قانون السرعة في الفيزياء

بواسطة: - آخر تحديث: ٠٦:٥٩ ، ٢٧ أغسطس ٢٠١٩

السرعة في الفيزياء

تُعرف السرعة بأنها الكمية التي تحدد مقدار سرعة واتجاه حركة جسم ما، إذ تنتقل الأجسام دائمًا باتجاه متشابه مع مسارها، فعلى سبيل المثال إن حركة الجسم في مسار دائري يؤدي إلى أن يكون اتجاهه في أي لحظة عموديًا على الخط الواصل بين الجسم ومركز الدائرة، أي بمعنى آخر فإنه يصنع مع المسار الدائري نصف قطر، كما يُمكن تعريف السرعة بمعناها القياسي بأنها معدل الوقت الذي يتحرك فيه الجسم على طول مساره، فعند حركة جسم على مسار معين خلال فترة زمنية معينة، فإن متوسط سرعتها سيساوي المسافة التي يحركها الجسم على مساره مقسومة على الوقت الذي استغرقه الجسم في الحركة، فعلى سبيل المثال عند حركة قطار بسرعة 100 كيلومتر في ساعتين، فإن متوسط سرعته يبلغ حوالي 50 كيلومتر في الساعة، إذ قد يختلف متوسط سرعة القطار خلال الفترة الزمنية المقدرة بساعتين.[١]

يمكن حساب سرعة الجسم في لحظة زمنية معينةعن طريق إيجاد متوسط السرعة خلال فترة زمنية قصيرة جدًا وتساوي تقريبًا تلك اللحظة، وتوفر قوانين التفاضل والتكامل التي وضعها العالم إسحاق نيوتن طريقة سهلة لحساب القيم الدقيقة للسرعة اللحظية أو الآنية، ويمكن أن تكون السرعة عبارة عن كمية قياسية تحدد بقيمة فقط من خلال إيجاد العلاقة بين المسافة والزمن، كما يمكن أن تكون كمية متجهة تحدد بقيمة واتجاه، وتمثل السرعة المتجهة بيانيًا عن طريق سهم يتناسب طوله مع مقدار تلك السرعة.[١]


قانون السرعة في الفيزياء

تُعرف السرعة بأنها المسافة المقطوعة في وحدة الزمن، إذ تعبر عن مقدار حركة جسم ما، ويمكن أن تعبر السرعة عن الكمية العددية التي تمثل مقدار متجه السرعة، إذ أنه عندما يكون مقدارها عالٍ فهذا يعني أن الجسم يتحرك بسرعة، بينما عندما يكون مقدارها منخفض، فهذا يعني أن الجسم يتحرك بسرعة أبطأ، أما إذا كان الجسم لا يتحرك على الإطلاق، فهذا يعني أنه لا يمتلك سرعة، ويُطلق عليها في تلك الحالة اسم السرعة الصفرية، وتعد الطريقة الأكثر شيوعًا لحساب السرعة الثابتة لجسم متحرك في خط مستقيم هي تطبيق قسمة المسافة المقطوعة على وحدة الزمن من خلال المعادلة التالية؛ ع = ف / ز، إذ إن؛ (ع)؛ تمثل سرعة الجسم، و(ف)؛ تمثل المسافة التي يقطعها الجسم، بينما (ز)؛ تمثل الزمن المستغرق خلال حركة الجسم، إذ تعطي تلك المعادلة متوسط سرعة الجسم خلال الفترة الزمنية المطلوبة.[٢]


أنواع السرعة في الفيزياء

تُقسم السرعة في الفيزياء إلى عدة أنواع، ومن أبرزها ما يأتي:[٣]

  • السرعة القياسية: تتميز السرعة القياسية بأنها عبارة عن سرعة تعبر عن مقدار عددي وليس لها اتجاه، ويمكن التمييز في تلك الحالة بين السرعة الآنية والسرعة المتوسطة بأن السرعة الآنية تعبر عن سرعة الجسم في لحظة واحدة، إلا أن متوسط السرعة يعبر عن المسافة المقطوعة خلال الوقت المنقضي، لذلك يمكن أن تكون مقادير السرعة الآنية والمتوسطة مختلفة جدًا، ويمكن التعبير عن السرعة باستخدام الرسم البياني الذي يربط بين المسافة والزمن، وبالتالي يمكن تحديد السرعة من خلال تلك العلاقة.[٣]
  • السرعة المتجهة: تصف السرعة المتجهة مقدار واتجاه حركة جسم ما، إذ تعتمد تلك السرعة على الإزاحة التي يقطعها الجسم، فعندما تكون الإزاحة كبيرة خلال فترة زمنية قصيرة فهذا يعني أن السرعة ستكون كبيرة، فعلى سبيل المثال؛ إذا تحرك شخص باتجاه معين ثم عاد إلى موقعه الأصلي، فإن سرعته عندئذ ستساوي صفر؛ وذلك لأن الإزاحة التي حققها بين موقعه النهائي والابتدائي تساوي صفر، كما يمكن من خلالها تحديد السرعة اللحظية لجسم ما عند لحظة معينة من حركته من نقطة إلى أخرى، وكلما كانت الفواصل الزمنية أصغر، ستكون المعلومات حول حركة جسم ما أكثر تفصيلًا.[٣]


وحدة قياس السرعة

تعد وحدة قياس السرعة وفقًا للنظام المتري هي متر لكل ثانية (م / ث)، كما يمكن استخدام وحدة الكيلومتر في الساعة، كما تُقاس سرعة السفن في البحر باستخدام وحدة العقدة أو الميل البحري في الساعة، ويمكن التحويل بين وحدات قياس السرعة كالتالي:[٢]

  • 1 م/ث يساوي حوالي 3.6 كم/ث.
  • 1 م/ث يساوي حوالي 2.236936 ميل/ساعة.
  • 1 م/ث يساوي حوالي 3.280840 قدم/ث.
  • 1 م/ث يساوي حوالي 1.943844 عقدة.


سرعة الضوء

تُعرف سرعة الضوء بأنها السرعة التي تنتشر فيها الموجات الضوئية عبر موادٍ مختلفةٍ، ويمكن تحديد سرعة الضوء في الفراغ على أنها تساوي حوالي 299,792,458 متر في الثانية، وتعد سرعة الضوء من القيم الثابتة في الطبيعة، وتبرز أهميتها في وصف خاصية الأمواج الكهرومغناطيسية، وتعد بمثابة السرعة الأعلى في الكون، إذ أن قيمتها أعلى من سرعة انتشار الإشارات وسرعة جميع جزيئات المواد، وتربط سرعة الضوء بين كلًا من الكتلة والطاقة، إذ يعبر عنها باستخدام العلاقة التي تنص على أن سرعة الضوء تساوي الجذر التربيعي لحاصل قسمة الطاقة على الكتلة.[٤]

ينتقل الضوء على شكل موجات، ويمكن أن تتباطئ سرعته عند مروره عبر أجسام معينة؛ كمروره عبر الغبار الذي يمكن أن يخفض من سرعته، ولا يمكن لأي جسم أن تفوق سرعته سرعة الضوء، ويتحرك الضوء عبر الغلاف الجوي للأرض بنفس سرعة حركته في الفراغ، بينما تتباطأ سرعته عند مروره عبر الماس إلى أقل من نصف تلك السرعة، ومع ذلك فإن الضوء ينتقل عبر الأحجار الكريمة بسرعة تصل إلى حوالي 124,000 كم/ث، ووفقًا لنظرية آينشتاين، فإنه لا يمكن لأي جسم الوصول إلى سرعة الضوء؛ لأن السير بسرعة الضوء تتطلب أن تكون كتلة الجسم مساوية للصفر.[٥]


المراجع

  1. ^ أ ب William L. Hosch, "Velocity"، britannica, Retrieved 24-7-2019. Edited.
  2. ^ أ ب Andrew Zimmerman Jones (4-5-2019), "What Speed Actually Means in Physics"، thoughtco, Retrieved 24-7-2019. Edited.
  3. ^ أ ب ت "What is velocity?", khanacademy, Retrieved 24-7-2019. Edited.
  4. Adam Augustyn, "Speed of light"، britannica, Retrieved 24-7-2019. Edited.
  5. Nola Taylor Redd (7-3-2018), "How Fast Does Light Travel? | The Speed of Light"، space, Retrieved 24-7-2019. Edited.