السرعه

لحساب السرعة المتوسطة لجسم ما، تحتاج لإزاحة الجسم الكلية أو التغيّر في موقعه، مع الزمن الكلي لهذه الإزاحة. تذكّر دائمَا أن السرعة كمية متجهة، أي أنها تقيس الاتجاه بجانب سرعة تحرك الجسم. لذا يجب أن تشتمل إجابتك على اتجاه السرعة أيضًا، مثل: “شمالًا” أو “إلى الأمام” أو “يسارًا”، وليس قيمتها فقط. لو احتوت المسألة على قيمة التسارع أو العجلة.

• تُسمى الكميات الفيزيائية التي تشمل اتجاه بـ “كميات متجهة”. يمكن تمييز تلك الكميات المتجهة عن الكميات غير المتجهة أو “الكميات العددية” بكتابة سهم فوق رمز هذه الكمية المتغيرة. على سبيل المثال، “v” تمثل السرعة ككمية عددية وتسمى أيضًا السرعة القياسية أمّا v^→ فتمثّل السرعة المتجهة (أو قيمة سرعة الجسم + اتجاه هذه السرعة). لاحظ أن كل مرات استخدام الرمز “v” في هذه المقالة سوف يُشير للسرعة المتجهة.
• يجب استخدام وحدة المتر أو وحدة مترية أخرى للمسافة عند حل المسائل العلمية، ولكن في إطار الحياة اليومية يمكنك استخدام أي وحدة تناسبك.

2 احسب الإزاحة الكلية. تعرف الإزاحة أنها تغير موقع الجسم، أو المسافة بين نقطة بداية الجسم ونقطة النهاية. لا يهم أين تحرّك الجسم أو الطريق الذي اتخذه ليصل موقعه النهائي، ما يهم فقط هي المسافة بين نقطة البداية ونقطة النهاية. سنستخدم في مثالنا الأول جسمَا يتحرك بسرعة ثابتة.

• لنفترض أن صاروخًا انطلق شمالًا لمدة 5 دقائق بسرعة ثابتة 120 مترًا بالدقيقة. لتحسب موقعه النهائي، استخدم قانون المسافة التالي “المسافة =السرعة x الزمن” وصيغته s = vt أو استخدم المنطق لإدراك أن الصاروخ الذي بدأ التحرك بسرعة 120 مترًا بالدقيقة واستمر في الحركة لمدة 5 دقائق، قد قطع مسافة = “600 مترًا شمالًا”؛ أي أنه على بُعد 600 مترًا شمالًا من نقطة انطلاقه، بعد انقضاء تلك المدة المحددة وحركته بالسرعة الثابتة المذكورة.
• في حالة المسائل التي تشمل تسارعًا ثابتًا للجسم، يمكنك حلها بالقانون s = vt + ½at² أو اطلع على بقية خطوات المقال لإيجاد الحل بطريقة أقصر وأسهل.

3 احسب إجمالي الزمن المستغرق. إذا نظرنا إلى مثالنا، فإن الصاروخ قد تحرّك لمدة 5 دقائق. يمكنك التعبير عن السرعة بأي وحدة زمنية، لكن تستخدم الثانية عادةً كوحدة قياس دولية للزمن. سنقوم بالتعبير عن الزمن بوحدة الثانية في هذا المثال: (5 دقائق) x (60 ثانية/الدقيقة الواحدة) = “”300 ثانية””.

• حتى في المسائل العلمية، لو كانت المسألة تستخدم وحدات كبيرة من الوقت، مثل الساعات، فقد يكون من الأسهل حساب السرعة أولًا ثمّ تحويل الناتج النهائي اوحدة متر / ثانية.

4 احسب السرعة المتوسطة عن طريق قسمة الإزاحة على الزمن. إذا كنت تعرف لأي مدى قد تحرّك الجسم والمدة التي استغرقها ليصل لتلك النقطة، بالتالي فأنت تعرف السرعة التي تحرك بها هذا الجسم. في المثال السابق كانت السرعة المتوسطة للصاروخ (600 متر شمالَا) / (300 ثانية) = “2 مترًا/ثانية شمالًا”

• تذكّر دائمًا أن تكتب الاتجاه بعد قيمة السرعة (مثل “للأمام” أو “شمالًا”)
• في صيغة القانون v_av = Δs/Δt يعني الرمز دلتا Δ “التغير في” أي أنّ Δs/Δt تعني التغيّر في الموقع (أو الإزاحة) على التغير في الزمن.
• يكتب رمز السرعة المتوسطة v_av أو على شكل حرف v مع خط أفقي فوقه.

5 ابدأ في حل مسائل أكثر تعقيدًا. إذا قام الجسم بتغيير اتجاهه أو تغيير سرعته، فلا داعي للحيرة، إذ نحسب السرعة المتوسطة “فقط” من الإزاحة الكلية والزمن الكلي. لا يهم ما يحدث بين نقطة البداية والنهاية. فيما يلي بعض الأمثلة على حالات حركة/ إزاحة تحتوي على نفس الإزاحة والوقت بالضبط، وبالتالي نفس السرعة المتوسطة.

• تمشي آية في اتجاه الغرب بسرعة 1 متر/ثانية لمدة ثانيتين، ثم تزداد سرعتها بشكل لحظي لتصبح 3 متر/ثانية وتستمر في المشي غربًا لثانيتين. لنحسب إجمالي المسافة (الإزاحة) التي قطعتها = (1 متر/ثانية غربًا) (2 ثانية) + (3 متر/ثانية غربًا) (2 ثانية) = 8 متر غربًا. الزمن الكلي = 2 ثانية + 2 ثانية = 4 ثوانٍ. سرعتها المتوسطة تساوي 8 متر غربًا / 4 توانٍ = 2 متر/ثانية غربًا.
• يمشي محمد في اتجاه الغرب بسرعة 5 متر/ثانية لمدة 3 ثوانٍ، ثم يغير اتجاهه نحو الشرق وينطلق بسرعة 7 متر/ثانية لمدة ثانية واحدة. يمكننا معاملة الحركة باتجاه الشرق “كحركة سلبية غربًا”، لذا ستصبح الإزاحة الكلية = (5 متر/ثانية غربًا) (3 ثوانٍ) + (-7 متر/ثانية غربًا) (1 ثانية) = 8 متر. الزمن الكلي = 4 ثوانٍ. السرعة المتوسطة = 8 متر غربًا / 4 ثانية = “2 متر/ثانية غربًا”.
• تمشي ساندرا في اتجاه الشمال مترًا واحدًا، ثم تمشي غربًا 8 أمتار، ثم تمشي جنوبًا لمسافة 1 متر. يستغرقها من الوقت 4 ثوانٍ لتمشي هذه المسافة. ارسم رسمًا بيانيا على ورقة، وسيظهر لك أنها قد قطعت 8 أمتار في اتجاه الغرب من نقطة البداية، وتلك قيمة الإزاحة المقطوعة. يبلغ الزمن الإجمالي 4 ثوانٍ مرة أخرى، لذا مازالت قيمة السرعة المتوسطة 8 متر غربًا / 4 ثوانٍ = 2″ متر/ثانية غربًا”.