قوانين السرعة والتسارع

قوانين السرعة والتسارع

حركة الأجسام وسرعتها

درس علماء الفيزياء حركة الأجسام واختلاف سرعتها، وأجروا العديد من المحاولات لمعرفة السبب في اختلاف سرعة الأجسام والأسباب المؤثرة فيها، وتوصّلوا إلى بعض القوانين التي تحكم سرعة الجسم أثناء حركته، وعرفوا الأشياء التي ترتبط مباشرة عند قياس سرعة جسم متحرّك؛ مثل: المسافة والزمن، وتوصلوا أيضًا إلى أنّ هناك اختلاف في سرعة الجسم نفسه أثناء الحركة وأطلقوا عليه تسارع الجسم.


مفهوم السّرعة والتسارع

  • السّرعة: هي المسافة الثابتة التي يقطعها الجسم في وحدة زمنيّة معيّنة في اتّجاه واحد، إذ إنّ سرعة الجسم تُقاس بوحدة المسافات ووحدات الزمن، وأشهرها متر لكلّ ثانية.
  • التسارع أو العجلة: هو تغير مقدار سرعة الجسم مع مرور الزمن، فعندما تتغير هذه السّرعة مع مرور الزمن يمكن القول بأنّ هذا الجسم في تسارع، ويُقاس التسارع بالمتر في الثانية.
ملاحظة: العالم الذي اكتشف مفهوم التسارع هو العالم جاليليو؛ إذ استطاع ملاحظة تسارع الأجسام، وتوصّل إلى أنّ الجسم المتحرّك أو المتدحرج تزداد سرعته بمقدار ثابت في فترات زمنيّة متساوية.


قوانين السّرعة

  • قانون السّرعة الفيزيائيّ الشائع: هو العلاقة بين المسافة والزمن، إذ إنّ المسافة التي يقطعها الجسم المتحرّك خلال زمن محدّد تعبّر عن سرعته، وصياغة القانون هي: السّرعة=المسافة÷الزمن، ويكتب بالرموز س=م÷ز.
  • قانون السّرعة المتوسّطة: هي السّرعة التي يقطعها الجسم المتحرّك مسافةً معيّنة في لحظة زمنيّة محدّدة، وطريقة معادلتها الرياضية هي في القانون الآتي: السّرعة اللحظية=طول المسار (المسافة بين النقطة الأولى والنقطة الثانية على المسار)÷ الزمن×2 ، ويُرمز للسرعة بالرمز س وطول المسار بالرمز ط والزمن بالرمز.
  • قانون السّرعة الخطيّة: السّرعة الخطية: هي المسافة التي يقطعها الجسم المتحرك خلال وحدة زمنية على مسار دائري، أما القانون فيعبر عنه بالمعادلة التالية: السّرعة الخطية=محيط الدائرة (2×باي×نق نصف القطر)÷الزمن.
  • قانون السّرعة الدورانيّة: هي معدّل التغيّر في الإزاحة بالنسبة للزمن، ويتمّ التعبير عن السّرعة الدورانيّة بالعلاقة الرياضيّة التالية: السّرعة الدورانية=2×باي÷الزمن.


قوانين التسارع

للتسارع ثلاث حالات وهي كالآتي:

  • التّسارع المعدوم: أي أن تكون السّرعة ثابتة مهما تغيّر الزمن، إذ إنّ التسارع يساوي صفر؛ لأنّ السّرعة ثابتة وغير متأثّرة بمرور الزمن.
  • التّسارع الموجب: هو التّسارع باتّجاه الحركة، أي إنّ سرعة الجسم تزيد مع زيادة مرور الزمن، ومثال ذلك؛ إذا كانت السّرعة: 5 مترات في الثانية، والتسارع هو: متر في الثانية، فإن السّرعة عند مرور ثانية واحدة تصبح 10 مترات في الثانية، وبعد ثانيتين تصبح 15 مترًا في الثانية.
  • التّسارع السالب: هو التّسارع العكسيّ مع مرور الزمن؛ إذ إنّ السّرعة تتباطأ مع مرور الزمن، وخير مثال على التّسارع السالب هو عند الضغط على مكابح السيارة؛ لتقلّ سرعة السيارة تدريجيًا بمعدّل ثابت حتّى تتوقّف مع مرور الزمن.


المعادلة الرياضيّة لقانون التّسارع: التسارع= فرق السّرعة÷ الزمن، وبالرموز: ت=ف÷ ز.


تسارع الجاذبيّة الأرضيّة

سقوط الأجسام بفعل الجاذبيّة الأرضيّة أكبر تطبيق كونيّ على صحّة قانون التّسارع، إذ إنّ سقوط الأجسام نحو الأرض يبدأ من سرعة مقدارها صفر، ثمّ تبدأ السّرعة بالتزايد مع مرور الزمن، وهذا هو التّسارع الموجب، فعند وصل الجسم الساقط بحريّة نحو الأرض تكون سرعته أكبر من صفر، ومن الجدير بالذكر أنّ العلماء توصّلوا إلى أنّ تسارع الجاذبيّة الأرضيّة يساوي 9.8 م/ث².