نظرة عامة حول التسارع
يمكن تعريف التسارع بكل بساطة على أنه معدل تغير السرعة بالنسبة للزمن، وهو كمية متجهة لها مقدار واتجاه،[١] فعندما تتغير سرعة جسم ما فيقال عنه إنه يتسارع، فعند قول إن هذه السيارة قد تغبرت سرعتها من صفر إلى 60 كم/ ساعة خلال مدة سبع ثوانٍ، فإن ذلك يعني أنّ هذه السيارة تستغرق مدة 7 ثوانٍ لتصل إلى سرعة 60 كم/الساعة بدءاً من الوقوف الكامل.[٢]
ينتج التسارع دائماً عن التغيير في سرعة الجسم، إما بالزيادة (التسارع)، أو النقصان (التباطؤ)، أو تغيير الاتجاه (تسارع الجاذبية)، فتغيير اتجاه الحركة يؤدي إلى تغير اتجاه السرعة التي هي عبارة عن كمية متجهة.[٢]
يجدر بالذكر هنا أن التسارع يقاس بوحدة م/ث2 وفقاً للنظام العالمي للوحدات، وهناك ما يُعرف أيضاً بالتسارع القياسي أو تسارع الجاذبية الأرضية (g)، وهو تسارع الجسم في الفراغ بالقرب من سطح الأرض بسبب الجاذبية الأرضية.[٣]
كيفية حساب التسارع
هناك نوعان من التسارع هما: متوسط التسارع (بالإنجليزية: Average Acceleration)، والتسارع اللحظي (بالإنجليزية: Instantaneous Acceleration)، ويتم تحديد متوسط التسارع عادة خلال فترة زمنية محددة تسمى السرعة في بدايتها باسم السرعة الابتدائية، ويُرمز لها بالرمز (V0)، أما السرعة في نهايتها فتسمّى السرعة النهائية، ويُرمز لها بالرمز (Ve)،[٢] ويتم عادة تحديد التسارع اللحظي من خلال حساب ميل المماس عند النقطة المطلوب حساب التسارع عندها في منحى السرعة - الزمن، وبشكل عام يمكن حساب التسارع باستخدام الصيغة الآتية:[٤]
- التسارع = التغير في السرعة/الزمن = (السرعة النهائية-السرعة الابتدائية)/الزمن.
يمكن حساب التسارع باستخدام قانون نيوتن الثاني الذي ينص على أنّ مجموع القوى (F) المؤثرة على جسم كتلته ثابتة (ك) يساوي حاصل ضرب الكتلة في تسارع ذلك الجسم، وهو ما يعبّر عنه بالمعادلة الآتية: مجموع القوى المؤثرة على الجسم = كتلة الجسم×تسارع الجسم، ومنه:[٣]
- تسارع الجسم = مجموع القوى المؤثرة عليه/كتلة الجسم.
ويتضح من المعادلة السابقة أنه لو لم تكن هناك قوى تؤثر على الجسم (F = 0)، فإنه لن يتسارع، وستبقى سرعته ثابتة إن كان متحركاً، كما أن الكتلة تتناسب عكسياً مع تسارع الجسم؛ فكلما زادت الكتلة قل تسارع الجسم، وعكس ذلك هو صحيح أيضاً.[٣]
أمثلة على حساب التسارع
احسب تسارع الجسم المتحرك بسرعة ثابتة.[٤]
- بما أن الجسم يتحرك بسرعة ثابتة فإن السرعة الابتدائية له تساوي السرعة النهائية ولنفترض أنها س، وعليه وعند التعويض في قانون التسارع ينتج أن:
- التسارع = (السرعة النهائية-السرعة الابتدائية)/الزمن = (س-س)/الزمن = 0 م/ث2، أي أن الجسم الذي يتحرك بسرعة ثابتة تسارعه يساوي صفر.
احسب السرعة النهائية لكرة تم إسقاطها من السكون من الطابق الثاني فوق سطح الأرض، واستغرقت حتى ارتطمت بالأرض مدة 18 ثانية، علماً ان تسارع الجاذبية الأرضية هو 9.81 م/ث2.[٤]
- بما أن الكرة قد تم إسقاطها من السكون فإن سرعتها الابتدائية = 0 م/ث، وبتعويض القيم في قانون التسارع ينتج أنّ:
- التسارع = (السرعة النهائية-السرعة الابتدائية)/الزمن، ومنه: 9.81 = (السرعة النهائية-0)/18.
- السرعة النهائية = 18×9.81 = 176.4 م/ث2.
المراجع
- ↑ "Acceleration", byjus.com, Retrieved 29-7-2021. Edited.
- ^ أ ب ت "Acceleration", physics.info, Retrieved 29-7-2021. Edited.
- ^ أ ب ت "How to Define Acceleration", www.thoughtco.com, Retrieved 29-7-2021. Edited.
- ^ أ ب ت "Acceleration", byjus.com, Retrieved 29-7-2021. Edited.
