بحث عن السرعة النسبية وأمثلة عليها

نقدم في موسوعتنا شرحًا لبحث عن السرعة النسبية، حيث يتعين على رجل يسكن على بُعد ثلاث شوارع من المكتبة أن يتنقل إليها لاستعارة كتاب من المكتبة العامة.

يبدأ الخروج إلى الشارع في تمام الساعة الثانية بعد الظهر، ويصل إلى مدخل المكتبة في الساعة الثانية والنصف، ثم يقرر العودة إلى المنزل في الساعة الثانية والسابعة والثلاثين دقيقة، ويستخدم سيارة أجرة للعودة المنزل.

فيما وصل إلى المنزل في تمام 2:إذا قارنا سرعة الشخص في الذهاب إلى المكتبة في الساعة 4:47 مساءً مع سرعته في العودة، سنلاحظ أنه يقل الزمن عندما يسير المسافة بسرعة أعلى، مما يدل على أن الوقت يمر بشكل أسرع عندما نتحرك بسرعة.

بحث عن السرعة النسبية

توجد نوعان من السرعة في حياتنا، وهما السرعة المتجهة والسرعة القياسية، ويستخدم كلاهما لإثبات شيء واحد.

الكمية القياسية

الكمية القياسية هي كمية فيزيائية تحتاج إلى مقدار واحد فقط لتحديدها، ويتم حسابها بواسطة عملية رياضية خاصة تستخدم الأرقام الحقيقية، ويتم توضيح أهم أمثلة الكميات القياسية فيما يلي:

• الطول: يمكن استخدام القياس للوقت أو الزمن، فاليوم يتكون من 24 ساعة، ويمكن استخدامه أيضًا لقياس الارتفاع مثل ارتفاع الجبل، بالإضافة إلى قياس طول الشارع بالمتر.
• المساحة: المغرفة هي أداة قياس لمنطقة محددة في مكان ما، ويتم حسابها من خلال وحدة عدد مربعات وحدة المساحة الكاملة والمساحة الجزئية.
• الحجم: هو مقياس فيزيائي يستخدم لقياس الحجم الثلاثي الأبعاد لجسم، ويختلف عن المساحة لأنه يعتبر مقياسًا للحجم الفعلي للجسم.
• المسافة: تعني المسافة الفلكية الوقت الذي يستغرقه ضوء النجم للوصول من موقعه إلى الأرض؛ ويتم حسابها بالسنوات الضوئية.
• الزمن: هي عملية تتقدم من خلالها الأحداث بشكل مستمر وغير محدد، حيث أنها عملية لا يمكن الرجوع فيها، وتختلف تعريفاتها باختلاف وجهات النظر.
• الكتلة: هي كمية فيزيائية للمادة الموجودة في الجسم، وهي تعتمد على قوة الجاذبية ويتم قياسها بوحدات الجرام والكيلوجرام.
• الكثافة: تعبّر صفة الكثافة الفيزيائية عن العلاقة بين الحجم والكتلة في جسم ما، حيث تزداد الكثافة كلما زادت الكتلة.
• القدرة: تعرف بأنها معدل بذل الجهد، وتتساوى مع الطاقة المستهلكة خلال فترة زمنية محددة.
• درجة الحرارة: تشير إلى الطاقة الحرارية التي يتم تخزينها في الجسم، ويتم قياسها باستخدام عدة وحدات مثل السيلزيوس والكلفن.

الكمية المتجهة

المتجهات هي كمية فيزيائية تعبر عنها من خلال تحديد المقدار والاتجاه، وتستخدم في دراسة المشكلات الفيزيائية التي تحدث في أكثر من بعد، ويمكن استخدامها لتقسيم المشكلة إلى عدة مشكلات أبسط. ونوضح فيما يلي دور المتجهات في دراسة الكون:

• يتألف الكون الذي نعيش فيه من أربعة أبعاد على الأقل، حيث تشمل ثلاثة أبعاد مكانية وهي الأمام والخلف والأعلى والأسفل واليمين واليسار، بالإضافة إلى بعد زمني واحد.
• تستخدم لإجراء مقارنة بين كميتين من نوع واحد، ومن الخطأ مقارنة التسارع بالسرعة لأنهما نوعان مختلفان من المتجهات.
• خلال إجراء عملية حسابية للكميات المتجهة، يتم إجراؤها مرتين: مرة للمقدار ومرة للاتجاه.
• تُعد الكميات المتجهة أكثر تعقيدًا من الكميات القياسية، ولكنها تتبع أنواعًا خاصة من القواعد والعمليات الرياضية.
• تتعدد أمثلة الكميات المتجهة، حيث تشمل الموقع والإزاحة والسرعة المتجهة، بالإضافة إلى التسارع والقوة.
• يتم التعبير عن الكميات التي تعتمد على الاتجاه باستخدام العمليات المتجهة، وتحتاج الكميات التي تحدد بالمقدار إلى صياغة الكمية بالقيمة المحددة.

ما هي السرعة النسبية

ظهرت العديد من التعريفات والصيغ التي توضح مفاهيم السرعة النسبية، سنستعرض بعضها فيما يلي:

• تمثل السرعة النسبية جزءًا من سرعة الضوء، ويتم حسابها من خلال تقدير علمي يستند إلى النسبية الخاصة.
• من المستحيل تحديد الحد الذي يصبح فيه الجسم نسبيًا، ولكن يتم وصف الجسم بأنه نسبي عندما تتعذر ميكانيكا نيوتن على توفير وصف دقيق للسرعة بنسبة خطأ لا تتجاوز 1%.
• يُعرف مصطلح السرعة النسبية بأنه المصطلح الذي يُشير إلى كمية متجهة مساوية لنسبة المسافة المقطوعة لجسم متحرك إلى المدة الزمنية التي استغرقها في الحركة.
• تعد النسبة واحدة من الخصائص الهامة للسرعة، وتشير إلى قيمة محددة يتم تقديرها بالمتر/الثانية.
• تعني السرعة النسبية لجسم A إلى جسم B في الإطار الآخر C، أن السرعة المتجهة لـ C فيما يتعلق بـ D تساوي v⃗ c− v⃗ d، حيث هذه الصيغة هي الوحيدة التي توضح مفهوم السرعة النسبية عندما يتحرك جسمان في نفس الاتجاه.
• يتم حساب v⃗ DC= v⃗ D+ v⃗ C لجسمين يتحركان في اتجاهين مختلفين، في حين يتم حساب v⃗ DC= v⃗ D− v⃗ C لجسمين يتحركان في اتجاهين معاكسين.

السرعة النسبية ميكانيكا

يتم دراسة السرعة النسبية فيزيائيًا من خلال دراسة الميكانيكا الكلاسيكية، وسنشرح ذلك فيما يلي:

• تهتم الميكانيكا الكلاسيكية بدراسة علم الحركة، والذي يعرف بالكينماتيكا.
• يساعد الدارس على فهم مفهوم جسم الحركة بطريقة مفصلة ودقيقة.
• يبدأ دراسة علم الحركة بتعريف موقع الجسم على أنه الموضع الذي يحتله الجسم بالنسبة لنقطة معينة كمرجع، وتكون إزاحة الجسم هي المسافة القصيرة بين الموضع الأصلي والجديد للجسم.
• المسافة هي طول الخط الذي يحرك فيه الجسم.
• أصبح علم الميكانيك أكثر شمولًا للجسيمات التي تتحرك بسرعات فائقة، حيث يتضمن مقادير مختلفة من الطاقة.
• يتم حساب الميكانيك النسبي الكمومي عن طريق توحيد النسبية الخاصة مع ميكانيكا الكم.

السرعة القياسية

تمثل هذه الكمية الفيزيائية القياسية معيارًا لا يحتاج إلى مقياس للتعبير عنه، وتنقسم إلى نوعين، وهما كما يلي:

• السرعة القياسية المتوسطة: تستخدم الرياضيات قسمة المسافة المقطوعة في رحلة معينة لحساب الوقت اللازم لهذه الرحلة بأكملها.
• السرعة القياسية اللحظية: هي كمية السرعة في لحظة ما أو كمية السرعة الثابتة خلال فترة زمنية قصيرة.

مسائل عن السرعة النسبية

هناك العديد من المسائل التي تتعلق بحساب السرعة النسبية، ونستعرض فيما يلي بعضًا من هذه المسائل مع إيجاد الحلول المناسبة:

• ركب رجل القطار الذي يتحرك بسرعة 20.0 م/ثانية بالنسبة للأرض، ثم ركض بسرعة 3.0 بالنسبة لنفسه للوصول إلى مقدمة القطار، فإن السرعة النسبية بينه وبين القطار تكون 23 نتيجة جمع سرعة القطار مع سرعة الرجل.
• يتحرك قارب نهري بسرعة 3 م/ثانية بالنسبة لسرعة تدفق الماء، وعندما يقوم راصد بتسجيل سرعة القارب من على الشاطئ، يجد أنها 0.5 م/ثانية، وبالتالي فإن سرعة تدفق الماء في النهر تساوي

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.

• طائرة جوية تحركت بسرعة 150 كم/ساعة إلى الشمال، وتعرضت لرياح متجهة شرقًا بسرعة 75 كم/ساعة بالنسبة للأرض، وبالتالي سرعة الطائرة بالنسبة للأرض يمكن حسابها عن طريق جذر الحاصل من جمع 150 كم/ساعة و 75 كم/ساعة، والذي يساوي 1.7 × (10 × 2) = 34 كم/ساعة.

في الختام، قدّمنا مقالًا يستعرض بحثًا حول السرعة النسبية، وعرضنا بعض التعريفات لها، بما في ذلك السرعة النسبية الميكانيكية والسرعة القياسية وأنواعها، بالإضافة إلى شرح الكمية القياسية والكمية المتجهة، وتناولنا بعض المسائل المتعلقة بالسرعة النسبية وكيفية إيجاد الحل لها.

المراجع

1-

2-