ماذا يحدث عندما تتدحرج كرة صاعدة التل

فإن السرعة والتسارع يكونان في اتجاهين متعاكسين .

يقوم الشخص الذي يقوم بدحرجة الكرة ببذل جهد زيادة الطاقة الكامنة والتغلب على الاحتكاك للحفاظ على حركة الكرة بسرعة ثابتة، ولكن تتزايد سرعة الكرة وبالتالي يكون التسارع في نفس اتجاه السرعة، أما إذا تناقصت السرعة فإن التسارع يكون في عكس اتجاه السرعة، والسرعة والتسارع مفهومان مرتبطان ولكنهما مختلفان؛ فبينما يتم حساب السرعة في وحدة زمنية، فإن التسارع هو معدل تغير السرعة الذي يأخذ أيضًا في الاعتبار الاتجاه.[1]

التسارع هو

معدل التغير في السرعة .

يُطلق على أي عملية تتغير فيها السرعة اسم التسارع، سواءً كان تغييرًا في السرعة أو تغيير الاتجاه أو تغيير كليهما، فعندما لا يغير الجسم سرعته ولا اتجاهه فلا يمكنه أن يكون متسارعًا، وبالتالي فإن التسارع هو كمية متجهة لأنه يتضمن السرعة والاتجاه؛ في حالة إذا كانت السيارة تتحرك بسرعة ثابتة، فيُقال إنها لا تملك تسارعًا، وبمجرد بمجرد الضغط على المكابح، تزداد سرعة السيارة ويقال إنها تتسارع، وكمثال آخر؛ شخص يركض على مسار دائري بسرعة ثابتة، يقال إنه يتمتع بتسارع على الرغم من أن سرعته لا تتغير؛ هذا لأن اتجاهه يتغير طوال الوقت أثناء الركض، وبما أن التسارع كمية متجهة، فإن تغيير الاتجاه يعني أن الشخص لديه تسارع، ووحدة التسارع في النظام الدولي للوحدات هي “متر / ثانية²”.

وهناك مفهوم آخر ذو صلة يُعرف باسم “التباطؤ” وهو عندما تبطئ سرعة جسم متحرك تدريجيًا أو فجأة؛ عندما تضغط على الفرامل في سيارة متحركة، تنخفض سرعتها تدريجيًا ويقال أن لها تسارعًا سلبيًا.

ويتم حساب معدل التسارع عن طريق المعادلة الحسابية التالية:

التسارع = معدل التغير في السرعة / الزمن = (السرعة النهائية – السرعة الابتدائية) / الزمن.

“ت = Δع / ز”.

حيث أن: “ت” هي معدل التسارع وتقاس بوحدة م/ث2، و”Δع” هو التغيّر في السرعة (Δع = ع ن – ع إ ) حيث أن “ع ن” تمثل السرعة النهائية، أما “ع إ” تمثل السرعة الابتدائية، و “ز” هو الزمن ويُقاس بوحدة الثانية.[2]

السرعة هي

مقدار المسافة التي يتم قطعها خلال فترة زمنية محددة

.

السرعة هي المسافة المقطوعة لكل وحدة زمنية بغض النظر عن الاتجاه الذي يتم قطعه، حيث أن السرعة كمية قياسية وليست متجهة، على سبيل المثال إذا كنت تقود سيارة، فإن عداد السرعة يخبرك بسرعة السيارة طوال الوقت، أي أن السرعة هي المعدل الذي يتغير فيه موضع الجسم في أي اتجاه، وتُقاس بالأمتار في الثانية، ووحدة سرعة النظام الدولي للوحدات “م / ثانية”، وإذا لم يكن الجسم متحركًا فإن سرعته تساوي صفر، ويمكنك حساب متوسط السرعة لجسم يتحرك في خط مستقيم بأخذ المسافة الإجمالية المقطوعة وقسمتها على إجمالي الوقت المطلوب لقطع تلك المسافة، كما في المعادلة التالية:

السرعة = المسافة / الزمن .

“ع = م / ز”، “s = d \ t”.

حيث أن: “ع” هي السرعة وتُقاس بوحدة (م/ث أو كم/ساعة)، و”م” هي المسافة المقطوعة وتُقاس بوحدة (م)، و”ز” هو الزمن المُستغرق ويُقاس بوحدة الثانية.[3]

أنواع السرعة

السرعة المنتظمة.
السرعة المتغيرة.
متوسط السرعة.
سرعة لحظية.

السرعة المنتظمة:

إذا كان الجسم يسير مسافات متساوية في فترات زمنية متساوية، فيُقال إنه يتحرك بسرعة منتظمة أو ثابتة، على سبيل المثال؛ حافلة تسير مسافة 200 كم، وسارت أول 50 كم في زمن 1 ساعة، وفي الساعة الثانية سارت 50 كم مرة أخرى، وفي الساعة الثالثة، قطعت مسافة مشابهة للمسافة التي قطعتها في الساعتين الماضيتين 50 كم، وشهدت الساعة الأخيرة إكمالها للرحلة بقطع الـ 50 كم المتبقية، في هذه الحالة قامت الحافلة بسير مسافات متساوية في زمن متساوي، وبالتالي فإن سرعها منتظمة.

السرعة المتغيرة:

إذا كان الجسم يسير مسافات متساوية في فترات زمنية غير متساوية، فيقال إنه يتحرك بسرعة متغيرة، ويمكن أن تحدث السرعة المتغيرة لأسباب عديدة مثل زيادة السرعة أو نقصانها بسبب العوائق على المسار المراد قطعه أو أي خطأ ميكانيكي، على سبيل المثال؛ الدراجة التي تسافر مسافة 100 كم في ساعتين، تمت ملاحظة أن الدراجة قطعت 20 كيلومترًا في أول 30 دقيقة ثم قطعت 30 كيلومترًا في الثلاثين دقيقة التالية، ولوحظ أن الدراجة قطعت 35 كم و 15 كم في المرحلتين التاليتين لمدة 30 دقيقة على التوالي، هنا نجد أن السرعات مختلفة في نفس الفترات الزمنية، وبالتالي فإن سرعة الدراجة متغيرة.

متوسط السرعة:

نسبة المسافة الإجمالية التي يقطعها الجسم إلى إجمالي الوقت الذي يستغرقه تسمى متوسط السرعة، على سبيل المثال؛ تقطع الحافلة 65 كم في فترة زمنية تبلغ ساعة واحدة، وبالتالي يكون متوسط سرعة تلك الحافلة هو 65 كم/ ساعة.

سرعة لحظية:

عندما يتحرك شيء ما بسرعة متغيرة، فعند قياس سرعة ذلك الجسم في أي لحظة زمنية أثناء سيره أو تحركه تُعرف هذه السرعة بالسرعة اللحظية، ويتم قياسها بالصيغة التالية “v = s / t”، أي يتم حسابها بقسمة سرعة الجسم على الزمن.[4]