السرعة المتجهة هي الكمية الفيزيائية التي تتطلب كل من الاتجاه والمقدار للتعبير عنها. على سبيل المثال، عندما نقول إن القطار يسير بسرعة 50 كيلومتر في الساعة نحو الشمال، فإن المقدار هو خمسون كيلومتر في الساعة، في حين أن الاتجاه يشير إلى الشمال.
مقدمة في دراسة السرعة المتجهة النسبية واللحظية
قبل تناول موضوع السرعة المتجهة بأنواعها، يجب أن نفهم مفهوم السرعة بصورة عامة. لنوضح ذلك، يمكننا استخدام مثال لرجل يقيم بالقرب من مكتبة عامة تبعد عنه ثلاثة شوارع. قرر هذا الرجل استعارة كتاب فيزيائي، فخرج من شقته بتمام الساعة 03:00 مساءً.
وصل إلى مدخل المكتبة في الساعة 03:23 مساءً، وبعد أن أنهى عملية الاستعارة قرر العودة إلى منزله عند الساعة 03:30 مساءً، مستخدماً سيارة أجرة، ووصل إلى منزله في الساعة 03:40 مساءً. من خلال تحليل هذا المثال، يمكننا استنتاج أن سرعة عودة الرجل كانت أكبر من سرعة ذهابه، مما يعني أن السرعة تزداد عند قطع مسافة معينة في وقت أقل.
إن دراسة الحركة تُعتبر جزءاً أساسياً من الميكانيكا الكلاسيكية التي تهتم بفهم مفاهيم الحركة، وهو ما يُعرف بالديناميكا. لفهم الحركة بشكل دقيق، يجب أولاً تعريف الموقع بأنه موضع الجسم بالنسبة لنقطة مرجعية معينة.
أما الإزاحة، فهي أقل مسافة بين الموقع القديم للجسم والموقع الجديد، في حين أن المسافة تعبر عن الطول الفعلي للمسار الذي تم تحريك الجسم فيه.
يمكننا التمييز بين نوعين من السرعة؛ وهما السرعة المتجهة والسرعة القياسية، ونستخدم كلاهما في حياتنا اليومية للتعبير عن نفس الشيء.
السرعة المتجهة النسبية واللحظية
كما أوضحنا سابقاً، فإن السرعة المتجهة هي الكمية الفيزيائية التي تحتاج إلى المقدار والاتجاه. يمكن تصنيفها إلى نوعين أساسيين هما السرعة المتجهة المتوسطة (النسبية) و السرعة المتجهة اللحظية.
السرعة المتجهة النسبية (المتوسطة)
تُحدد السرعة المتجهة المتوسطة من خلال قسمة مقدار التغير في الإزاحة (المشار إليه بـ ▲ف) على الوقت الكلي (المشار إليه بـ ▲J). لذا، تعتمد حساباتها على الزمن الابتدائي والزمن النهائي، ويُعبر عن قانونها بالصيغة: السرعة المتجهة المتوسطة = ▲ف ÷ ▲J.
السرعة المتجهة اللحظية
تعبر السرعة المتجهة اللحظية عن سرعة الجسم في زمن محدد. يمكن تصور ذلك كأن نجمد الزمن للحظة معينة ونقيس سرعة الجسم في تلك اللحظة. على سبيل المثال، يمكن أن نقول إن سرعة الجسم المتجهة في تلك اللحظة هي 5 متر/ الثانية في الاتجاه الشمالي الشرقي، حيث تُعتبر 5 متر/ الثانية هي السرعة المتجهة اللحظية.
السرعة القياسية
السرعة القياسية هي الكمية الفيزيائية التي تعتمد فقط على المقدار وتٌقسم إلى نوعين:
سرعة قياسية متوسطة
يتم حسابها من خلال قسمة المسافة المقطوعة خلال رحلة معينة على الزمن الكلي المستغرق.
سرعة قياسية لحظية
هي مقدار السرعة المتجهة اللحظية، كما تم ذكره سابقاً. وبالتالي، الحديث عن السرعة القياسية يعني الإشارة إلى السرعة القياسية اللحظية.
الكمية الفيزيائية
توجد نوعان من الكميات الفيزيائية؛ هما:
كميات قياسية
تحتاج الكميات القياسية إلى خاصية واحدة فقط لتحديدها، وهي المقدار. يمكن التعبير عنها من خلال تنفيذ عمليات رياضية تسهل فهمها، مثل الطول، الحجم، المسافة، الزمن، والكتلة.
كميات متجهة
تحتاج الكميات المتجهة إلى سمتين للتعبير عنها: المقدار والاتجاه. تتيح لنا دراسة المتجهات فهم المشاكل الفيزيائية المعقدة من خلال تقسيمها إلى مسائل بسيطة ذات بعد واحد. إن الفهم الجيد للمتجهات هو أساسي لفهم الكون، الذي يحتوي على أربعة أبعاد تقريبية: بعد زماني واحد وثلاثة أبعاد مكانية.
عند المقارنة بين كميتين متجهتين، يجب أن تكونا من ذات النوع، فلا يصح مقارنة سرعة متجهة بتسارع، مثلاً، حيث إنهما مختلفتان. وبالتالي، يجب مقارنة مقدار كل منها واتجاههما كذلك.
خلال إجراء العمليات الرياضية على الكميات المتجهة، نحتاج إلى التعامل مع كل من المقدار والاتجاه مما يجعلها أكثر تعقيداً مقارنة بالكميات القياسية. من أمثلة الكميات المتجهة الموقع، الإزاحة، السرعة المتجهة، التسارع، والقوة.
تُعتبر الكميات المتجهة معتمدة على الاتجاه، بينما لا تعتمد الكميات القياسية على ذلك. ومع ذلك، يجب تذكر أن كلا النوعين يحتاجان إلى المقدار للتعبير عنهما، كما أن السرعة القياسية تعكس المقدار الخاص بالسرعة المتجهة.
خاتمة بحث حول السرعة المتجهة النسبية واللحظية
بعد إعداد هذا البحث، يتضح أن الموضوع يُعبر عن جانب مهم في مجال الفيزياء، ويتوجب عليكم مشاركته عبر جميع وسائل التواصل الاجتماعي للاستفادة منه.
