تُعتبر السرعة إحدى الكميات الأساسية في علم الفيزياء، ويحيط بها العديد من المفاهيم الهامة. تُعرف السرعة بأنها القدرة على إحداث تغيير وتقاس بترول عندما يكون الحديث عن النيوتن والذي يُستخدم كنوع من وحدات القياس في حالات أخرى. في هذا السياق، سنقوم بتحليل عبارة “السرعة هي القدرة على إحداث تغيير وتقاس بالنيوتن” لنستكشف مدى صحتها.
تحليل عبارة السرعة كقدرة على إحداث تغيير
لكي نفهم صحة العبارة المطروحة، ينبغي علينا أولاً التعريف بالسرعة وخصائصها. توجد العديد من الأجسام المتحركة في الطبيعة، ولكي يتحرك أي جسم يجب أن يُكتسب سرعة ما. والسؤال هنا هل تعبر العبارة عن مفهوم السرعة بدقة
- الإجابة خطأ.
يمكن تقسيم السرعة إلى نوعين رئيسيين السرعة (Speed) وهي كمية قياسية تُحدد بمقدار فقط، حيث تعبر عن المعدل الذي يقطع به الجسم مسافة معينة بالنسبة للزمن. النوع الثاني هو السرعة المتجهة (Velocity)، التي تُعتبر كمية متجهة تُحدد بمقدار واتجاه، حيث تعبر عن معدل التغير في الإزاحة بالنسبة للزمن. الفارق الجوهري هنا بين المسافة والإزاحة، إذ أن المسافة تُعتبر كمية عددية تعبر عن الطول الفعلي، بينما الإزاحة تُعتبر كمية متجهة تعبر عن الطول الأقصر بين نقطتين.
قوانين السرعة في الفيزياء
تُمثل السرعة معدل تغير المسافة بالزمن، ويتم التعبير عنها بوحدات مثل كيلومتر/ساعة أو متر/ثانية. يمكن تصنيف القوانين المرتبطة بالسرعة كما يلي
قانون السرعة اللحظية
تُشير السرعة اللحظية إلى سرعة الجسم عند لحظة معينة، ويمكن حسابها من خلال المشتقة الأولى لموقع الجسم بالنسبة للزمن. يُعبر عن السرعة اللحظية وفق القانون التالي
- السرعة اللحظية = المشتقة الأولى لموقع الجسم / المشتقة الزمنية
- ع = دف ÷ دز (بالتعبير الرمزي)
حيث أن
- ع تمثل السرعة اللحظية (متر/ثانية)
- دف تمثل مشتقة الموقع (متر)
- دز تمثل مشتقة الزمن (ثانية)
قانون السرعة المتوسطة
تعبر السرعة المتوسطة عن المسافة الإجمالية التي يقطعها الجسم بالنسبة للوقت اللازم لقطع هذه المسافة، ويمكن التعبير عنها بالصيغة
- السرعة المتوسطة = المسافة ÷ الزمن
- ع = ف ÷ ز (بالتعبير الرمزي)
حيث أن
- ع تمثل السرعة المتوسطة (متر/ثانية)
- ف المسافة الكلية المقطوعة (متر)
- ز الزمن المستغرق (ثانية)
قانون السرعة الدورانية
تُعتبر السرعة الدورانية أو الزاوية مقدار التغير في الإزاحة الزاوية بالنسبة للزمن، وتقاس بوحدة راديان/ثانية، وتُعبر بالقانون التالي
- السرعة الدورانية = مقدار التغير في الإزاحة الزاوية ÷ الزمن اللازم للدوران
- θΔ = Ω ÷ ز (بالتعبير الرمزي)
حيث أن
- Ω تشير إلى السرعة الدورانية (راديان/ثانية)
- θΔ تعبر عن مقدار التغير في الإزاحة الزاوية (راديان)
- ز الزمن اللازم للدوران (ثانية)
قوانين التسارع في الفيزياء
التسارع يعتبر كمية متجهة تعبر عن معدل تغير السرعة بمرور الزمن، ويتم قياسه بوحدة متر/ثانية²، وهناك ثلاثة أنواع رئيسية من التسارع
- التسارع الموجب يحدث عندما يتجه التسارع بنفس اتجاه الحركة، مما يؤدي إلى زيادة السرعة.
- التسارع السالب يحدث حينما يتجه التسارع بعكس اتجاه الحركة، مما يؤدي إلى انخفاض السرعة.
- التسارع الصفري يحدث عندما تكون قيمة التسارع صفراً، مما يعني أن الجسم يتحرك بسرعة ثابتة.
يتم التعبير عن التسارع بالقوانين التالية
- القانون الأول ت = ∆ع / ز حيث الحركة في اتجاه ثابت، حيث أن
- ت التسارع (متر/ثانية²)
- ∆ع الفرق بين السرعة النهائية والابتدائية (متر)
- ز الزمن (ثانية)
- القانون الثاني ت = ق / ك (قانون نيوتن الثاني)، حيث أن
- ت التسارع
- ق محصلة القوى التي تؤثر على الجسم (نيوتن)
- ك كتلة الجسم (كيلوغرام)
ختامًا، نستنتج من التحليل السابق أن عبارة “السرعة هي القدرة على إحداث تغيير وتقاس بالنيوتن” ليست صحيحة، حيث أن السرعة تقاس بوحدات مختلفة مثل متر/ثانية أو كيلومتر/ساعة. لقد قمنا في هذا المقال باستعراض القوانين المتعلقة بالسرعة والتسارع في علم الفيزياء.