تتسارع سيارة متحركة في مسار دائري بسرعة ثابتة المقدار والاتجاه تتسارع سيارة متحركة في مسار دائري بسرعة ثابتة المقدار والاتجاه ومن بين هذه المظاهر تأتي حركة الجسم في مسار دائري بسرعة ثابتة. تتيح لنا هذه الحركة فهم أساسيات الديناميات وقوانين الحركة، وتطبيقاتها الواسعة في العالم الحقيقي، تتسارع السيارة أثناء رحلتها في مسار دائري بسرعة ثابتة، وهو مفهوم فيزيائي يلفت الانتباه. 

تتسارع سيارة متحركة في مسار دائري بسرعة ثابتة المقدار والاتجاه

عندما تتحرك سيارة في مسار دائري بسرعة ثابتة، يعني ذلك أن السيارة تقوم بالحركة حول نقطة محورية معينة وتحافظ على سرعة معينة طوال الزمن، لفهم كيفية حدوث التسارع في هذا السياق، يجب التحدث عن القوى والتسارع المركزي.

  • الاتجاه والسرعة:

   في حالة الحركة في مسار دائري، يتغير اتجاه الحركة باستمرار حول المركز، حتى لو كانت السرعة ثابتة، إلا أن هناك تغييرًا دائمًا في اتجاه السرعة، وهو ما يشير إلى حدوث التسارع.

  • التسارع المركزي:

   التسارع المركزي هو التغيير في اتجاه السرعة دون تغيير في قيمة السرعة نفسها، يمثل التسارع المركزي القوة الناتجة عن الجاذبية أو قوى أخرى تؤدي إلى الانحناء المستمر للمسار.

  • القوة المركزية:

   لتحقيق حركة دائرية، يجب أن تكون هناك قوة مركزية تسحب الجسم نحو المركز، في حالة السيارة، قد تكون هذه القوة القوة السنتريبيتالية (centripetal force)، والتي يمكن أن تكون ناتجة عن الاحتكاك بين الإطارات والطريق أو قوى أخرى.

  • التوازن بين القوى:

   يجب أن تتوازن القوة المركزية مع القوة الخارجية المؤثرة على السيارة لضمان استمرار الحركة في مسارها، إذا كان هناك عدم توازن، قد يحدث تسارع أو تباطؤ في الحركة.

تتسارع سيارة متحركة في مسار دائري بسرعة ثابتة المقدار والاتجاه
تتسارع سيارة متحركة في مسار دائري بسرعة ثابتة المقدار والاتجاه

اقرأ أيضًا:بدون فوائد | طريقة التقديم على تمويل آهل من بنك التنمية الاجتماعية وشروط الاستحقاق

تعريف الحركة الدائرية

تعريف الحركة الدائرية يشير إلى الحركة التي يقوم فيها الكائن بالدوران حول مسار دائري، يمكن أن تكون هذه الحركة منتظمة أو غير منتظمة، ولها أمثلة شائعة مثل دوران الأقمار الصناعية حول الأرض، أو مروحة السقف التي تدور، أو عجلة السيارة المتحركة، وشفرات الطاحونة الهوائية، يتميز الجسيم في الحركة الدائرية بتحركه على طول محيط مسار دائري، وفي هذا السياق، يتغير اتجاه الحركة باستمرار، يمكن وصف الحركة الدائرية أيضًا بوجود متغيرات زاوية، حيث يتم قياس الزوايا لوصف موقع الجسيم على المسار، من الجوانب الهامة للحركة الدائرية هو تغير اتجاه الحركة بشكل مستمر، وهذا يتميز عن حالة الحركة الخطية. 

السرعة الزاوية

 تعرف كمعدل تغير الإزاحة الزاوية لجسيم في حركة دائرية، ويمثلها الرمز ω، حيث تحسب كالحد النهائي لتغير الزاوية (∆θ) على الزمن (t) عندما يقترب الزمن من الصفر، يعبر عنها بالصيغة:

  • \[ ω = \lim_{{\Delta t \to 0}} \frac{\Deltaθ}{\Delta t} = \frac{dθ}{dt} \]

حيث:

  •  \( ω \) هي السرعة الزاوية.
  •  \( \Deltaθ \) هو التغيّر في الإزاحة الزاوية.
  •  \( \Delta t \) هو الزمن.
  •  \( dθ/dt \) يُمثل المشتقة التفاضلية للإزاحة الزاوية بالنسبة للزمن.

تقاس السرعة الزاوية بوحدة راديان في الثانية (rad/s)، وبالإضافة إلى السرعة الزاوية، يتميز الجسيم في الحركة الدائرية بسرعة خطية وسرعة خطية مقابلة.

أنواع الحركة الدائرية

هناك نوعان من الحركة الدائرية:

  • الحركة الدائرية المنتظمة:

   عندما يتحرك جسم في دائرة بسرعة ثابتة، يطلق عليها الحركة الدائرية المنتظمة، يتغير اتجاه الجسم باستمرار أثناء حركته في دائرة، ويكمل الجسم الشرائط المتكررة حول المسار بنفس مقدار الفترة في كل مرة، على سبيل المثال، عندما يتحرك الجسم على سكة دائرية، يظل في مماس للدائرة.

  • الحركة الدائرية غير المنتظمة:

   إذا كان هناك تغيرات في سرعة الجسم على طول المسار الدائري، تصبح الحركة غير منتظمة، يمكن أن يكون هناك تغيرات في سرعة الجسم، مما يؤثر على التسارع الشعاعي، يمكن أن يكون نصف قطر الدائرة ثابتًا في بعض الحالات (مثل حركة على سكة دائرية) أو يمكن أن تكون القوة الشعاعية ثابتة (مثل دوران قمر صناعي حول الأرض تحت تأثير الجاذبية)، يحسب التغيير في الاتجاه من خلال التسارع الشعاعي.

أمثلة على الحركة الدائرية المنتظمة:

  •  دوران مروحة السقف.
  •  سيارة السباق تستدير في منحنى على مضمار السباق.
  •  كرة تتدحرج على الأرض بسرعة ثابتة.
  •  حجر مربوط بحبل يتأرجح في دوائر.
  •  دوران قمر صناعي حول الأرض على ارتفاع ثابت.
  •  حركة عقرب الساعة.
  •  نابض اهتزازي في ماكينة الخياطة.
  •  قطار يسير على طول القضبان بسرعة ثابتة.

أمثلة على الحركة الدائرية غير المنتظمة:

  •  كرة مرتدة.
  •  حصان يركض في سباق.
  •  حافلة في طريقها عبر السوق.
  •  سحب صندوق من المسار.
  •  حركة كويكب.
  • تحرك الطائرات عبر السحب ثم هبوطها.

اقرأ أيضًا: اقتراح اسماء ورش سيارات جديدة

في الختام، يمكن القول إن فهم حركة السيارة المتحركة في مسار دائري بسرعة ثابتة هو مفتاح لفهم العديد من الظواهر الفيزيائية المثيرة، يتجلى تأثير القوى المركزية والمتسارعات في هذا السيناريو، حيث تتجسد القوانين الفيزيائية في تفاعلات الكتلة والسرعة والاتجاه.