تنزلق قرص هوكي على الجليد بانتظام حتّى تلقى المرمى – فالجسم يحافظ على حركته ما لم يعقه عائق.
في الواقع: في السيّارات، تنقذ مساند الرأس المقاعدَ الرقبةَ عند الاصطدام من الخلف: إذ يرتدّ الرأس إلى الوراء بالقصور الذاتي، فيمنعه المسند من حركة حادّة.
كان الفيلسوف الإغريقي أرسطو يعتقد أنّ الحركة تقتضي قوّة دائمة. ولم يُظهر إلّا في القرن السابع عشر، عبر تجاربه الفكرية مع السطوح المائلة، غاليليو غاليلي أنّ الجسم يحافظ على سرعته من تلقاء نفسه، بلا أيّ جهد، إن غاب الاحتكاك. ثمّ عمّم إسحاق نيوتن هذه الفكرة بصفتها القانون الأوّل للميكانيك في كتابه «المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية» (1687). وينصّ القانون على أنّ هناك جُملاً مرجعية (عطالية، أي تتحرّك دون تسارع) يحافظ فيها الجسم الحرّ على سكونه أو حركته المستقيمة المنتظمة، ما لم تضطرّه القوى إلى تغيير هذه الحالة.
كيف يعمل
ينحني راكب الحافلة إلى الأمام تلقائيًّا عند الكبح: فالحافلة تتباطأ، أمّا هو فيستمرّ في حركته بالقصور الذاتي. وكذلك الكرة في أنبوب المكنسة الكهربائية تطير في خطّ مستقيم ما لم تلامس الجدران، وهذا أيضًا من القصور الذاتي.
💡 في الفضاء بين النجميّ، لا تكاد تلقى المسابير مثل «فوياجر» أيّ مقاومة، وهي تطبّق القانون الأوّل حرفيًّا: فبعد إطلاقها مرّة واحدة، يمكنها أن تسافر مليارات السنين بسرعة شبه ثابتة.
إذا لم تؤثّر على جسم أجسام أخرى (أي لا قوى)، فإنّه إمّا يبقى في مكانه، وإمّا يتحرّك على خطّ مستقيم وبسرعة ثابتة (حركة منتظمة مستقيمة). والقوّة (كدفعة أو جذب) ضروريّة لتغيير سرعته – لجعله يبدأ الحركة، أو يقف، أو ينعطف. وهذه القابلية لدى الجسم لحفظ حركته تُسمّى القصور الذاتي (inertia).
كيف يعمل
ينحني راكب الحافلة إلى الأمام تلقائيًّا عند الكبح: فالحافلة تتباطأ، أمّا هو فيستمرّ في حركته بالقصور الذاتي. وكذلك الكرة في أنبوب المكنسة الكهربائية تطير في خطّ مستقيم ما لم تلامس الجدران، وهذا أيضًا من القصور الذاتي.
💡 تستعمل الجيروسكوبات في منظومات الملاحة الفضائية خاصّية القصور الذاتي في حفظ اتجاه محور الدوَران؛ وعلى هذا المبدأ تعمل مؤشّرات الاتّجاه في الطائرات، وهي لا تحتاج إلى نظام التموضع العالمي GPS.
يُسَلِّم قانون نيوتن الأوّل – المعروف أيضًا بقانون القصور الذاتي – بوجود جُمل مرجعية عطالية، وهي جُمل يحافظ فيها الجسم غير الخاضع لقوى على حالة السكون أو الحركة المستقيمة المنتظمة. وهذه خاصّية أساسية لزمكان الميكانيك الكلاسيكي، وتكافئ القول بتجانس الفضاء وتناظره. وتاريخيًّا، جاء هذا القانون ثمرةً لتجاوز التصوّرات الأرسطية بفضل أعمال غاليلي وديكارت ونيوتن نفسه. وقد صيغ في «المبادئ» بعناية كي يتجنّب الوقوع في دائرة منطقية مع تعريف القوّة.
تاريخ الاكتشاف
تبلورت فكرة القصور الذاتي تدريجيًّا: فقد افترض نيكولاس كوبرنيكوس أنّ الأرض تتحرّك دون جهد يُذكر؛ وأثبت غاليليو غاليلي في «الحوار» (1632) أنّ الكرة التي تتدحرج على سطح أفقيّ أملس تمامًا ستظلّ تتدحرج إلى الأبد. وكان رينيه ديكارت أوّل من صاغ مبدأ حفظ كمّية الحركة على خطّ مستقيم عام 1644. ثمّ قدّم إسحاق نيوتن القانون في صورته النهائية عام 1687 بصفته مسلَّمة الميكانيك التي ترتكز عليها الديناميك الكلاسيكي كلّه.
كيف يعمل
يُطبَّق القانون في جميع الجُمل المرجعية العطالية – بشرط أن يكون محصّلة القوى صفرًا. وعند وجود قوى، يتجلّى القصور الذاتي كمقاومة لتغيير السرعة، ويُستفاد من ذلك في تصميم وسائط النقل (أحزمة الأمان، الوسائد الهوائية)، وفي الملاحة الفضائية (حساب مسارات الطيران الحرّ)، وفي التقنية (النبّاذات، الجيروسكوبات). حدّ التطبيق هو التقريب الكلاسيكي: فعند سرعات قريبة من سرعة الضوء، يزول القصور الذاتي الخطّي وتدخل النسبية الخاصة.
ملاحظات
يستند القانون إلى مفهوم الجملة المرجعية العطالية التي تُعرَّف بأنّها الجملة التي يتحقّق فيها القانون الأوّل – وهذا يُنشئ حلقة منطقية، تُحلّ شكليًّا في النسبية العامة عبر الجُمل العطالية الموضعية.; في العالم الصغريّ، لا ينفصل القصور الذاتي عن التأثيرات الكمومية، ويحتاج مفهوم المسار إلى مراجعة.
\sum \vec{F} = 0 \implies \vec{v} = \text{const}
∑F: المجموع المتّجهي لجميع القوى المؤثّرة على الجسم؛ v: سرعة الجسم؛ const: مقدار ثابت (مقدارًا واتّجاهًا).