معدل التسارع هو أحد أهم المعدلات الميكانيكية، والميكانيكا هي فرع من علم الفيزياء. وتهتم الميكانيكا بدراسة القوى التي تؤثر على الأجسام وحركتها بشكل عام. إذا كنا نريد أن نعرف كيفية تغيير تسارع الأجسام مثل زيادة سرعة جسم، فيجب علينا أن نجيب على هذا السؤال وفقا لقوانين الميكانيكا والفيزياء. ثم سنتحدث بالتفصيل عن التسارع وتعريفه وأشكاله في حياتنا العملية من خلال موقع الموسوعة.
من طرق تغيير تسارع الأجسام زيادة سرعة الجسم
كما ذكرنا سابقا، إذا اعتبرنا هذا السؤال الأول: هل هناك طرق لتغيير تسارع الأجسام لزيادة سرعة الجسم؟ نستطيع الرد على ذلك، ولكن أولا سنشرح بعض الأشياء حتى يفهم الناس الفكرة الصحيحة.
- يمكننا الإجابة على السؤال هنا بكل بساطة بكلمة واحدة، وهي نعم، يمكن ذلك، يمكننا تغيير تسارع الأجسام بزيادة سرعة الجسم، ولكن انتظر لتفهم أن السؤال يحتوي على بعض اللبس، وأعلم أن الميكانيكا ووالدتها الفيزياء لا يقبلان إلا بالدقة الشديدة جدا.
- فإذا زادت سرعة الجسم، فإن التغيير في معدل التسارع سيكون إيجابيا، حيث يمكن تغيير معدل التسارع وجعله سالبا عن طريق خفض سرعة الجسم.
- يعني أنه يمكننا تعديل معدل التسارع سواء بزيادته أو تقليله، وليس من الضرورة أن كلمة “تعديل” تعني زيادة فقط في التسارع بزيادة السرعة، وسأعطيكم أمثلة على أن التسارع يمكن تغييره إلى السالب بتقليل السرعة.
- ستفهم ما أعنيه إذا قلت لك أن الإجابة بنعم ستكون كاملة بدون أي توضيح إذا كان السؤال “هل هناك طرق لزيادة تسارع الأجسام؟”.
- أو بالأحرى، هل هناك طرق أخرى لتغيير تسارع الأجسام لتغيير سرعة الجسم؟، في هذه الحالة ستكون الإجابة أيضا نعم تماما.
ما هو معدل التسارع
معدل التسارع، والمعروف سابقا بـ “العجلة” في الميكانيكا الكلاسيكية، وكما درسنا في المدارس، هو معدل التغير في السرعة بالنسبة للزمن، ببساطة هو قيمة التغير في اتجاه وسرعة جسم ما.
- يمكن فهم ذلك بواسطة قانون نيوتن الثاني للحركة، حيث يقول أن معدل التسارع الذي يكتسبه الجسم بسبب تأثير قوة معينة يتناسب طرديا مع مجموع القوى المؤثرة عليه وفي اتجاهها.
- أي أن قوة دفع الجسم تساوي ضرب كتلته في سرعته. F = MA
- حيث F تمثل القوة، M تمثل الكتلة، و A تمثل التسارع.
- إذا كنتم ترغبون في بعض التبسيط، سنلبي طلبكم أيها القراء الأعزاء، فلنأخذ مثالا على طائرة نرغب في زيادة تسارعها، لذا يجب علينا تقليل كتلتها أو زيادة القوى المؤثرة فيها مثل زيادة قوة المحرك على سبيل المثال.
- يتم لاحظ أن مصنعو الطائرات والسيارات يقومون دائما بتطوير تصميماتهم لجعلها أكثر قوة وانسيابية، لكي يتزايد تأثيرها على الجسم وتزداد سرعتها في أقل وقت ممكن.
- هل سمعت إعلانا عن سيارة يتحدث عن ميزات التسارع فيها، وكيف يمكنها الوصول إلى سرعة 100 كيلومتر في الساعة في ثوان، وكيف يمكنها زيادة التسارع بعد مرور وقت أقل.
الفرق بين السرعة والتسارع
يختلط العديد من الأشخاص بين مفهومين مهمين في الفيزياء وهما السرعة والتسارع، ولتبسيط الأمر وفهم الفرق بينهما يمكن استخدام هذه الجملة البسيطة “السرعة هي السرعة”، هل تعرف ذلك؟، مفهوم معدل السرعة هو مصطلح بسيط يعرفه الجميع سواء كانوا سائقين أو مهندسين أو حتى الناس العاديين، لذا لا تخلطه بشيء أكثر تعقيدا مثل التسارع.
- يعني ذلك أن السرعة سبيد هي “معدل التغيير في المسافات بالنسبة للزمن، مثلا سيارة تمشي بسرعة 100 كيلومتر/ساعة يكون معنى لفظ السرعة لها أنها تقطع مسافة قدرها 100 كيلومتر في زمن مقداره ساعة، أي أن هناك أجسام تسير بسرعة مئات الكيلومترات في الساعة وتسارعها يساوي الصفر.
- بخصوص التسارع، فإنه يشير إلى معدل تغير السرعة عند تغير الزمن. على سبيل المثال، إذا كانت السيارة تسير بسرعة 100 كيلومتر في الساعة وبدأت في التسارع من السرعة الصفرية، فإن سرعتها كانت صفرا ثم زادت تدريجيا حتى وصلت إلى السرعة النهائية. بالتالي، يمثل التسارع معدل الزيادة في كل سرعة وصلتها السيارة حتى وصلت إلى سرعتها النهائية الثابتة. وعندما تصل السيارة إلى هذه السرعة النهائية، يكون التسارع يساوي الصفر، أي أنه لا يوجد تغيير أدنى في السرعة.
أنواع التسارع
يوجد العديد من أنواع وتصنيفات التسارع، ولكننا سنأخذ أهمها لتسهيل الفهم والاستيعاب. ينبغي ملاحظة أن هناك حالات نادرة لا تحدث كثيرا، ولكنها تعتبر أمورا دقيقة جدا في هذا المجال الشيق. تهتم الفيزياء وتحديدا الميكانيكا، التي تنقسم إلى استاتيكا وديناميكا، بدراسة جميع جوانب الأجسام وتأثير القوى عليها. حتى الحالات النادرة يمكن استخدامها في صناعات وعلوم ذات أهمية قصوى مثل الصواريخ والمفاعلات النووية والمصانع وعلوم الفضاء، ووسائل النقل مثل الطائرات والسيارات والقطارات، بالإضافة إلى أمورأخرى لا تحصى.
التسارع المنتظم
حينما يتغير معدل التسارع من بداية الحركة إلى نهايتها بنسبة ثابتة، أي أن معدل التسارع سيكون في كل لحظة متساو لنفسه في كل لحظة من اللحظات القادمة أثناء تأثير قوة ما على الجسم، فلنفترض أنه 100 متر في الثانية المربعة = 100م/ث²، وهذا يعني أن التسارع سيكون ثابتا عند نفس القيمة في كل لحظة من فترة الحركة.
التسارع الغير منتظم
يطلق على التسارع غير المنتظم عندما يكون معدل التغير في التسارع غير ثابت ويتغير بشكل غير متساو، مثل حالة جسم يسير بسرعة عالية ويقوم بزيادة أو تقليل السرعة بشكل غير ثابت. على سبيل المثال، عندما نتحدث عن التسارع المنتظم، يكون معدل التسارع ثابتا عند قيمة معينة طوال رحلة الجسم. ولكن في هذه الحالة، قد يكون في الثانية الأولى = 100 متر في الثانية المربعة = 100م/ث2، ثم يتغير في الثانية الثانية إلى 70 متر في الثانية المربعة = 70م/ث2، ومن ثم يزداد بعد فترة من الزمن إلى 150 متر في الثانية المربعة = 150م/ث2، وهكذا يتغير معدل التسارع بشكل غير ثابت.
التسارع الموجب
عندما يزداد التسارع، فإن ذلك يحدث في حالات مثل زيادة السرعة بشكل تدريجي، أي أن منحنى التسارع يرتفع بشكل مستمر.
التسارع السالب
عندما ينخفض التسارع إلى الأرقام المتدنية، مثل ضغط مكابح القطار على سبيل المثال، عندما يسير القطار بسرعة 100 كيلومتر / ساعة ويضغط السائق على المكابح ليتوقف القطار، يصبح التسارع سالبا، أي أن معدل التغير في التسارع ينخفض ويستمر في الانخفاض حتى يتوقف الجسم، ولاحظ أن تغيير الاتجاه يؤثر على إشارة التسارع لأن التسارع يتأثر بسرعة واتجاه الجسم وليس السرعة فقط.
التسارع الصفري
في حالة السكون والثبات، عندما لا تحدث زيادة في معدل التسارع، تكون قيمة التسارع صفرا. على سبيل المثال، عندما يسير شخص بسيارته بسرعة 150 كيلومتر/ساعة ولا يتغير معدل السرعة، فإن التسارع يكون بالتأكيد يساوي الصفر.
مصادر: