شرح التسارع الموجب والتسارع السالب يعتبر أحد المفاهيم الأساسية في الفيزياء، حيث يقوم علماء الفيزياء بدراسة كل ما يتعلق بالمادة وكيفية تزويدها بالطاقة وكل ما يتبع ذلك من حركة وظواهر طبيعية. ويعد التسارع، أو ما يعرف بالعجلة، هو المصدر الأساسي للحركة. ولهذا السبب، فإننا سنتحدث بالتفصيل عن التسارع في هذه المقالة التي نشرت على موقع موسوعة .
التسارع
التسارع في الميكانيكا الكلاسيكية يعني التغير في سرعة الجسم المتجهة بالنسبة للوقت، ويمكن أن يكون إيجابيًا أو سالبًا أو صفرًا. تعرف السرعة المتجهة كسرعة محددة بالاتجاه والقيمة. يتم قياس التسارع بوحدة متر/ثانية مربعة. يلعب التسارع دورًا هامًا في حياتنا، على سبيل المثال، عندما نركب السيارة، يكون التسارع إما منتظمًا أو غير منتظم، ويتسارع الأشخاص داخلها بنفس الطريقة في فترة زمنية محددة. يمثل تسارع الجاذبية الأرضية (9.8 متر/ثانية مربعة) دليلاً على وجود التسارع في حياتنا .
التسارع الموجب والتسارع السالب
تتناسب قيمة التسارع بشكل طردي مع اتجاه الحركة، ويمكن أن يكون التسارع إيجابيًا أو سلبيًا وفقًا للتالي :
- التسارع الموجب : يكون التسارع إيجابيًا عندما يكون اتجاه الحركة نفس اتجاه التسارع، وفي هذه الحالة تزداد قيمة السرعة مع تغير الزمن .
- التسارع السالب : تتحول قيمة التسارع إلى سالبة عندما يكون اتجاه الحركة معاكسًا لاتجاه التسارع، وتنخفض قيمة السرعة عند تغير الزمن .
متى يكون التسارع صفر ؟
تكون قيمة التسارع مساوية للصفر عندما تكون قيمة السرعة ثابتة دون أي تغير في الوقت، ويُطلق على هذا النوع من السرعة اسم السرعة المنتظمة .
قانون العجلة
المعادلة الرياضية
يعني التسارع في علم الرياضيات التغير في السرعة مع تغير الزمن، ويتم قياسها بوحدة متر/ثانية تربيع، أي م/ث²، ويكون شكل قانون التسارع في الميكانيكا الكلاسيكية على النحو التالي :
a = Δ v / t أو t = ∆s / v
مع العلم أن :
- a هي قيمة التسارع أو العجلة .
- Δ v = هي قيمة تغير السرعة .
- t = قيمة الزمن .
و عندما نريد حساب الزمن نستخدم المعادلة : t = a / Δv .
و عندما نريد حساب قيمة المسافة نستخدم العلاقة : x =Vit + 1/2 a.t2
مع العلم أن :
- s = هي قيمة المسافة .
- vi = مقدار السرعة الابتدائيّة .
الفيزياء
تعرف العجلة في القانون الثاني لنيوتن كالتالي :
قانون نيوتن : m.a = F
F/m= a أو ت= ق/ ك
مع العلم أن :
F = قيمة مجموع القوى المؤثرة على الأجسام .
M = هي مقدار كتلة الجسم .
يمثل A قيمة العجلة أو التسارع، ويكون إشارته إيجابية أو سالبة حسب الاتجاه .
**********************************
مثال :
إذا كانت السيارة تتحرك في خط مستقيم بسرعة متجانسة وتغيرت السرعة من 30 كم/ساعة إلى 80 كم/ساعة خلال فترة زمنية مقدارها 10 ثوانٍ، فعليك حساب قيمة التسارع الذي تتحرك به السيارة، وذلك بوحدة متر/ثانية مربعة .
الحل :
المعطيات هي :
- التغيير الأول في السرعة (ع1) يبلغ 30 كم/ساعة.
- التغيير الثاني في السرعة (ع2) يساوي 80 كم/ساعة.
- الزمن = 10 ثوان .
يتوجب في البداية تحويل وحدة السرعة من كيلومتر في الساعة إلى متر في الثانية، ويمكن فعل ذلك عن طريق :
ع1 = (30 * 1000) / (60*60)
ع1 = 8.33 م / ث .
ع2 = (80*1000) / (60*60)
ع2= 22.22 م/ث.
و الآن نقوم بالتعويض في قانون العجلة : ت= ∆ع / ز
= (ع2-ع1) / ز
=( 22.22 – 8.33 )/ 10
= 1.389 م/ث2.
