يعتبر قانون الإزاحة من القوانين الأساسية في علم الفيزياء، مثلما هو الحال مع قانون المسافة. حيث تُعبر الإزاحة عن مقدار التغيير في موضع الجسم.
بالتالي، فإن الإزاحة تشمل كلاً من المقدار والاتجاه، فهي تُعرَّف بأنها أقصر مسافة بين نقطتين، ويمكن أن تأخذ قيمة إيجابية أو سلبية.
مقدمة حول قانون الإزاحة
- سنبدأ بتعريف مفهوم الإزاحة، وهي المسافة التي يقطعها جسم محدد.
- تحصل هذه الإزاحة نتيجة حركة الجسم من نقطة معينة إلى نقطة جديدة، والتي يُرمز لها عادةً بالعِلم اليوناني “دلتا”.
- يمكن التعبير عن الإزاحة أيضًا باستخدام وحدات الطول مثل المتر، السنتيمتر، والكيلومتر.
- تُعبر الإزاحة عن حركة الجسم وتغيُّر موضعه، حيث يُمكن وصفها بواسطة المقدار واتجاه الحركة.
- تعتبر الإزاحة واحدة من الكميات الفيزيائية المتجهة، حيث يتم تمثيلها عادةً بواسطة سهم يشير من الموقع الابتدائي إلى الموقع النهائي للجسم.
- عند حل أي مسألة تتعلق بالإزاحة، من المهم تحديد إشارة موقع الجسم بشكل إيجابي.
- على سبيل المثال، يُمكن اختيار الاتجاهات الموجبة عند الحركة نحو اليمين أو الأعلى.
- من أهم ميزات الإزاحة أنها تمثل الفرق بين موضعين، بغض النظر عن نوع الحركة؛ ستبقى قيمة الإزاحة ثابتة، سواء تحرك الجسم بأقصر طريق أو في حركة دائرية.
خصائص وسمات الإزاحة
- يمكن وصف الحركة من نقطة البداية إلى نقطة النهاية للجسم نفسه.
- تُعتبر الإزاحة بين نقطتين مختلفة مسارًا دقيقًا وواضحًا.
- وحدة قياس الإزاحة هي نفس وحدات قياس الطول، حيث يمكن أن تكون الإزاحة موجبة، سالبة، أو تساوي صفر في وقت معين.
- يجدر بالذكر أن المسافة التي يقطعها الجسم هي كمية أكبر أو تساوي الإزاحة، حيث أن المسافة تشير إلى كامل المسار المقطوع.
تعريف السرعة
- السرعة هي كمية متجهة تمثل سرعة حركة الجسم، ولا تتساوى المتجهات إلا إذا تطابقت مقاديرها واتجاهاتها.
- تُقاس السرعة بوحدات المتر لكل ثانية (م/ث)؛ لذا معدل السرعة المتجهة يعد مقياساً لكلا الزاويتين.
- هناك نوع مهم من السرعة يُعرف باسم السرعة اللحظية، وهي تُشير إلى سرعة الجسم في لحظة زمنية معينة.
- تُعد السرعة اللحظية ديناميكية الحركة ضمن فترات زمنية محددة، كما يمكن دراستها باستخدام أساليب التحليل الرياضي.
الفرق بين المسافة والإزاحة والسرعة
- المسافة هي كمية قياسية تمثل الطول الكلي المقطوع من نقطة البداية إلى النهاية.
- الإزاحة تُشير إلى الخط المستقيم بين نقطتين عند الانتقال، حيث تعتبر الفرق في الموقع.
- تُستخدم دلتا كرمز لقياس الإزاحة، بما يتضمن الفرق بين الحالة الابتدائية والنهاية مع التركيز على المعدلات المحددة.
- السرعة هي المسافة التي يقطعها الجسم بمرور الوقت، والتي تُحسب عادةً باستخدام المنحنيات الزمنية.
علاقة التسارع مع الإزاحة
- التسارع هو كمية متجهة تعبر عن معدل تغير السرعة بالنسبة للزمن.
- تُحسب التسارع من خلال العلاقة التالية: التغير في السرعة على التغير في الزمن، وعادة ما يحدث عند زيادة أو نقصان في السرعة.
- يمكن أن يتغير كل من مقدار السرعة واتجاهها. من المهم التعرف على توجه التسارع أيضًا.
- التسارع السلبي يُعرف بالتباطؤ، حيث يحدث عندما ينقص الجسم من سرعته.
- بينما التسارع الإيجابي يحدث عندما تزداد سرعة الجسم، ويكون في الاتجاه نفسه.
- تظهر تأثيرات الكتلة على التسارع بشكل واضح، حيث لا تؤثر كتلة الجسم على تسارعه تجاه الأرض.
مثال على الكتلة والتسارع
- عند تفريغ أنبوبة مزودة بمضخة هواء، يمكن عزل جميع القوى باستثناء الجاذبية.
- إذا تم إسقاط ريشة وحجر من الأنبوبة في نفس الوقت، سنرى أن سرعتهما متساوية في نهاية المطاف.
- وإذا كانت الحركة ليست معزولة، سيلعب الهواء دور المقاومة، مما يعيق سقوط الجسم بشكل مختلف اعتمادًا على شكل الجسم.
السقوط الحر وعلاقته بالإزاحة
- السقوط الحر هو السقوط الناتج عن جاذبية الأرض دون أي تأثيرات خارجية أخرى.
- خلال هذا السقوط، يتعرض الجسم لتسارع نحو الأرض يعادل 9.8 م/ث.
- خلال مرحلة الصعود، تبدأ الحركة بسرعة ابتدائية متجهة للأعلى ولكنها ستتناقص حتى تصبح صفر، وهذا يُعتبر تسارعًا سلبيًا.
- عند النزول، يبدأ الجسم من سرعة صفر ويتسارع نحو الأسفل حتى يصل إلى الأرض.
خاتمة حول قانون الإزاحة
- يمثل الفرق بين الإزاحة والمسافة تباينًا مهمًا، حيث أن الإزاحة تمثل المسار بين نقطتين.
- من جهة أخرى، تمثل المسافة المسافة الكلية المقطوعة بين نقاط إشارية معينة.
- لابد من الإشارة إلى أن المسافة قد لا تتساوى دائمًا مع الإزاحة، بل يمكن أن تكون أكبر.
