تتمثّل السرعة في الفيزياء بعامل أساسي في حياة الأفراد، حيث تتعلّق بسرعة المشي والسباحة والحركة، وكذلك سرعة الطائرات والقطارات والسيارات والكائنات البرية والبحرية، ويقدّم هذا المقال مزيدًا من المعلومات والتفاصيل حول السرعة في موسوعتنا.
تعريف السرعة:
- تعد السرعة قدرة الفرد على القيام بمهمة ما في وقت قصير جدًا، وتقاس السرعة في الفيزياء بوحدة متر/ثانية. ولقياس السرعة، يتم استخدام مجموعة من الأدوات المختلفة مثل ساعة التوقيت التي تسجل السرعة القصوى التي يحققها الفرد، وجهاز الشاغو متر الذي يقيس عدد الخطوات والسرعة، وجهاز السبيدوغراف الذي يقيس الزمن المطلوب للوصول إلى السرعة المرغوبة. وهناك أيضًا ما يسمى بسرعة رد الفعل التي يتم قياسها باستخدام جهاز Electro stopwatch أو الـ Reflex meter.
تعريف السرعة المتجهة:
- السرعة المتجهة هي كمية فيزيائية تحتاج إلى تحديد اتجاه ومقدار، وتنقسم السرعة بشكل عام إلى سرعة لحظية وسرعة متوسطة. وبالنسبة للسرعة المتجهة، فإن السرعة المتوسطة المتجهة هي تغير المسافة مقسومًا على الزمن الكلي بين الموضع الابتدائي والنهائي. ويجب تحديد الموضع الابتدائي والنهائي، والزمن الابتدائي والنهائي لحساب السرعة المتجهة. والسرعة المتجهة اللحظية هي سرعة الجسم في لحظة معينة، ويمكن قياسها عند توقف الزمن، والسرعة المتجهة تعني السرعة المتجهة اللحظية، والسرعة اللحظية القياسية تعبر عن مقدار السرعة المتجهة اللحظية.
تعريف السرعة القياسية:
- السرعة اللحظية هي كمية فيزيائية قياسية يمكن التعبير عنها بالمقدار فقط، ويوجد نوعان منها: السرعة القياسية اللحظية التي تعبر عن مقدار السرعة المتجهة، والسرعة القياسية المتوسطة التي تعبر عن مقدار المسافة التي قطعت مقسومة على الزمن الكلي لهذه المسافة، والسرعة القياسية هي السرعة القياسية اللحظية.
قانون السرعة المتوسطة:
- السرعة المتوسطة هي المسافة الإجمالية التي يقطعها الجسم الذي يتحرك في فترة زمنية محددة.
- عندما تسير سيارة بسرعة متوسطة تبلغ 80 كيلومترًا في الساعة، فإنها تسافر مسافة 80 كيلومترًا في ساعة واحدة، وفي مدة ساعتين تقطع مسافة 160 كيلومترًا، وفي أربع ساعات تقطع مسافة 320 كيلومترًا.
- مثال: لحساب السرعة المتوسطة للمتسابق الذي قطع مسافة 100 كم بسيارته في خمس ساعات، يتم الحساب كالتالي: السرعة المتوسطة = المسافة المقطوعة ÷ الزمن الكلي، وبالتالي: السرعة المتوسطة = 100 كم ÷ 5 ساعات = 20 كم / ساعة.
قانون السرعة اللحظية:
- السرعة اللحظية هي السرعة التي يتحرك بها الجسم في لحظة معينة من الزمن، وهي تشتق من الإزاحة في النسبة إلى الزمن، أو هي طول المسار في النسبة إلى الزمن.
- يُحسب قانون السرعة اللحظية عند طول المسار، وهو المسافة بين النقطة الأولى والنقطة الثانية عليه، مقسومًا على الزمن ضربه 2.
- تستخدم الرموز الحرفية ط، وس، وز في المعادلات الرياضية والفيزيائية للإشارة إلى الطول والسرعة والزمن.
قوانين السرعة:
- السرعة هي معدل تغير المسافة بالنسبة للزمن، والوحدة التي تستخدم لقياسها هي الكيلومتر في الساعة أو المتر في الثانية، ويمكن أن تكون الحركة إما منتظمة أو غير منتظمة، والقانون الذي يستخدم لحساب السرعة في الحركة المستقيمة المنتظمة هو أن السرعة تساوي المسافة المقطوعة على الزمن المستغرق، وأما في الحركة غير المنتظمة فيتم حساب السرعة بضرب التسارع في الزمن وإضافة السرعة الابتدائية.
وحدات قياس السرعة:
- يتم قياس السرعة في النظام العالمي بالمتر لكل ثانية، ويمكن استخدام الكيلومتر للسرعات المتوسطة مثل سرعة السيارات أو الصواريخ، وفيما يتعلق بجرم سماوي والمقاييس الكونية يتم استخدام الكيلومتر لكل ثانية، وفي المجال البحري مثل سرعة الغواصات والسفن يتم استخدام العقدة.
- تستخدم وحدات مختلفة لقياس السرعة، مثل المتر في الثانية أو الكيلومتر في الساعة أو الميل في الساعة أو العقدة أو القدم في الثانية أو السرعة الضوئية في الفراغ.
أنواع السرعة:
- يتميز الشيء بسرعة متغيرة، حيث يقطع مسافات مختلفة في أوقات مختلفة.
- السرعة الثابتة هي السرعة التي يقطع بها الجسم مسافات متساوية في زمن متساوي.
- السرعة المتجهة هي المسافة التي يقطعها الجسم في الوقت المعين، وهي قيمة متجهة تتحرك في اتجاه محدد، وتنوعت أنواع السرعة، منها السرعة الخطية التي تساوي المسافة مقسومة على الزمن وتقاس بالأميال في الثانية أو المتر في الثانية، والسرعة الدورانية أو سرعة الزاوية التي تقاس بعدد الدورات في الزمن أو الدورة في الثانية.
العوامل المؤثرة على السرعة:
- تؤثر عوامل متنوعة إيجابيًا أو سلبيًا على سرعة جسم الإنسان، ومن بين تلك العوامل هي الخصائص التي تميز الألياف العضلية في الجسم من حيث التركيب والتكوين حيث تتنوع بين الألياف البيضاء والحمراء.
- تتمثل الانسجامية والتوافق بين الأعصاب والعضلات في كيفية استجابتها للإشارات العصبية، مثل الحركة المستمرة أو الوقوف.
- يتم تحديد قوة عضلات الجسم، مثل عضلات الساقين، لأنها تلعب دورًا رئيسيًا في الحركة.
- القدرة على الاسترخاء والراحة عند الحاجة هي قدرة عضلات الجسم.
- تعتمد القدرة على الاستمرار وإنجاز المهام على الراحة الداخلية والقوة النفسية، بغض النظر عن الظروف الخارجية والعوامل الأخرى.
عناصر السرعة:
- السرعة الحركية هي سرعة أداء حركة واحدة وتتكون من مجموعة من الحركات المنفردة التي تتحد بشكل غير دوري أو دوري، ومن بينها الحركات المركبة التي يتم قياس سرعة انقباض العضلات في الجسم، مثل الحركات في الملاكمة.
- السرعة المتحركة هي حركات دورية تساعد على تحقيق أقصى سرعة ممكنة، ويتم ذلك عندما يتم رفع القدمين عند الدفع، وتشمل ذلك المشي والسباحة والجري.
- رد فعل مركب هو الاستجابة الاختيارية التي تحدث نتيجة مجموعة من الإشارات المعتاد عليها.
- الاستجابة السريعة هي رد فعل الفرد السريع على أمر معين يلاحظه الإنسان، وهي من نوعين، إما رد فعل بسيط باستجابة محددة، مثل انتظار الفرد لسماع صوت معين مسبقًا والانطلاق عند سماعه.
