الحركة تُعرَّف على أنها انتقال جسم من نقطة إلى أخرى، حيث تتغير إحداثياته حسب الزمن. سنتناول في هذا المقال موضوع الحركة المتسارعة في ميدان الفيزياء.
مقدمة حول الحركة المتسارعة مع المراجع
تتباين أنماط حركة الأجسام؛ فمنها الإزاحة، التي تتمثل في الحركة الأفقية المستقيمة، والحركة الدورانية حول مركز معين، بالإضافة إلى الحركة المنحنية، كما في حالة حركة الرصاص. يتطلب الانتقال لمسافات خلال فترات زمنية معينة إظهار السرعة.
عند قياس معدلات سرعة الأجسام، نحصل على مفهوم التسارع، الذي يركز على دراسة العوامل التي تؤدي إلى زيادة سرعة الجسم. وتُعتبر الحركة المتسارعة من المفاهيم الأساسية في علم الفيزياء، لذلك سنقوم بإعداد بحث شامل عنها.
تعريف الحركة المتسارعة
تسارع الحركة هو معدل التغير في الزمن مقيسًا بالثانية، ويتم حسابه باستخدام وحدة مقياس م/ث². بما أن التسارع قيمة متجهة، فقد تكون موجبة أو سالبة أو تُعادل صفرًا.
تكون قيمة التسارع إيجابية عندما تزداد سرعة الجسم في اتجاه الحركة، بينما تكون سالبة إذا كانت الحركة بأثر معاكسة، مثلما يحدث عند استخدام المكابح لتقليل السرعة. أما إذا تم الحفاظ على سرعة الجسم دون تغيير، فإن التسارع سيكون صفرًا.
تعريف السقوط الحر
السقوط الحر هو أحد أبرز أنواع الحركة المتسارعة في الفيزياء، حيث يسقط الجسم بفعل قوة الجاذبية الأرضية دون تأثير عوامل خارجية أخرى مثل مقاومة الرياح.
أثر الكتلة في الجسم
- درس العالم نيوتن تأثير الكتلة على القوة المسلطة عليها لقياس التسارع وطور قانونه الثاني. إذا تم تصوير هذه العلاقة على منحنى، فإن التسارع يظهر كميل المنحنى. يمكن حساب القيم حسب المعادلة: التسارع = مجموع القوى المؤثرة على الجسم ÷ الكتلة.
- من خلال هذا البحث عن الحركة المتسارعة، يمكننا أن نستنتج أنها تُقسم إلى ثلاثة أجزاء: “التسارع، الحركة بالتسارع الثابت، والسقوط الحر”. وعلى ما ذُكر سابقًا، يمكن أن يكون التسارع إيجابيًا، مما ينتج عنه زيادة في قيمة التسارع مع مرور الوقت، أو سلبيًا، مما يؤدي إلى تباطؤ الجسم حسب اتجاه حركته وسرعته. وهناك ثلاث أنواع من التسارع: “تسارع منتظم، تسارع متوسط، وتباطؤ لحظي”.
تغييرات السرعة المنتظمة
يُعتبر التسارع منتظمًا عندما تتغير السرعة بشكل متساوٍ مع مرور الزمن. أما التسارع المتوسط فيُحسب وفقًا لفترة زمنية محددة، بينما يُقاس التسارع اللحظي داخل فترات قصيرة جدًا. إذا كانت السرعة تتغير بثبات مع مرور الوقت، فإننا نحصل على تسارع ثابت، وفي حال ثبات السرعة، يكون تسارع الجسم صفرًا.
لذا يُعتبر من المهم مراعاة تغير السرعة مع الزمن؛ على سبيل المثال، إذا كانت السرعة عند الثانية الأولى 10 م/ث، وفي الثانية الثانية 20 م/ث، وفي الثالثة 30 م/ث، فإن التسارع ينخفض إلى 10 م/ث، مما يُظهر أن الحركة متسارعة وثابتة.
أنواع الحركة المتسارعة
هناك نوع آخر من الحركة المتسارعة يعرف بالسقوط الحر، وهو يستخدم لدراسة العلاقة بين الجسم والجاذبية الأرضية، حيث يسقط الجسم دون تأثير قوى أخرى غير الجاذبية، التي تعتمد على الكتلة وبدون مقاومة للهواء.
تتغير سرعة الجسم الساقط بحرية من نقطة إلى أخرى، حيث تكون السرعة ابتدائيًا صفرًا ثم تزداد حتى تصل لأعلى قيمة عند الاقتراب من سطح الأرض. ويُعبر عن تسارع هذه الحركة بتسارع الجاذبية، والذي يُقارب 9.8 م/ث²، وغالبًا ما يُقرب إلى 10 م/ث² لسهولة الاستخدام في الحسابات الفيزيائية، مع العلم أن المسافة المقطوعة تزداد كل ثانية، والتسارع يكون في اتجاه للأسفل.
تشمل التطبيقات العملية لحركة التسارع “البوصلة”، التي تُستخدم في العديد من أجهزة الهواتف الذكية، حيث يُساعد مقياس التسارع في تحديد الاتجاهين والموقع بدقة. كما يُستخدم لدراسة مواقع الزلازل وللكشف المبكر عنها بهدف تقليل الأضرار المحتملة.
بينما تظل سرعة الكواكب ثابتة في مداراتها، يتغير اتجاهها بالنسبة لموقع الشمس، مما يجعل تسارع الحركة مرتبطًا بالمتجه. وهذا النوع من التسارع يظهر في الحركة الدائرية للأجسام، مثل حركة الإلكترونات في المجالات الكهربائية، التي تُخضع لقوانين الحركة الأساسية التي ساهم نيوتن في اكتشافها.
