ناقش السرعة المتجهية النسبية واللحظيةعالم الفيزياء يبحث في الأشياء وحركتها بشكل خاص ، بالإضافة إلى مفاهيم أخرى ، وهذا ما عمل الفيزيائيون عليه منذ ذلك الحين العصور من العصور القديمة إلى عصر النهضة العلمية في أوروبا وحتى وقتنا الحاضر ، وقوانين السرعة والتسارع ، هي محور حركة الأشياء التي درسها العلماء في هذا العلم ، بما في ذلك السرعة الموجهة وأنواعها ، وفي منطقتنا. المقال اليوم عبر موقعنا سنجري هذا البحث المهم حول السرعة المتجهية النسبية واللحظية كجزء أساسي من سرعة المتجه وأنواعها.
مقدمة بحث عن السرعة المتجهة النسبية واللحظية
في علم الفيزياء ، تعتبر قضايا الحركة التي يمر بها أي جسم تحت تأثير قوة من أهم القضايا التي يتعامل معها هذا العلم ، خاصة عندما تكون الحركة مرتبطة بأي جسم ونقلها من موقع إلى آخر. آخر: هناك أجسام تقوم بنوع من الحركة وثابتة في موضعها ، أما بالنسبة للأجسام المتحركة ، ونتيجة لهذا التغيير في الموقع لابد من وجود سرعة معينة لها سواء كانت بطيئة أو سريعة ، وموضوع السرعة وأنواعها له أهمية كبيرة خاصة في علم الحركة الذي تمت دراسته على مدى عدة قرون ، وفي هذا البحث المهم سوف نشرح مفهوم السرعة وأنواعها المختلفة ومنها النسبي وسرعة متجه لحظية.
ناقش الأجزاء الوسطى والارتفاعات في المثلث
بحث عن السرعة المتجهة
السرعة بشكل عام مصطلح شامل يشمل العديد من الأشكال المعروفة في الحياة التي نعرفها ، فسواء كان الشخص يمشي على قدميه ، أو تتحرك السيارة على عجلات ، فإن لها سرعة متغيرة يمكن زيادتها أو تقليلها ، وفي البداية وقبل الخوض في هذا البحث وتفاصيله ، نحتاج إلى توضيح مفهوم السرعة ، ومتى تسمى السرعة بالسرعة المتجهة.
مفهوم السرعة
يمكن تعريف السرعة في ضوء تعريف حركة الأجسام المتحركة ، على أنها المعدل الذي يتغير به موضع الجسم من موضع إلى آخر ، وكتعريف أكثر تفصيلاً ، السرعة هي مقدار المسافة المقطوعة خلال فترة محددة من الوقت بغض النظر عن الاتجاه الذي يسير فيه ، وبالتالي تقاس السرعة بالأمتار في الثانية ، إذا قلنا أن شخصًا سار ثلاثة أمتار في ثلاث ثوانٍ ، أي أنه قطع مترًا واحدًا كل ثانية ، وبالتالي هذا هي سرعته.
الفرق بين السرعة والسرعة المتجهة
في الفيزياء ، تصف كل من السرعة والسرعة المتجهة معدل حركة الجسم ، لكن الفرق بينهما يكمن في النقاط التالية:
- سرعة: هو معدل الوقت الذي يتحرك فيه الجسم على طول المسار ، وكمثال ، يصف 50 كم / ساعة السرعة التي تتحرك بها السيارة على طول الطريق ، وبالتالي فإن السرعة هي كمية قياسية ، مما يعني أنه يمكن وصفها بقيمة عددية.
- سرعة المتجه: هو معدل واتجاه حركة الجسم ، وكمثال ، يصف 50 km / h إلى الغرب السرعة التي تسير بها السيارة ، وبالتالي فإن السرعة المتجهة هي كمية متجهة تعتمد على الاتجاه والمقدار.
أنواع السرعة المتجهة
تعتمد السرعة على الاتجاه الذي يتحرك فيه الجسم ، حيث إنها تدمج سرعة ذلك الكائن بالإضافة إلى الاختلاف بين مكان البداية والنهاية ، ويمكننا استخدام نفس وحدات السرعة عند قياس سرعة المتجه ، مع أخذها الاتجاه بعين الاعتبار ، وبناءً على ذلك تقسم السرعة إلى أنواع على النحو التالي:
- سرعة موحدة: عندما يقطع الجسم مسافة متساوية في فترات زمنية متساوية.
- السرعة العادية: عندما يقطع الجسم مسافة مختلفة في فترات زمنية متساوية.
- متوسط السرعة: السرعة الثابتة التي يقطع بها الجسم نفس المسافة في وقت معين.
- سرعة لحظية: عندما يقطع الجسم مسافة متساوية في فترات زمنية غير متكافئة.
- السرعة النسبية: هو الفرق المتجه بين سرعات جسمين.
الكميات الفيزيائية التي تصف السرعة
في علم الفيزياء ، يمكن وصف حركة الأشياء أو وصف الأجسام المتحركة باستخدام الكلمات والعبارات ، مثل التحرك بسرعة ، والتوقف ، والإبطاء ، والتسريع ، والدوران ، وما إلى ذلك ، ويمكن توسيع قائمة المفردات هذه بالكلمات مثل المسافة ، والإزاحة ، والسرعة المتجهة ، والتسارع ، ولكن هذه الكلمات مرتبطة بكمياتها الرياضية. التعريفات الصارمة ، والكميات الرياضية المستخدمة لوصف حركة الأشياء يمكن تقسيمها إلى فئتين ، هما المتجه أو الكمية القياسية.
الفرق بين الكمية القياسية والكمية المتجهة للسرعة
يمكن تمييز هاتين الفئتين عن بعضهما البعض من خلال تعريفاتهما المميزة:
- الكمية القياسية للسرعة: وهي الكميات الموصوفة بالكامل بالحجم وحده ، بغض النظر عن الاتجاه الذي يتحرك فيه الجسم في مساره ، وتسمى أيضًا القيمة العددية ،
- كمية متجه السرعة: وهي كميات موصوفة بالكامل من خلال الحجم والاتجاه ، أي أنها مجموع القيمة القياسية والاتجاه معًا ، واتجاه متجه السرعة هو ببساطة نفس اتجاه حركة الجسم.
السرعة المتجهة النسبية
باختصار ، يدور مفهوم الحركة النسبية أو السرعة النسبية حول فهم الإطار المرجعي ، ويمكن اعتبار الإطار المرجعي حالة حركة المراقب لحدث ما ، وقد نواجه مناسبات يتحرك فيها كائن واحد أو أكثر في إطار غير مستقر بالنسبة لمراقب آخر ، على سبيل المثال ، يعبر قارب نهرًا متدفقًا بمعدل معين أو تواجه طائرة رياحًا أثناء حركتها ، وفي كل هذه الحالات ، ومن أجل وصف الحركة الكاملة للجسم ، نحتاج إلى ضع في اعتبارك التأثير الذي يسببه الوسيط على الكائن ، وبالتالي فإن سرعة المتجه النسبية هي فرق المتجه بين سرعات جسمين.
مثال توضيحي على السرعة المتجهة النسبية
على سبيل المثال، عندما نسافر في سيارة أو حافلة أو قطار ، نرى الأشجار والمباني والعديد من الأشياء الأخرى بالخارج تتحرك للخلف ، لكنها في الحقيقة لا تتحرك ، فالسيارة التي نركبها تتحرك بينما الأشجار ثابتة على الأرض ولكن السؤال هنا ، لماذا تبدو الأشجار وكأنها تتحرك للخلف ، بينما الركاب الذين يرافقوننا داخل القطار ، والذين يتحركون ، يظهرون لنا ثابتين بالرغم من حركتهم؟ السبب، أنه في إطارنا نحن والركاب الآخرون نتحرك معًا ، مما يعني أنه لا توجد سرعة نسبية بيننا وبين الركاب ، بينما الأشجار ثابتة أثناء الحركة ، لذا فهي تتحرك بسرعة نسبية لنا وللركاب الآخرين ، وهذا السرعة النسبية هي فرق السرعة بيننا وبين الشجرة.
قانون ومعادلة حساب السرعة المتجهة النسبية
دعونا نفكر في جسمين أ و ب يتحركان بالنسبة لبعضهما البعض ، مثل مثال الشجرة والراكب داخل القطار ، والسرعة النسبية هي السرعة التي سيظهر بها الجسم أ لمراقب على الجسم ب ، والعكس صحيح بالعكس ، وإذا أردنا تمثيل هذا البيان في صيغة ومعادلة رياضية ، فإن السرعة النسبية هي فرق المتجه بين سرعات جسمين ، ويتم تمثيله بالشكل التالي:
- السرعة المتجهية النسبية = سرعة الجسم a – سرعة الجسم b
- وكمعادلة حسابية هي: Vab = Va -Vb
مثال تطبيقي على قانون ومعادلة حساب السرعة النسبية المتجهة
إذا كانت لدينا دراجة نارية تسير على الطريق السريع بسرعة 120 كم / ساعة ، وكانت تمر بسيارة تسير بسرعة 90 كم / ساعة ، من وجهة نظر الراكب في السيارة ، ما هي سرعة الدراجة النارية؟ ؟
- الحل: تمثل سرعة الدراجة النارية سرعة الكائن الأول Va ، وتمثل سرعة السيارة سرعة الكائن الثاني Vb ، وتمثل Vab سرعة الدراجة النارية من وجهة نظر الراكب في السيارة ، و تطبيق بيانات المشكلة على المعادلة Vab = Va -Vb ، الحل هو Vab = 120-90 = 30 كم / ساعة.
السرعة المتجهة اللحظية
كتعريف بسيط وقصير ، السرعة المتجهة اللحظية هي سرعة الجسم في تلك اللحظة الزمنية ، أو في شكل آخر ، هي سرعة جسم متحرك في نقطة زمنية محددة ، وإذا كان للجسم سرعة متجهية منتظمة ، والتي عرفناها سابقًا ، السرعة اللحظية قد تكون نفس سرعتها القياسية ، حيث يتم وصف السرعة المتجهة اللحظية في أي وقت على أنها مقدار السرعة اللحظية في ذلك الوقت.
الفرق بين السرعة المتجهة اللحظية والمتوسطة
عادة ما يتم تعريف سرعة المتجه اللحظية بشكل مشابه جدًا لمتوسط السرعة المتجهة ، حيث يقترب متوسط السرعة والسرعة اللحظية من نفس الوحدة ، عندما تكون السرعة ثابتة أو يكون التسارع صفرًا ، ولكن في السرعة المتجهة اللحظية يتم تضييق الفترة الزمنية أكثر ، وهذا هو جوهر الاختلاف بينهما ، ذلك متوسط سرعة المتجه لفترة زمنية معينة ، هو إجمالي الإزاحة مقسومًا على الوقت الإجمالي ، حيث تقترب هذه الفترة من الصفر ، بينما متجه السرعة اللحظيةوعلى الرغم من أن الإزاحة فيه قريبة أيضًا من الصفر ، إلا أن حد نسبة الإزاحة إلى الوقت ليس صفراً ، ويتم حساب السرعة اللحظية بقسمة الإزاحة على الوقت في تلك اللحظة أو في نقطة زمنية معينة.
اشتقاق قانون وَمعادلة السرعة اللحظية
يمكن قياس السرعة ككمية متجهة بطريقتين ، واحدة في شكل متوسط السرعة ، والأخرى هي السرعة اللحظية ، والصيغة الأولى هي متوسط السرعة = ΔS / T ، وهنا S هي المسافة سافر و T هي الفترة الزمنية للسفر ، ولكن إذا أردنا معرفة معادلة السرعة اللحظية ، لا يمكن لمتوسط السرعة أن يخبرنا كيف تتغير سرعة جسم ما في لحظات زمنية معينة ، والسرعة اللحظية من اسمه ، هي سرعة الجسم المتحرك في لحظة معينة من الزمن ، ورياضيا يمكن تحديدها بالطريقة التالية:
- ليم ΔT → 0 ΔS / ΔT = dS / dT
- Dst = Ds ÷ Dt وتقف على السرعة اللحظية أيضًا ب VT ، ودع VT = Ds ÷ Dt.
ويتم حساب سرعة الجسم هذه في أقصر لحظة زمنية ممكنة ، بناءً على الفترة الزمنية ΔT تميل إلى الصفر ، و dS / dT ، مشتق من متجه الإزاحة S بالنسبة إلى الوقت T ، ويتم حساب السرعة اللحظية في لحظة معينة عن طريق استبدال قيمة متغير الوقت المقابل ، في مشتق معادلة الإزاحة لأول مرة ، وحساب التفاضل والتكامل ، الذي طوره السير إسحاق نيوتن ولايبنيز ، يمكن حساب التغييرات الصغيرة بمرور الوقت ، من خلال الجمع بين مفاهيم النهاية والمشتق ، والمعادلة أعلاه تتطلب معرفة كيفية حساب المشتق.