بحث عن السرعة النسبية وأمثلة عليها
نتطرق من خلال موسوعة إلى الحديث عن بحث عن السرعة النسبية إذ أن عملية انتقال رجل يسكن على مسافة 3 شوارع من المكتبة، حيث يريد استعارة كتاب واحد من المكتبة العامة.
بدأ الخروج إلى الشارع في الساعة 2 مساء ووصل أمام مدخل المكتبة في الساعة 2:30 مساء، ثم قرر العودة إلى المنزل في الساعة 2:37 مساء باستخدام سيارة أجرة بعد استعارة الكتاب.
فيما وصل إلى المنزل في تمام 2:47 مساء، إذا قمنا بدراسة الأمر سنلاحظ أن سرعة الشخص أثناء ذهابه إلى المكتبة أقل من سرعته في العودة، ومن هنا نستنتج أن الوقت يقل عندما نقطع مسافة معينة بسرعة أكبر.
بحث عن السرعة النسبية
هناك نوعان من السرعة في حياتنا، فنستخدمهما لإثبات الشيء الواحد، حيث توجد السرعة المتجهة والسرعة القياسية.
الكمية القياسية
هي كمية فيزيائية لا تحتاج إلا لسمة واحدة وهي الكمية حتى يتم تحديدها، وتتم عملية رياضية معينة لها عند استخدام الأرقام الحقيقة في الحساب، ونوضح أهم أمثلة الكميات القياسية فيما يلي:
- الطول: يمكن استخدامه لقياس الزمن، فمثلا طول اليوم يعني 24 ساعة، ويمكن استخدامه أيضا لقياس الارتفاع مثل في الجبال، بالإضافة إلى قياس طول الشارع الذي يتم بواسطة المتر.
- المساحة: هي مغرفة تقيس منطقة محصورة في مكان معين، ويتم حسابها عن طريق عدد وحدات المساحة الكلية والمساحة الجزئية.
- الحجم: هو مقياس فيزيائي لقياس حجم جسم ما، ويختلف عن المساحة بسبب قدرته على قياس حجم ثلاثي الأبعاد.
- المسافة: يعرف الطول بكونه المسافة المستقيمة بين نقطتين، ويتم تقدير المسافة الفلكية بوحدة السنة الضوئية.
- الزمن: هو عملية تقدم من خلالها الأحداث بشكل مستمر ولفترة غير محددة، حيث أنها عملية لا يمكن العودة فيها وتختلف تعريفاتها باختلاف وجهات النظر.
- الكتلة: هو كمية فيزيائية لمحتوى المواد في الجسم، وتعتمد على قوة الجاذبية وتقاس بوحدة الجرام والكيلو جرام.
- الكثافة: صفة فيزيائية تعبر عن العلاقة بين الحجم والكتلة في جسم ما، حيث تزداد كثافتها كلما زادت كتلة الأجسام.
- القدرة: يتم تعريفها على أنها معدل العمل المبذول فيما يتساوى مع الطاقة المستهلكة خلال فترة زمنية محددة.
- درجة الحرارة: تشير إلى الطاقة الحرارية التي يتم تخزينها في الجسم، ويتم قياسها بوحدات مختلفة مثل السيلزيوس والكالوري.
الكمية المتجهة
المتجهات هي كميات فيزيائية يتم تعبير عنها بالحجم والاتجاه، وتستخدم في دراسة المشاكل الفيزيائية المتواجدة في أبعاد متعددة. يمكن من خلالها تقسيم المشكلة إلى مشاكل أصغر، وذلك بطريقة أبسط. نوضح فيما يلي دور المتجهات في دراسة الكون
- يتكون الكون الذي نعيش فيه من 4 أبعاد على الأقل، حيث تكون 3 أبعاد مكانية وهي الأمام والخلف والأعلى والأسفل واليمين واليسار، بالإضافة إلى بعد زمني واحد.
- تستخدم للقيام بمقارنة بين كميتين من نفس النوع، ومن الخطأ مقارنة التسارع بالسرعة لأنهما نوعان مختلفان من المتجهات.
- أثناء إجراء تجربة رياضية للكميات المتجهة يتم إجراؤها مرتين، مرة للمقدار ومرة للاتجاه.
- الكميات المتجهة أكثر تعقيدا من الكميات القياسية، وهي تخضع لقواعد وعمليات رياضية خاصة.
- هناك أمثلة عديدة للكميات المتجهة، بما في ذلك الموقع والانتقال والسرعة المتجهة، بالإضافة إلى التسارع والقوة.
- الكميات التي تعتمد على الاتجاه هي عمليات متجهة، بينما تحتاج إلى قيمة للتعبير عنها.
ما هي السرعة النسبية
ظهرت العديد من التعريفات والصيغ التي توضح مفاهيم السرعة النسبية ونستعرضها فيما يلي:
- تمثل جزءا من سرعة الضوء، ويتم حسابها علميا باستخدام النسبية الخاصة.
- من الصعب قياس الحالة التي يصبح فيها الجسم نسبيا، ولكن يمكن وصف الجسم بأنه أصبح نسبيا عندما تكون ميكانيكا نيوتن غير قادرة على تحديد السرعة بدقة لا تتجاوز 1%.
- يعرف مصطلح السرعة النسبية باعتباره مصطلحا يشير إلى كمية متجهة تساوي ناتج قسمة المسافة التي يسلكها الجسم المتحرك على الزمن الذي يستغرقه في قطع تلك المسافة.
- النسبة تعد خاصية هامة للسرعة، وهي قيمة محددة تقدر بالمتر/ثانية.
- هي سرعة كائن أو جسم ما C بالنسبة لجسم آخر A في إطاره الباقي، حيث تكون السرعة C نسبة للسرعة D هي v⃗ c− v⃗ d، وهذه هي الصيغة الوحيدة التي توضح مفهوم السرعة النسبية عندما يتحرك جسمين في نفس الاتجاه.
- عندما نحسب v⃗ DC= v⃗ D+ v⃗ C، نحسب النسبة لجسمين يتحركان في اتجاهين معاكسين بسرعة v⃗ DC= v⃗ D− v⃗ C.
السرعة النسبية ميكانيكا
يتم دراسة السرعة النسبية في الفيزياء من خلال دراسة الميكانيكا الكلاسيكية، نوضح ذلك فيما يلي:
- تهتم الميكانيكا الكلاسيكية بدراسة علم الحركة، وهو ما يعرف بالكينماتيكا.
- يساعد الدارس على فهم مفهوم جسم الحركة بشكل دقيق ومفصل.
- يبدأ الشخص الذي يدرس علم الحركة بتعريف موضع الجسم كمكان الجسم بالنسبة لنقطة مرجعية معينة، والمسافة القصيرة بين موضع الجسم الأصلي القديم وموضعه الجديد هي انتقال الجسم.
- المسافة هي الطول الذي يتحرك به الجسم.
- أصبح علم الميكانيك أكثر شمولا للجسيمات المنتقلة بسرعات فائقة، حيث يحتوي على مقادير مختلفة من الطاقة.
- يتم حساب الميكانيك النسبي الكمومي من خلال توحيد النسبية الخاصة مع ميكانيكا الكم.
السرعة القياسية
هو كمية فيزيائية قياسية لا تحتاج إلى تقدير، وهناك نوعان منها، سنسلط الضوء عليهما فيما يلي:
- السرعة القياسية المتوسطة: يتم حساب السرعة من خلال قسمة المسافة التي تم قطعها خلال رحلة معينة على الوقت المستغرق للرحلة بأكملها.
- السرعة القياسية اللحظية: هي مقدار للسرعة في لحظة ما، أو مقدار للسرعة الثابتة عبر فترة زمنية قصيرة.
مسائل عن السرعة النسبية
هناك العديد من المسائل المتعلقة بحساب السرعة النسبية، وسنستعرض فيما يلي بعض من تلك المسائل مع إيجاد الحل:
- قام رجل بركوب قطار يتحرك بسرعة تصل إلى 20.0 متر في الثانية بالنسبة للأرض، ثم ركض بسرعة تبلغ 3.0 للوصول إلى مقدمة القطار، فإن السرعة النسبية ستكون 23 نتيجة لجمع سرعة القطار مع سرعة الرجل.
- يتحرك قارب نهري بسرعة 3 متر في الثانية بالنسبة للماء، وعندما يسجل راصد سرعة القارب من الشاطئ، يجد أنها 0.5 متر في الثانية، إذا سرعة ماء النهر تكون
v b/g = v b/w + v w/g
v w/y = v b/g – v b/w
v w/y = 1 – 3
v w/y = 2.
- تحركت الطائرة باتجاه الشمال بسرعة 150 كم/ساعة، وهبت عليها رياح شرقية بسرعة 75 كم/ساعة بالنسبة للأرض، فإن سرعة الطائرة بالنسبة للأرض تساوي جذر مربعي (150 كم/ساعة) + (75 كم/ساعة) = 34 كم/ساعة.
في نهاية مقالنا، قد قدمنا نظرة عامة عن السرعة النسبية بالإضافة إلى تعريفاتها المختلفة، بالإضافة إلى السرعة النسبية الميكانيكية والسرعة القياسية وتفاصيلها، وشرحنا أيضا الكمية القياسية والكمية المتجهة، بالإضافة إلى حل بعض مسائل السرعة النسبية.
المراجع