Tension) موجهة لأعلى وللداخل نحو الصخرة. هذه القوة تساعد على مقاومة تأثير الجاذبية وسحب المتسلق نحو الصخرة. 2. **زيادة الاحتكاك:** لمنع الانزلاق، يحتاج المتسلق إلى قوة احتكاك سكوني كافية ($f_s$). نعلم أن قوة الاحتكاك السكوني تتناسب طردياً مع القوة العمودية ($N$) التي يطبقها الجسم على السطح، وفق العلاقة $f_s = \mu_s N$. لزيادة الاحتكاك، يجب على المتسلق أن يدفع بقدميه وجسمه بقوة ضد الصخرة. هذا الدفع يزيد من القوة العمودية $N$ وبالتالي يزيد من قوة الاحتكاك التي تمنعه من الانزلاق. 3. **موازنة القوى:** من خلال الجمع بين قوة الشد الناتجة عن الحبل والدفع القوي بالقدمين لزيادة القوة العمودية والاحتكاك، يستطيع المتسلق موازنة جميع القوى المؤثرة عليه (الجاذبية، الشد، الاحتكاك، القوة العمودية). هذا التوازن يسمح له بالتحكم في حركته والتقدم بأمان.
- **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن، يمكن للمتسلق استعمال أدواته لتثبيت أداة حماية في الصخر وربط الحبل لتوليد قوة شد لأعلى، ويدفع بقدميه لزيادة القوة العمودية $N$ وبالتالي الاحتكاك $f_s = \mu N$ لمنع الانزلاق، وبموازنة هذه القوى يستطيع اجتياز الجزء المائل من الصخرة.