تحقيق مسبار
بالاعتماد على قانون التسارع يستطيع الشخص معرفة قدر التغير في سرعة الجسم مع مرور الزمن، سواءً كانت السرعة في زيادة أو كانت في نقصان. يُبيّن هذا المقال طريقة حساب التسارع بالخطوات مع توضيح المعنى الذي تشير إليه قيمة التسارع، كما يُسلّط الضوء على التسارع الذي تمكّن أسرع العدائين على الأرض من الوصول إليه، مع بعض الإرشادات لمساعدة الشخص في زيادة تسارعه أيضًا.
هل يتم تطبيق قانون التسارع في الحياة العملية؟
توجد الكثير من تطبيقات قانون التسارع في الحياة العملية بالفعل؛ من هذه التطبيقات: أجهزة التحكم في معدات اختبار الاهتزاز الصناعي وأجهزة قياس الزلازل، كذلك تُعد زيادة سرعة السيارة مع مرور الزمن عند الضغط على دواسة الوقود في السيارة من تطبيقات التسارع، أما إبطاء السرعة عند الضغط على المكابح؛ فمن تطبيقات التسارع السالب الذي يُطلق عليه اسم التباطؤ.
ما هي وحدة قياس التسارع؟
بعد التعرف على بعض التطبيقات العملية لقانون التسارع يُفضّل الكثير من الطلاب معرفة ما وحدات التسارع في الفيزياء، وهي: وحدة المسافة لكل وحدة زمن مربعة؛ ذلك لأن التسارع يساوي الفرق بين السرعتين على الزمن، وبما وحدة السرعة تساوي وحدة المسافة لكل وحدة زمن؛ فتكون وحدة التسارع كما ذُكر.
هل يوجد فرق بين أنواع التسارع اللحظي والمتوسط؟
هُناك فرق كبير بين أنواع التسارع اللحظي والتسارع المتوسط، وفيما يأتي بعضًا من خصائص كل واحد منهما:
- التسارع المتوسط: يُعبّر التسارع المتوسط عن التغير في سرعة الجسم خلال فترة زمنية مُحددة، ويتم حسابه بسهولة كبيرة عن طريق قسمة الفرق في السرعة على الفرق في الزمن.
- التسارع اللحظي: يُمثّل التسارع اللحظي قدر التغير في السرعة خلال لحظة زمنية واحدة، هذا يعني أنه لا يُحسب من خلال قانون التسارع القياسي؛ إنما يعتمد حسابه على الاشتقاق، ويساوي التسارع اللحظي مشتقة التسارع بالنسبة إلى الزمن.
متى يستطيع الجسم المتحرك اكتساب التسارع؟
يستطيع الجسم المتحرك اكتساب التسارع بالعديد من الطرق المختلفة، وفيما يأتي بعضًا منها:
- تغير السرعة القياسية مع الزمن: في هذه الحالة تتغير السرعة القياسية التي يسير بها الجسم بين لحظة وأخرى دون التغير في الاتجاه، وإذا تغيرت السرعة؛ فإن الجسم يكتسب تسارعًا أو يفقد التسارع في حالة كانت السرعة تنخفض.
- تغير الاتجاه مع الزمن: إذا تغير اتجاه السرعة المتجهة مع الزمن مع بقاء السرعة ثابتة؛ فإن هذا يعني أن الجسم يتسارع تسارعًا عاموديًا على اتجاه السرعة، وذلك كما في الحركة بسرعة ثابتة على مسار مُنحنٍ.
- تغير السرعة والاتجاه مع الزمن: لا تقتصر هذه الحالة على التغير في السرعة أو الاتجاه وإنما تشمل كلًا منهما، سواءً كانت سرعة الجسم في زيادة أو نقصان، ومن الأمثلة على ذلك السير بسرعة غير ثابتة على مسار منحنٍ.
ما هي طريقة حساب التسارع من سرعتين؟
من السهل حساب التسارع الذي يتمتع به الجسم بعد معرفة الفرق بين سرعتين، ويكون ذلك عن طريق معرفة السرعة الأولى ثم معرفة السرعة الثانية مع معرفة الفارق الزمني بين الوصول إلى السرعة الأولى والسرعة الثانية، بعد ذلك يتم تطبيق قانون التسارع القياسي، وهو: الفرق بين التسارعين÷الفارق الزمني، وبعد حل المعادلة تتضّح قيمة التسارع بوحدة المسافة على مربع وحدة الزمن.
كيف يمكن حساب التسارع من القوة؟
بدلًا من حساب التسارع بالاعتماد على الفرق بين السرعتين أو عن طريق الاشتقاق؛ يُمكن للمرء إجراء الحساب من بعد معرفة القوة والكتلة كما يأتي:
- كتابة القانون: ينبغي على المرء كتابة قانون التسارع من القوة في البداية؛ فإن القوة الكُليّة للجسم تساوي الكتلة مضروبة بالتسارع، وعلى هذا يمكن حساب التسارع من خلال قسمة القوة الكُليّة على الكتلة للجسم.
- التحقق من كتلة الجسم: في الخطوة الثانية يتم التحقق من الكتلة الدقيقة للجسم الذي يرغب الشخص بمعرفة تسارعه، ويجب تحويل الكتلة من كيلوجرام إلى جرام في حالة كان الجسم كبيرًا وتم قياس وزنه بوحدة كيلوجرام.
- حساب القوة المؤثرة على الجسم: ربما تؤثر عدة قوى على الجسم في الوقت نفسه، وتكون كل واحدة منها في اتجاه مختلف عن الآخر أحيانًا، ولا بُد من حساب القوة المُحصلة التي تؤثر على الجسم لغايات حساب التسارع بعدها.
- تجهيز المعادلة للحساب: إذا أصبحت القوة معروفة والكتلة معروفة؛ فيجب على الشخص إعادة ترتيب المعادلة لتصبح على النحو: التسارع=القوة المحصلة÷الكتلة، ثم ينبغي تعويض الأرقام التي تم الحصول عليها في مكانها.
- استخراج قيمة التسارع: يمكن الاعتماد على الآلة الحاسبة أو الحساب اليدوي لمعرفة قيمة التسارع بعد حل المعادلة السابقة، ويجب تذكر وضع وحدة قياس التسارع الصحيحة، وهي وحدة المسافة على وحدة الزمن المربعة.
هل تطرقت قوانين نيوتن إلى التسارع؟
وضع نيوتن 3 قوانين للحركة، وتطرق القانون الثاني منها إلى التسارع بالفعل، ويتم استخدامه لإيجاد مقدار التسارع من خلال القوة والكتلة، وفيما يأتي توضيح لقوانين نيوتن في الحركة حسب موقع وكالة ناسا للفضاء:
- قانون نيوتن الأول: ينص أول قوانين نيوتن على أن الجسم الساكن يبقى ساكنًا والجسم المتحرك يبقى في حالة الحركة باتجاه مستقيم وسرعة ثابتة؛ ذلك حتى يتعرض إلى قوة خارجية تؤثر على توازنه مما يغيّر من شكل حركته.
- قانون نيوتن الثاني: يرى نيوتن في قانونه الثاني بأن تسارع الجسم يعتمد على الكتلة ومقدار القوة المطبقة عليه، ويتناسب التسارع مع الكتلة تناسبًا عكسيًا في حين يتناسب مع القوة تناسبًا طرديًا، هذا يعني أن التسارع يزداد عند زيادة القوة.
- قانون نيوتن الثالث: يُبيّن القانون الثالث أن الجسم الذي يؤثر على جسم آخر بقوة ما يتعرض إلى تأثيرٍ مساوٍ لأثر قوة الجسم الأول في المقدار مع الاختلاف في الاتجاه، وهو ما يشير إلى أن لكل فعل ردّة فعل مساوية في المقدار ومعاكسة في الاتجاه.
كيف تعبر قيمة التسارع عن طبيعة اختلاف سرعة الجسم؟
حسب القيمة الناتجة من تطبيق قانون التسارع يُمكن للمرء تحديد طريقة الاختلاف في سرعة الجسم، سواءً كانت السرعة في زيادة أو نقصان، وفيما يأتي طريقة معرفة طبيعة اختلاف سرعة الجسم بناءً على التسارع:
- قيمة التسارع موجبة: إذا كانت قيمة التسارع موجبة؛ فهذا يعني أن السرعة تتزايد مع التغير في الزمن، ذلك كما في زيادة سرعة المركبات المختلفة عند الضغط على دواسة الوقود للوصول إلى السرعة المطلوبة.
- قيمة التسارع سالبة: في حالة كانت قيمة التسارع سالبة؛ يكون الجسم في تباطؤ مستمر مع التقدم في الزمن بخلاف القيمة الموجبة، ويكون ذلك في عدة تطبيقات؛ منه: نزول سرعة المتسابقين مع التقدم في الزمن عند الوصول إلى خط النهاية والرغبة بالتوقف.
- قيمة التسارع ثابتة: تشير القيمة القابتة للتسارع بأن مقدار التغير في السرعة مع مرور الزمن ثابت، سواءً كانت القيمة سالبة أو كانت موجبة، ويُطلق على هذه الحالة اسم الحركة الخطية المنتظمة.
- قيمة التسارع صفر: تدل القيمة الصفرية للتسارع على ثبات السرعة مع مرور الزمن؛ ذلك لأن الفرق في السرعة يساوي صفرًا في هذه الحالة، والقيمة الناتجة من قسمة الصفر على أي عدد تساوي صفرًا.
كم يبلغ تسارع أسرع إنسان على الأرض؟
إن العدّاء يوسين بولت أسرع إنسان على وجه الأرض حتى الآن حسب موسوعة جينيس للأرقام القياسية، ووصل تسارع بولت عند الانطلاق إلى 9.5 متر في الثانية المربعة وفق البيانات المتوفرة عن سباقاته حسب موقع سيانس، وفيما يأتي بعضًا من الإرشادات التي يمكنها مساعدة المرء في زيادة تسارعه:
- إجراء تدريبات السرعة: هُناك العديد من تدريبات السرعة التي تزيد من أداء تسارع الجسم عند الرغبة في الركض؛ منها الجري فوق التلال، والقيام بتدريبات دفع الركبتين إلى الأعلى أثناء الاستناد على الجدار.
- الاعتماد على التمارين البليومترية: تشمل التمارين البليومترية كلًا من القفز على الصندوق وإجراء القفزات الواسعة، القفز عن الحواجز، حركات الجري ذات الخطوات والقفزات الواسعة، إلى جانب بعض التمارين على ساق واحدة.
- تحسين الكفاءة الميكانيكية للجري: ينبغي على الشخص تحسين الكفاءة الميكانيكية للجري الخاص به حتى يستطيع زيادة التسارع؛ منها: تمارين أرجحة الذراع وتمارين دفع الجسم من الأرض بأقصى قوة يستطيعها الشخص.
اقرأ/ي أيضًا:
هل ينطبق قانون نيوتن الثالث على الحياة العملية؟
