مقال حول كميات الفيزياء في الحركة الخطية
1- الفاصل الزمني
عندما ينتقل جسم من مكان إلى آخر، فإنه يحتاج إلى فترة زمنية محددة. رمز الزمن هو t (الزمن). وحدة الزمن في النظام الدولي للوحدات هي الثانية (ثانية).
2. المسافة والإزاحة
المسافة هي طول المسار الذي يسلكه جسم ما. المسافة كمية قياسية، أي أنها لا تعتمد على الاتجاه. رمز المسافة هو d ووحدتها في النظام الدولي للوحدات هي المتر (م).
الإزاحة هي تغير في موضع جسم ما. وهي كمية متجهة، لذا تتكون من مقدار واتجاه. وتعتمد الإزاحة على اتجاهها، فقد تكون موجبة أو سالبة. عند تمثيلها بالإحداثيات الديكارتية، يكون اتجاه الإزاحة موجبًا إذا كان في اتجاه المحورين السيني والصادي الموجبين. أما إذا كان في اتجاه المحورين السيني والصادي السالبين، فتكون الإزاحة سالبة. ويُشار إلى اتجاه الإزاحة عادةً بالشمال والشرق والجنوب والغرب. رمز الإزاحة هو d، ووحدتها في النظام الدولي للوحدات هي المتر (م).
مثال توضيحي 1:
يتحرك طالب شرقاً مسافة تصل إلى مترين. ما هي المسافة ومقدار إزاحة الطالب؟
أ = الموضع الابتدائي، ب = الموضع النهائي.
المسافة (د) = 2 متر
مقدار الإزاحة (د) = ٢ متر. اتجاه الإزاحة = شرق
مثال توضيحي 2:
يتحرك طالب شرقاً مسافة مترين، ثم يتحرك غرباً مسافة مترين أيضاً. ما هي المسافة ومقدار إزاحة الطالب؟
أ = موضع البداية وموضع النهاية
المسافة (د) = 2 م + 2 م = 4 م
مقدار الإزاحة (d) = 2 م - 2 م = 0. الموضع النهائي = الموضع الابتدائي، لذا لا توجد إزاحة.
مثال توضيحي 3:
يتحرك طالب شرقاً مسافة مترين، ثم يتحرك غرباً مسافة متر واحد. ما هي المسافة ومقدار إزاحة الطالب؟
أ = موضع البداية، ب = موضع النهاية.
المسافة (د) = 2 م + 1 م = 3 م
مقدار الإزاحة (د) = ٢ م - ١ م = ١ م. اتجاه الإزاحة = شرق
3. السرعة والسرعة المتجهة
السرعة كمية قياسية، بينما السرعة المتجهة كمية متجهة. تتكون السرعة المتجهة من مقدار واتجاه. رمز السرعة المتجهة هو v، ورمز السرعة المتجهة هو v (السرعة المتجهة). وحدة القياس الدولية للسرعة والسرعة المتجهة هي متر في الثانية (م/ث).
أ. متوسط السرعة ومتوسط السرعة المتجهة
مثال توضيحي 1:
يتحرك طالب شرقاً مسافة مترين خلال ثانية واحدة. ما هو متوسط سرعة الطالب ومقدار متوسط سرعته المتجهة؟
اتجاه متوسط السرعة = اتجاه الإزاحة = إلى الشرق
مثال توضيحي 2:
يتحرك طالب شرقاً مسافة مترين خلال ثانية واحدة، ثم يتحرك غرباً مسافة متر واحد خلال ثانيتين. ما متوسط سرعة الطالب ومقدار متوسط سرعته المتجهة؟
اتجاه متوسط السرعة = اتجاه الإزاحة = إلى الشرق
ب. السرعة اللحظية والسرعة المتجهة اللحظية
السرعة اللحظية = مسافة صغيرة جدًا تُقطع خلال فترة زمنية قصيرة جدًا. مقدار السرعة المتجهة اللحظية = إزاحة صغيرة جدًا تُقطع خلال فترة زمنية قصيرة جدًا. إذا سبق لك قيادة دراجة نارية أو سيارة، فلا بد أنك رأيت عداد السرعة. عند قيادة الدراجة النارية، تتغير سرعتها ويُظهرها عداد السرعة.
في الفيزياء، يُختصر مصطلح السرعة اللحظية غالبًا إلى "السرعة". وبالمثل، يُختصر مصطلح السرعة المتجهة اللحظية غالبًا إلى "السرعة المتجهة". يُرجى ملاحظة أنه يُمكن استبدال مقدار السرعة المتجهة بمصطلح "السرعة". وذلك لأن مقدار السرعة المتجهة يُعتبر مساويًا للسرعة. يُعتبر مقدار السرعة المتجهة مساويًا للسرعة لأن المسافة ومقدار الإزاحة يكونان متساويين إذا كانت صغيرة جدًا. مع أن المسافة ومقدار الإزاحة لا يكونان متساويين دائمًا (راجع النقاش حول المسافة والإزاحة)، إلا أنه إذا كانت المسافة ومقدار الإزاحة صغيرين جدًا، فلا بد أن يكون لهما نفس القيمة.
4. تسارع
التسارع كمية متجهة، لذا فهو يتكون من مقدار واتجاه. رمز التسارع هو a (التسارع). وحدة قياس التسارع في النظام الدولي للوحدات هي متر لكل ثانية مربعة (م/ث² ).
أ. متوسط التسارع
مثال توضيحي:
تتحرك سيارة شرقًا من السكون حتى تصل سرعتها إلى 10 م/ث لمدة 5 ثوانٍ. احسب مقدار التسارع المتوسط!
اتجاه التسارع المتوسط هو نحو الشرق.
في المتوسط، تزداد سرعة السيارة بمقدار 2 متر/ثانية كل ثانية. إذا كان مقدار تسارع السيارة ثابتًا، فإن سرعة السيارة تزداد دائمًا بمقدار 2 متر/ثانية كل ثانية. أما إذا لم يكن مقدار تسارع السيارة ثابتًا، فإن سرعة السيارة لا تزداد دائمًا بمقدار 2 متر/ثانية كل ثانية. فقد تزداد سرعة السيارة بمقدار 1 متر/ثانية في الثانية الأولى، ثم بمقدار 3 متر/ثانية في الثانية الثانية. ولكن في المتوسط، عند تحرك السيارة لمدة 5 ثوانٍ، يزداد مقدار سرعتها بمقدار 2 متر/ثانية كل ثانية.
ب. التسارع اللحظي
التسارع اللحظي هو تغير في السرعة خلال فترة زمنية قصيرة جدًا. يُطلق على التسارع اللحظي غالبًا اسم التسارع. لذا، عندما يُقال إنه تسارع، فإن المقصود هو التسارع اللحظي. يُقال إن الجسم يتعرض للتسارع إذا تغيرت سرعته. السرعة كمية متجهة، أي أنها تتضمن مقدار السرعة واتجاهها. لذلك، توجد ثلاث حالات يُقال فيها إن الجسم المتحرك يتسارع. أولًا، يُقال إن الجسم يتعرض للتسارع إذا تغير مقدار السرعة (مع ثبات اتجاه السرعة).
في المثال الأول، تكون السيارة ساكنة في البداية (السرعة = 0). بعد ثانية واحدة، تزداد سرعتها إلى 5 م/ث. تزداد سرعة السيارة، لذا يُقال إنها تتسارع. في المثال الثاني، تتحرك السيارة في البداية بسرعة 5 م/ث. بعد ثانية واحدة، تتوقف السيارة. تنخفض سرعة السيارة لأنها تتعرض لتسارع سالب أو تباطؤ. ثانيًا، يُقال إن الجسم يتعرض لتسارع إذا تغير اتجاه سرعته (مقدار السرعة ثابت). اتجاه السرعة = اتجاه الإزاحة = اتجاه الحركة. ثالثًا، يُقال إن الجسم يتعرض لتسارع إذا تغير كل من مقدار واتجاه سرعته.
