قانون السرعة في الفيزياء

السرعة في الفيزياء

تُعرَّف السرعة في الفيزياء بأنها المسافة المقطوعة لكل وحدة من الزمن، وهي السرعة التي يتحرك بها الجسم، وبصيغة أخرى السرعة هي الكمية العددية التي تُعبر عن حجم ناقل السرعة، ومن الجدير ذكره أنها لا تمتلك اتجاهًا معينًا، وفيما يتعلق بمقدارها فإنَّ السرعة الأكبر تتحدد من خلال تحرك الجسم بصورة أسرع، كما أنَّ السرعة الأقل هي التي تتحدد من خلال تحرك الجسم أبطأ، ولكن إذا لم يتحرك الجسم على الإطلاق، وبقي ساكنًا فإنَّ ذلك يعني أنَّ سرعة الجسم تُساوي صفرًا^[١].

قوانين السرعة في الفيزياء

توجد العديد من قوانين السرعة في الفيزياء، وهي كما يأتي^[٢]:

• قانون السرعة الفيزيائي الشائع: يتمثل هذا القانون من خلال علاقة بين المسافة والزمن، وفيما يتعلق بالسرعة الفيزيائية وفقًا لهذه العلاقة فهي المسافة التي يقطعها الجسم المتحرك خلال فترة زمنية معينة، أمَّا بالنسبة للرموز فإنَّه يُرمز للسرعة في المعادلة الرياضية بالرمز س، بينما يُرمز للمسافة بالرمز م، ويُرمز للزمن بالرمز ز، والقانون هو: السرعة = المسافة ÷ الزمن، وللتعبير عن القانون بصيغة رياضية رمزية فهو كما يأتي: س = م ÷ ز.
• قانون السرعة المتوسطة: تُمثل السرعة اللحظية السرعة التي يقطعها جسم متحرك خلال لحظة زمنية محددة، وهي مشتقة الإزاحة أو طول المسار المقطوع بالنسبة للزمن، ولتمثيلها رياضيًا فهي كما يأتي: السرعة اللحظية = طول المسار ÷ الزمن × 2، وهنا تجدر الإشارة إلى أنَّ طول المسار هو المسافة بين النقطة الأولى والنقطة الثانية على المسار، أمَّا بالنسبة للرموز فإنه يُرمز للسرعة بالرمز س، ويُرمز لطول المسار بالرمز ط، وللزمن ز.
• قانون السرعة الخطية والدورانية: تُمثل السرعة الخطية المسافة التي يقطعها الجسم خلال وحدة زمنية معينة وفقًا لمسار دائري، ومن ناحية السرعة الدورانية فإنها تُمثل معدل التغير في الإزاحة بالنسبة للزمن، ويُعبر عنها بصيغة رياضية، هي: محيط الدائرة ( 2 × باي × نق ) ÷ الزمن، أمَّا بالنسبة لمعادلة السرعة الدورانية فهي كما يأتي: 2 × باي ÷ الزمن.

أمثلة على قوانين السرعة في الفيزياء

يُمكن فهم قوانين السرعة من خلال الأمثلة التالية^[٣]:

حساب السرعة

إذا ركض الإنسان لمسافة مقدارها 100 متر خلال فترة زمنية مقدارها 20 ثانيةً، فإنَّ ذلك يعني أنَّه يتحرك بمتوسط سرعة مقداره 5 أمتار في الثانية الواحدة، وبصيغة أخرى فإنَّ السرعة = 5 م/ث، وهنا تجدر الإشارة إلى أنَّه يجب استخدام القانون العام التالي: السرعة = المسافة ÷ الزمن، لأنَّ كل من المسافة والزمن معطى.

بالإضافة لذلك إذا قاد شخص دراجة نارية لمسافة مقدارها 60 كيلومترًا خلال فترة زمنية مقدارها 4 ساعات من الزمن، فإنَّ السرعة = المسافة ÷ الزمن، أي إنَّ السرعة = 60 ÷ 4 = 15 كيلومترًا / ساعة، وهذا يعني أنَّ الشخص يقود الدراجة النارية بمتوسط سرعة مقدارها 15 كيلومترًا عند قطع مسافة 60 كيلومترًا خلال 4 ساعات من الزمن.

حساب المسافة

يُمكن حساب المسافة من خلال العلاقة المعروفة بين السرعة والمسافة والزمن، وبصيغة رياضية يُعبَّر عن المسافة بالعلاقة التالية: المسافة = السرعة × الزمن، وهذا يعني أنَّ المسافة تعتمد على السرعة المستخدمة والفترة الزمنية التي استخدمت فيها السرعة، فمثلًا إذا خرج شخص ما حتى يمشي بمتوسط سرعة مقداره 4 كيلومترات في الساعة الواحدة، ولكنه استغرق في المشي فترةً زمنيةً مقدارها ساعتان، فإنَّه يُمكن معرفة طول المسافة المقطوعة من قِبَل الشخص من خلال العلاقة المسافة = السرعة × الزمن، وهكذا فإنَّ المسافة = 4 × 2 = 8 كيلومترات، أي إنَّ الشخص قطع مسافةً مقدارها 8 كيلومترات خلال فترة زمنية مقدارها ساعتان ومتوسط سرعة ثابت هو 4 كيلومترات لكل ساعة.

حساب الزمن

يُمكن حساب الزمن من خلال العلاقة ذاتها، أي إنَّه يُمكن معرفة الزمن الذي استغرقه الإنسان عند قطع مسافة معينة ومتوسط سرعة معين، ولحساب الزمن تُستخدم العلاقة الرياضية التالية: الزمن = المسافة ÷ السرعة، فمثلًا إذا ركض إنسان لمسافة مقدارها 200 متر بمتوسط سرعة مقداره 8 أمتار في الثانية، فإنَّه يُمكن معرفة المدة الزمنية التي استغرقها الإنسان بهدف قطع المسافة من خلال العلاقة الرياضية الزمن = المسافة ÷ السرعة، وهكذا فإنَّ الزمن = 200 ÷ 8 = 25، أي إنَّ الشخص استغرق 25 ثانيةً في الركض لمسافة مقدارها 200 متر بمتوسط سرعة مقداره 8 أمتار/ ثانية.

حالات التسارع

تُوجد حالات للتسارع، وهي كما يأتي^[٢]:

• التسارع الموجب: يُعرَّف التسارع بأنه موجب عندما يكون اتجاهه هو نفس اتجاه الحركة، وفي هذه الحالة تزداد السرعة كلما زاد الزمن، فمثلًا إذا كانت السرعة 5 أمتار في الثانية والتسارع مترًا في الثانية فإنَّ السرعة عند مرور فترة زمنية مقدارها ثانية تُصبح 10 أمتار في الثانية، وبعد فترة زمنية مقدارها ثانيتان تُصبح 15 مترًا في الثانية.
• التسارع السالب: يكون التسارع سالبًا عندما يُصبح عكسيًا مع مرور الزمن عند تباطؤ السرعة، وعمومًا يُمكن ملاحظة التسارع السالب عند كبح السيارة، إذ تقل سرعة السيارة تدريجيًا عند الضغط على دواسة المكابح، ويكون ذلك التباطؤ بمعدل ثابت حتى تتوقف، فالسرعة تقل مع الزمن.
• التسارع المعدوم: يُعرف التسارع المعدوم بأنه التسارع الذي قيمته صفر، وهو التسارع الذي تكون سرعته منتظمةً وغير متأثرة بتغير ومرور الزمن.
• تسارع الجاذبية الأرضية: إنَّ تسارع سقوط الأجسام في الكرة الأرضية تحت تأثير الجاذبية من أبرز وأهم الأمور التي تُثبت صحة قانون التسارع، فمثلًا إذا أسقط شخص جسمًا من مكان مرتفع، فإنَّ السرعة في اللحظة التي أُسقِطَ فيها الجسم تُساوي صفرًا، ولكن مع وصوله للأرض فإنَّ السرعة تزيد عن الصفر، فالسرعة تزداد مع ازدياد الزمن الذي يمر خلال السقوط بشرط إهمال مقاومة الهواء، وحسب ما وصل إليه العلماء فإنَّ تسارع الجاذبية الأرضية يُساوي 9.8 م / ث².

المراجع

1. ↑ "تعريف السرعة في الفيزياء"، المرام للعلوم، اطّلع عليه بتاريخ 19-6-2019. بتصرّف.
2. ^ ^{أ ب} دعاء (15-11-2018)، "قوانين السرعة والتسارع في الفيزياء"، المرسال، اطّلع عليه بتاريخ 19-6-2019. بتصرّف.
3. ↑ "السرعة، المسافة و الزمن"، arabiska، اطّلع عليه بتاريخ 19-6-2019. بتصرّف.