القوة والحركة – الجلسة الثانية

السرعة تتعلق بمدى سرعة انتقالك من مكان إلى آخر. تخيل أنك وأصدقائك تركبون الدراجات في الحديقة. إذا قمت بالدواسة بسرعة كبيرة، فإن دراجتك سوف تتحرك بسرعة. ونتيجة لذلك، سوف تتمكن من تغطية مسافة أكبر في وقت أقصر. وهذا يعني أن سرعتك عالية. من ناحية أخرى، إذا قمت بالدواسة ببطء، فإن دراجتك سوف تتحرك بشكل أبطأ. ونتيجة لذلك، سوف يستغرق الأمر وقتًا أطول لتغطية نفس المسافة. وهذا يعني أن سرعتك منخفضة.

يتم تعريف السرعة على أنها المسافة المقطوعة في وحدة الزمن. دعونا نأخذ مثالا لفهم هذا. افترض أنك ترى سيارة تتحرك بسرعة ستين كيلومترًا في الساعة. وهذا يعني أنه يمكن أن يقطع مسافة ستين كيلومترًا في ساعة واحدة. لنفترض أنك تركب دراجة. كيف ستقيس سرعتك؟. دعونا نفهم الصيغة لحساب السرعة.

تخيل أنك تتحرك على دراجة من النقطة أ إلى النقطة ب. لحساب السرعة، نحتاج إلى معرفة أمرين. أولاً، المسافة التي قطعتها الدراجة. ثانياً، هو الوقت الذي استغرقته الدراجة لتغطية تلك المسافة. لذا، المسافة والزمن هما الشيئان اللذان يجب علينا معرفتهما لحساب السرعة. بعد ذلك نقسم المسافة على الزمن.

لنفترض أن المسافة بين النقطة أ والنقطة ب هي مائة متر. لقد قطعت هذه المسافة في عشرين ثانية. هل يمكنك أن تقول كيف قمت بقياس الوقت؟. بالطبع قمت بذلك بمساعدة ساعة اليد أو ساعة الإيقاف.

الآن الخطوة التالية هي تقسيم المسافة على الزمن. والجواب الذي نحصل عليه هو خمسة أمتار في الثانية. خمسة أمتار في الثانية هي سرعة دراجتك. خمسة أمتار في الثانية تعني أنك تقطع مسافة خمسة أمتار في كل ثانية. لنفترض الآن أنك بدأت بالتجديف بسرعة أكبر على دراجتك. استغرق الأمر خمس ثوان لتغطية مسافة المائة متر. هل يمكنك أن تقول ما هي سرعتك الآن؟.

نحن عادة نقيس السرعة بالأمتار في الثانية أو بالكيلومتر في الساعة. ويمكننا أيضًا قياس السرعة بالأميال في الساعة. الساعات والثواني هي وحدات الزمن. في حين أن المتر والكيلومتر والأميال هي وحدات المسافة.

التسارع هو معدل تغير السرعة بمرور الوقت. تخيل أنك تركب دراجة. عندما تبدأ في الدواسة وتنتقل من حالة السكون إلى الحركة، فأنت تتسارع. هذا لأنه عندما تبدأ بالدواسة، تكون سرعتك بطيئة. تزداد سرعتك تدريجيًا. يتعلق التسارع بكيفية تغير سرعة شيء ما بمرور الوقت.

دعونا نفهم هذا بمثال. افترض أنك تتحرك في البداية من النقطة أ إلى النقطة ب على دراجة بسرعة 50 مترًا في الثانية. بعد مرور بعض الوقت، تبدأ في الدواسة بقوة أكبر. افترض أن سرعتك زادت إلى 80 مترًا في الثانية. والآن يمكننا أن نقول أنك تتسارع لأن سرعتك تتغير. ولكن كيف يمكننا حساب المعدل الدقيق الذي تتسارع به؟.

لقياس التسارع، نقسم التغير في السرعة على الوقت الإجمالي المستغرق. يتم قياس التغير في السرعة عن طريق طرح السرعة الأولية من السرعة النهائية. السرعة الأولية خمسون متراً في الثانية. السرعة النهائية هي ثمانين مترا في الثانية. التغير في السرعة هو ثلاثون مترا في الثانية. ثم نقسم هذا التغير في السرعة على الوقت الذي تستغرقه الدراجة للتسارع من السرعة الأولية إلى السرعة النهائية. لنفترض أن الأمر استغرق عشرين ثانية للتسارع من السرعة الأولية إلى السرعة النهائية. لذا فإن التسارع المحسوب هو 1.5m/s².

يمكن أن يحدث التسارع بطريقتين. يمكنك إما التسريع أو الإبطاء. لذا، إذا كنت تركب دراجة وترغب في السفر بشكل أسرع، عليك أن تضغط على الدواسة بقوة أكبر. سوف تتسارع عن طريق الذهاب بشكل أسرع وأسرع. ولكن إذا كنت تريد التوقف، عليك الضغط على الفرامل. تتباطأ الدراجة حتى تتوقف. وهذا أيضًا تسارع ولكن في الاتجاه المعاكس.

هل يمكنك أن تقول ما هي فائدة فهم السرعة والتسارع؟. يساعد فهم السرعة والتسارع السائقين على الطريق على تحديد السرعات المناسبة ومسافات الكبح. وهذا يؤدي إلى سفر أكثر أمانًا وكفاءة. يستخدم المهندسون حسابات السرعة والتسارع عند تصميم المركبات والآلات والهياكل. تضمن هذه الحسابات أن كل شيء يعمل ضمن حدود آمنة ويؤدي وظيفته على النحو الأمثل.

التسارع المنتظم هو عندما تتغير سرعة الجسم بنفس المقدار في فترات زمنية متساوية. وهذا يعني أن الجسم يصبح أسرع أو أبطأ بمعدل ثابت. تخيل أنك في حافلة. يقوم سائق الحافلة بالضغط على دواسة الوقود برفق لتحريك الحافلة إلى الأمام. عندما تبدأ الحافلة في التحرك، فإنها تتسارع بمعدل ثابت. وهذا يعني أن السرعة تسير بنفس المقدار كل ثانية.

لنفترض أن الحافلة تسير بسرعة خمسة أميال في الساعة أسرع كل ثانية. بعد الثانية الأولى، تسير بسرعة خمسة أميال في الساعة. وبعد الثانية الثانية، تسير بسرعة عشرة أميال في الساعة. وبعد الثانية الثالثة، تسير بسرعة خمسة عشر ميلاً في الساعة. تزداد السرعة بنفس المعدل وهو خمسة أميال في الساعة كل ثانية. هذا هو التسارع المنتظم.

التسارع غير المنتظم هو عندما تتغير سرعة الجسم بمقادير مختلفة في فترات زمنية متساوية. إنه مثل ركوب دراجتك على طريق وعر مليء بالتلال والمنحدرات. في بعض الأحيان تقوم بالدواسة بشكل أسرع، وتتغير سرعتك بسرعة. في أوقات أخرى، تقوم بالدواسة بشكل أبطأ، وتتغير سرعتك بشكل أبطأ. تتغير سرعة الدراجة بكميات مختلفة كل ثانية.

دعونا نفهم ذلك من خلال أخذ مثال حافلة تسير على الطريق. افترض أنك جالس في حافلة. هذه المرة هناك حركة مرور على الطريق. قد تزيد سرعة الحافلة بمعدل عشرة أميال في الثانية في لحظة واحدة. وفي لحظة أخرى قد تزيد السرعة بمقدار 10 أميال أخرى في الساعة لتصل إلى سرعة 20 ميلاً في الساعة. يمكنك أن ترى أن سرعة الحافلة لا تتزايد باستمرار. يتزايد أو يتناقص بشكل غير منتظم. يُسمى هذا النوع من التسارع بالتسارع غير المنتظم.