معدل التسارع هو معدل من أهم المعدلات الميكانيكية، والميكانيكا هو العلم الذي تم توليده من علم الفيزياء، والميكانيكا تُعرف بأنها المنهاج العلمي الذي هو معنيٌ بدراسة كل القوى الواقعة على الأجسام وحركتها عمومًا، وإذا اعتبرنا جملة من طرق تغيير تسارع الأجسام زيادة سرعة الجسم سؤالا خاضعًا لقوانين الميكانيكا والفيزياء يجب علينا أولًا الرد على هذا السؤال، بعدها ومن خلال موقع الموسوعة نتحدث باستفاضة عن التسارع من حيث تعريفه، ومن حيث أشكاله من واقع حياتنا العملية.
من طرق تغيير تسارع الأجسام زيادة سرعة الجسم
كما ذكر سابقا، إذا اعتبرنا هذا سؤالا، فإن الجملة الصحيحة هي `هل هناك طرق لتغيير تسارع الأجسام لزيادة سرعة الجسم؟`، ولكن قبل الإجابة على ذلك، سنقوم بشرح بعض الأمور لكي يصل فكرة صحيحة إلى الناس.
- يمكننا الإجابة على هذا السؤال بكل بساطة بكلمة واحدة، وهي “نعم”، بإمكاننا تغيير تسارع الأجسام بزيادة سرعة الجسم، ولكن يجب أن تنتبه وتفهم أن السؤال به بعض اللبس، وأن الميكانيكا ووالدتها الفيزياء لا يقبلون إلا بالدقة الشديدة جدًا.
- عند زيادة سرعة الجسم، فإن تغيير معدل التسارع سيكون إيجابيًا، ويُمكن تحويل معدل التسارع إلى السالب بخفض سرعة الجسم.
- يمكن تغيير معدل التسارع بالزيادة أو النقصان، ولا يعني ذلك بالضرورة زيادة التسارع بزيادة السرعة فقط، ويمكن تغيير التسارع ليصبح سالبًا بخفض السرعة، وسوف أذكر أمثلة على ذلك.
- ستفهم معناي إذا قلت لك بأن الإجابة بنعم ستكون كافية دون أي توضيح إذا كان السؤال “هل هناك طرق لزيادة سرعة الجسم عند زيادة تسارع الأجسام؟.
- أو بمعنى آخر للسؤال الصحيح، هل هناك طرق لتغيير تسارع الأجسام وبالتالي تغيير سرعتها، إذا الإجابة ستكون صحيحة تماما.
ما هو معدل التسارع
يُعرف معدل التسارع، الذي كان يُعرف في الميكانيكا الكلاسيكية بـ `العجلة` وكما تم دراسته في المدارس، بأنه معدل التغير في السرعة بالنسبة للزمن، وببساطة هو مقدار التغير في اتجاه وسرعة جسم ما.
- يمكن فهم ذلك من خلال قانون نيوتن الثاني للحركة، الذي ينص على أن معدل التسارع الذي يحصل عليه الجسم نتيجة القوة المؤثرة عليه يتناسب طرديًا مع حاصل جمع القوى المؤثرة عليه وفي اتجاهها.
- بمعنى أن قوة الدفع تعادل حاصل ضرب كتلة الجسم في سرعته. F = MA
- حيث F هي القوة، M هي الكتلة، و A هي التسارع.
- إذا طُلِبَ منا بعض التبسيط، فسوف نتقبل ذلك، فلنفترض، على سبيل المثال، أن لدينا طائرة نريد زيادة سرعتها، فيجب علينا تقليل كتلتها أو زيادة القوى المؤثرة فيها كزيادة قوة المحرك.
- يلاحظ أن مصنعي الطائرات والسيارات يسعون دائماً لتحسين تصاميمهم لجعلها أكثر قوة وانسيابية، وهذا يزيد من القوى المؤثرة على الجسم ويزيد من التسارع في أقل وقت ممكن.
- هل سمعت إعلانًا لسيارة يتحدث عن ميزات تسارعها، وأنها قادرة على الوصول إلى سرعة 100 كيلومتر في الساعة في بضع ثوانٍ، وأنها قادرة على زيادة التسارع بعد مرور وقت قصير؟.
الفرق بين السرعة والتسارع
يخلط الكثيرون بين مصطلحين فيزيائيين هما السرعة والتسارع. يمكن تبسيط الأمر وفهم الفرق بسهولة من خلال هذه الجملة: `السرعة هي السرعة`. فمصطلح معدل السرعة هو مفهوم بسيط يعرفه الجميع، سواء كانوا سائقين أو مهندسين أو أفراداً عاديين. لذلك، لا يجب الخلط بينه وبين مفهوم أكثر تعقيداً مثل التسارع.
- يعني مصطلح السرعة “معدل التغير في المسافات بالنسبة للزمن”، على سبيل المثال، إذا كانت السيارة تسير بسرعة 100 كيلومتر في الساعة، فإنَّ ذلك يعني أنها تقطع مسافة 100 كيلومتر في زمن مقداره ساعة، وبالتالي، هناك أجسام تتحرك بسرعة مئات الكيلومترات في الساعة وسرعتها تساوي الصفر.
- التسارع هو معدل تغير السرعة مع تغير الزمن، ويمكن أن نستخدم السيارة كمثال؛ إذا كانت السيارة تسير بسرعة 100 كيلومتر في الساعة، وبدأت في التسارع من السرعة الصفرية حتى وصلت إلى هذه السرعة، فإن سرعتها كانت صفرًا ثم ازدادت تدريجيًا حتى وصلت إلى السرعة النهائية. وبالتالي، التسارع هو معدل زيادة السرعة في كل مرحلة حتى تصل السيارة إلى السرعة النهائية الثابتة، وعندما تصل السيارة إلى السرعة النهائية، يكون معدل التسارع يساوي الصفر، مما يعني عدم وجود تغيير في السرعة.
أنواع التسارع
تتنوع أنواع التسارع وتصنيفاتها بشكل كبير، ومن أجل التبسيط وتسهيل الفهم سنستعرض أهمها، علمًا بأن هناك حالات نادرة لا يتكرر حدوثها كثيرًا، ولكنها تهم علماء الفيزياء والميكانيكا الدقيقين، إذ تهتم هذه العلوم بدراسة كل شيء تقريبًا عن الأجسام وتأثير القوى عليها، وحتى الحالات النادرة يمكن استخدامها في صناعات وعلوم مهمة جدًا مثل الصواريخ والمفاعلات النووية والمصانع وعلوم الفضاء، ووسائل النقل مثل الطائرات والسيارات والقطارات وأشياء كثيرة لا تُعد ولا تُحصى.
التسارع المنتظم
يحدث هذا عندما يتغير معدل التسارع من بداية الحركة إلى نهايتها بمعدل ثابت، أي أن معدل التسارع يكون في كل لحظة مساوٍ لنفسه في كل لحظة من اللحظات القادمة خلال وجود تأثير ما على الجسم، وليكن مثالًا 100 متر في الثانية المربعة = 100 م/ث²، ويعني ذلك أن التسارع سيكون ثابتًا عند نفس الرقم في كل وقت الحركة.
التسارع الغير منتظم
يطلق على التسارع غير المنتظم عندما يتغير معدل التغير في التسارع بشكل غير ثابت وغير متساوٍ، مثل جسم يسير بسرعة عالية ويزيد أو يقلل سرعته بشكل غير ثابت، وعند الحديث عن التسارع المنتظم، يكون معدل التسارع ثابتًا عند قيمة محددة طوال فترة حركة الجسم، ولكن في هذه الحالة، يمكن أن يكون معدل التسارع في الثانية الأولى، مثلاً، 100 متر/ثانية مربعة، ثم يتغير في الثانية الثانية إلى 70 متر/ثانية مربعة، ثم يزيد إلى 150 متر/ثانية مربعة في وقت ما، وهكذا يتغير معدل التسارع بشكل غير ثابت.
التسارع الموجب
يحدث زيادة في التسارع عندما يزداد السرعة بشكل تصاعدي، مما يؤدي إلى ارتفاع منحنى التسارع.
التسارع السالب
عندما ينخفض التسارع إلى الأسفل من الصفر، مثلما يحدث عند ضغط مكابح القطار، فإن التسارع يصبح سالبًا، أي أن معدل التغيير في التسارع ينخفض ويستمر في الانخفاض حتى يتوقف الجسم. يجب ملاحظة أن تغيير الاتجاه يؤثر في إشارة التسارع، لأن التسارع يعتمد على سرعة واتجاه الجسم، وليس على السرعة فقط.
التسارع الصفري
يكون التسارع يساوي الصفر عندما لا يكون هناك أي تغيير في معدل التسارع، ويحدث هذا في حالة الثبات والاستقرار، حيث يكون المستخدم يسير بسرعة ثابتة مثل السيارة التي تسير بسرعة 150 كم/ساعة ولا يحدث أي تغيير في معدل السرعة، وبالتالي يكون التغير في التسارع يساوي الصفر.
مصادر:
