عندما تتحرك لعبة الحصان الدوار بسرعة ثابتة فهي تتسارع

عندما تتحرك لعبة الحصان الدوار بسرعة ثابتة فهي تتسارع

لعبة الحصان الدوار أحد التطبيقات المهمة التي تصف التسارع، وهو أحد مفاهيم الفيزياء المهمة فالفيزياء من العلوم التي تهتم بوصف حالة الجسم سواء كان متحركًا أو ثابتًا، متحركًا بسرعة ثابتة ومنتظمة أم يتحرك بسرعة متغيرة ويعمل إزاحة مختلفة مع الوقت.

تمتلئ كتب الفيزياء بالمصطلحات التي تصف الحركة بوجه عام، وتختلف هذه المفاهيم باختلاف السياق التي توجد فيه، فمقدار الإزاحة يعتبر المسافة وله وحدات قياس محددة للغاية ومختصة به، وإذا قطع الإنسان مسافة معينة في زمن معين فإننا من هذه المعطيات نحصل على سرعة الإنسان أو سرعة الجسم المتحرك، وإذا كانت سرعة الجسم مستمرة أو متغيرة بدرجات متفاوتة، أو كانت ذات صفات أخرى، وكانت تتغير بمقدار ما في الزمن فإن الفيزياء تصف هذه المعطيات والنتائج المترتبة عليها بالعجلة أو التسارع، يمكن تصويره بأن الجسم يسارع الزمن.

إذا ألقيت نظرة على لعبة الحصان الدوار في الملاهي لوقت قصير قد تشعر بالدوار لأنها تتحرك حركة دائرية، ولكن ليس هذا هو المهم، المهم أن هذه اللعبة تتحرك بشكل أوتوماتيكي بآليات معينة تجعلها تتحرك بسرعة منتظمة أو متغيرة بشكل منتظم في وقت معين.

إذا رغب المشرف عليها في زيادة السرعة فيمكنه ذلك ولكنها أيضًا سرعة منتظمة، ومن خلال معطيات لعبة الحصان الدوار يمكننا إطلاق اسم التسارع كمصطلح فيزيائي أو العجلة على هذا التطبيق، فهذه اللعبة هي مثال حيوي على عملية التسارع، فالأحصنة في هذه اللعبة تسارع الزمن، لذلك لا بد من تحديد أكثر لهذه العلاقة وليس فقط السرعة، والتسارع شيء يمكن الشعور به ويظهر هذا في تفاعل الناس مع الألعاب ذات السرعات المستمرة والمنتظمة مثل لعبة الحصان، والألعاب التي تشق طريقها من أعلى.[1][2]

تعريف العجلة أو التسارع

العجلة أو التسارع هو من المفاهيم المهمة في الفيزياء ويتم استخدامه لوصف حركة الجسم بالنسبة للسرعة، والتسارع هو عبارة عن معدل التغيير الحاصل في السرعة بالنسبة للزمن، فعندما نفكر في جسم متحرك، فمن النادر أن تظل السرعة ثابتة طوال فترة الحركة.

تتغير السرعة حتى لو كان تغيرًا طفيفًا حيث تزداد سرعة الأجسام عادة وتنخفض على مدار المسار والسرعة الثابتة يمكن أن نقول عنها سرعة مستمرة أي تتغير بانتظام، ويمكننا تعريف التسارع على أنه الكلمة المستخدمة للإشارة إلى معدل تغيير السرعة وهو مقياس للمعدل التي تتزايد فيه سرعة الجسم أو تتناقص، ويتم استخدام التسارع في تطبيقات عملية كثيرة وحسابات مهمة مثل عند تصميم نظام الكبح في السيارة والكثير من التطبيقات الأخرى المهمة التي نستخدمها في حياتنا.

يقال أن الجسم يتسارع إذا حدث تغير في سرعته التي يسير بها، ويمكن لهذا التغيير أن يكون زيادة أو نقصانًا، ويمكن أيضًا أن يكون تغيّرًا في اتجاه السرعة، والتسارع أو العجلة كمية متجهة أي تعتمد أيضًا على الاتجاه لأن لها مقدار معين واتجاه يتم تحديدها من خلالهن، ويعتبر هو المشتق الثاني للموضع فيما يتعلق بالوقت أو هو المشتق الأول للسرعة فيما يتعلق بالوقت، ويمكننا حساب التسارع أو العجلة من خلال:

التسارع= (السرعة النهائية السرعة الابتدائية)/الوقت، أو يمكن حسابه من خلال: التغير في السرعة/ الزمن، فيمكننا بكل سهول أن نعرف مقدار التسارع من خلال معرفة السرعة التي بدأ بها الجسم الحركة والسرعة التى انتهى بها وذلك كله مقترنة بالوقت، فالوقت من الأساسيات في هذه المعادلة.[1]

الفرق بين السرعة والتسارع

• السرعة.
• التسارع.

يحدث دائمًا خلط بين السرعة والتسارع، بالرغم من أن السرعة تعتمد بشكل أساسي على التغير في المسافة، أي الفرق بين المسافة الابتدائية والمسافة النهاية وحتى يتم قياس السرعة لا بد من قياسها بناءً على الزمن، أما التسارع فيعتمد على التغير في السرعة ويمكننا أن نجد فروقًا أخرى:

السرعة: السرعة هي عبارة عن معدل تغيير الإزاحة بالنسبة للزمن، أي عندما يتحرك جسم في اتجاه معين في وقت معين فإنه يطلق على هذه العلاقة السرعة، أي أن الكمية الفيزيائية التي تحدد المسافة والوقت تسمى السرعة، ويمكن تغيير سرعة الجسم عن طريق تغيير الإزاحة أو الاتجاه أو كليهما، ويمكن تعريف السرعة أيضًا على انها الإزاحة الناتحة لكل وحدة زمنية وتقاس السرعة عن طريق:

السرعة= الإزاحة/الوقت، وتحسب الإزاحة عن طريق حساب الفرق بين المسافة التي قطعها والمسافة التي بدأ منها الابتدائية، والسرعة عبارة عن كمية متجهة لأنها تعتمد على الاتجاه.

إذا تحركت سيارة وسافرت بسرعة تصل ل 20 متر في اتجاه الشمال، وذلك لمدة دقيقتين، فإن السرعة وضحت لنا المسافة التي تحركتها السيارة، والوقت التي استغرقته في التحرك وأيضًا الاتجاه لأن السرعة كمية متجهة أيضًا.

لا تعتمد على مقدار التغير فقط بل الاتجاه أيضًا، ومن هنا يمكننا أن نعطي تعريفًا آخر للسرعة وهو أن السرعة هي المسافة التي يقطعها جسم في وقت معين واتجاه محدد، ويمكن أن تكون السرعة موجبة أو سالبة أو صفرية بحسب المسافة والوقت.

التسارع: يمكن أن تظن أن التسارع يعني التسريع في الحركة فقط أي الزيادة فيها، ولكن المعنى الفعلي للتسارع يعني التغيير في السرعة زيادة أو نقصًا بالنسبة للوقت، ويمكننا القول أن السرعة إذا تغيرت حتى لو كانت تغيرًا طفيفًا فإنها تؤدي إلى التسارع.

يمكننا ملاحظة تأثير هذا عن طريق مثال وهو أن هناك حصاة سقطت في الماء، فعندما تسقط هذه الحصاة تكون سرعتها الأولية صفرًا، وحتى تصطدم بالماء تزداد سرعتها كثيرًا بسبب جاذبية الأرض، لذلك ستلاحظ لو أنك ألقيت حجرًا في الماء أن الماء يتناثر، لذلك فإن تعريف التسارع يكون معدل التغير في السرعة بالنسبة للزمن، وذلك من خلال معرفة الفرق بين السرعة الابتدائية والسرعة النهائية ويمكن حسابه عن طريق:

التغير في السرعة/ الوقت المستغرق، ويتم تحديد الاتجاه لأن التسارع كمية متجهة.

للتسارع أنواع فإما أن يكون التسارع موجبًا أو سلبيًّا، ولكن لا يمكن أن يكون صفرًا لأنه يتم تعريفه على أنه تغيير في السرعة بالنسبة للزمن، لذلك هناك دائمًا فرق في معدل سرعة النهاية والبداية، ويمكنك معرفة الوحدة المميزة للتسارع من خلال معرفة الوحدة المميزة للسرعة والزمن وإخراجها منهم بنظام القسمة.[3]

التسارع والجاذبية الأرضية

يتم تعريف التسارع على أنه المعدل الذي تتغير فيه السرعة بمرور الوقت، ولأن السرعة متجهة، فإن معدل تغييرها يعتمد على كل من الحجم والاتجاه، فمثلًا الجسم الذي يتحرك في خط مستقيم سيكون له تسارع مختلف عن الصفر، لذلك إذا تحرك الجسم في مسار دائري سيكون له تسارع مختلف عن الصفر حتى إذا ظل مقدار سرعته ثابتًا، ويحدث هذا لأنه يتحرك في دوائر معينة ويتغير اتجاهه بشكل متكرر وهذا ما يحدث في حالتنا على سطح الأرض وهذا ما يحدث في تسارع الجاذبية الأرضية.

اعتمادًا على نظرية إسحاق نيوتن، فإن تسارع الجاذبية سيؤثر بلا شك على أي جسم هائل يقع في مجال الجاذبية الذي تم إنشاؤه بواسطة جسم هائل آخر، ولك التحليل العلمي لتسارع الجاذبية يركز غلى الأجسام ذات الكتلة الأصغر بكثير من كتلة الكوكب، فعلى سبيل المثال تسقط تفاحة من شجرة باتجاه الأرض وذلك بسبب تأثيرات مجال الجاذبية الذي أنشأه الأرض.[4]