تعريف الحركة الدورانية وانواعها

كتابة: الاء آخر تحديث: 02 سبتمبر 2020 , 14:47

هل تساءلت يومًا لماذا الأعاصير مدمرة جدًا ، وهل هي سرعة الإعصار الذي يبتلع المحيط أم هناك شيء آخر له ، حسنًا يعتبر الإعصار هو مزيج من القوة والطاقة ، وهذه تحكم الحركة الدورانية للإعصار مما يؤدي إلى التدمير ، وعند عمل بحث عن الحركة الدورانية لابد من مقدمة للحركة الدورانية والتي ستعلمك كيف تؤثر هذه الثلاثة على الحركة الدورانية لجسم ما .

ديناميات الدوران

نصادف العديد من الأشياء التي تتبع حركات الدوران ، بغض النظر عما إذا كانت ثابتة أو متحركة ، تتبع هذه الكائنات ديناميكية خاصة تتيح لها أداء نشاطها المحدد ، وسواء كانت مروحة سقف أو عجلة فخارية فإن هذه الأجسام الدوارة عبارة عن نظام من الجزيئات التي تعتبر الحركة ككل ، وفي مقدمة ديناميكيات الدوران لأي نظام يجب أن نركز على مركز كتلة ذلك الجسيم ونستخدمه في فهم الحركة ككل .

قبل التعمق في الموضوع يجب أن نفهم أولاً مصطلح الجسم الممتد ، وعندما نشير إلى كائن على أنه جسم ممتد ، فإننا ننوي الإشارة إليه على أنه نظام من الجسيمات ، والأجسام الصلبة هي تلك الأجسام ذات الشكل والحجم المحددين ، وفي الأجسام الصلبة لا تتغير المسافة بين الأزواج المكونة للجسيمات .

حركة الجسم الصلب

دعونا نفكر في جسم صلب ينزلق على مستوى مائل ، وحركة هذا الجسم الصلب في اتجاه واحد ، مما يدل على أن جميع الجسيمات تتحرك في اتجاه واحد ، حيث تتحرك هذه الجسيمات بنفس السرعة في أي فترة زمنية ، وعندما تتحرك جميع الجسيمات في نظام ما بنفس السرعة في أي لحظة زمنية ، فإن هذه الحركة تسمى الحركة الانتقالية .

عندما تتدحرج الأسطوانة لأسفل على مستوى مائل ، فإنها تتبع حركة انتقالية ودورانية ، وتتحرك بعض جسيماتها في نفس الاتجاه بينما يتبع البعض الآخر مسارًا مختلفًا ، وللتأكد من اتجاه حركتهم ، نحتاج إلى إصلاح حركة جسم الأسطوانة هذا عبر خط مستقيم ، وهذا الخط المستقيم الذي يتم على طوله تثبيت حركة الاسطوانة ويسمى محور الدوران ، وتسمى الحركة الدائرية للأسطوانة بالحركة الدورانية .

الدوران وخصائصه

في الحركة الدورانية نعلم أن جسيمات الجسم تتبع مسارًا دائريًا أثناء الحركة ، ويتحرك كل جسيم في الجسم الصلب في مسار دائري على طول مستوى عمودي على المحور ويكون مركزه على نفس المحور ، ويمكن أن يكون هناك حالتان للحركة الدورانية واحدة حول المحور الثابت والثانية حول محور غير ثابت ، أمثلة الدوران حول محور ثابت هي المروحة بينما بالنسبة للمحور غير المثبت ، فإن الجزء العلوي الدوار يكون مثالًا مثاليًا ، وهنا سوف ندرس الدوران عبر محور ثابت .

دوران جسم صلب على طول محور ثابت ، وهنا المحور الذي تحدث عليه الحركة الدورانية هو المحور السيني ، وإذا كان P1 عبارة عن جسيم من نظام الجسم الصلب يتحرك مع مركزه D1 على المحور الثابت ، فإن المستوى الدائري الذي تحدث فيه الحركة يقع في مستوى عمودي على المحور X ، ونفس الوضع مع جسيم آخر P2 ، وهنا يتحرك كلا الجسيمين في حركة دائرية بنصف قطر كل منهما r1 و r2 في المركزين D1 و D2 .

النقطة التي يجب ملاحظتها هنا هي أنه على الرغم من أن هذين الجسيمين P1 و P2 يتحركان في مستوى عمودي على المحور X ، فإن نقطة دورانهما تختلف عن بعضهما البعض ، والآن يبدو جسيمًا آخر P3 ثابتًا حيث أن r = 0 ، ولذلك أثناء دراسة حركة الجسم نلخص حركة الجسيمات المختلفة للوصول إلى نتيجة ، وفي الحركة الدورانية تُظهر الجسيمات المختلفة نقاط حركة مختلفة .

في هذه الحالات التي لا تكون فيها نقطة المحور ثابتة ، على سبيل المثال قمة الغزل نعلم أنه عند نقطة عمودية يكون الدوران ثابتًا ، وتؤخذ هذه النقطة الرأسية حيث يتم تثبيت الجزء العلوي على الأرض كمحور للدوران ، وهذا يعني أنه في مقدمتنا لديناميات الدوران ، نأخذ كل جسم صلب يظهر حركة دورانية على أنه يتحرك على محور ثابت ، ومن الآن فصاعدًا توصلنا إلى استنتاج مفاده أن الحركات أساسًا من نوعين متعدية ودورانية ، وتُظهر حركة الجسم الصلب غير الثابت أو المحوري حركة ترجمة بينما يُظهر الجسم ذو المحور الثابت مزيجًا من الحركة الانتقالية والحركة الدورانية .

مقارنة بين الحركة المتعدية والحركة الدورانية

الأجسام التي تظهر حركة متعدية تتحرك بسرعة ثابتة ، والأجسام التي تظهر حركة دورانية تتحرك بسرعة زاوية ، وكلتا السرعات ثابتة ما لم تتغير خارجيًا ، في الحركة متعدية التسارع يتناسب عكسيا مع الكتلة ويتناسب طرديا مع القوة ، وفي حركة الدوران يتم استبدال القوة بعزم الدوران ، والتسارع في هذه الحالة يسمى التسارع الزاوي .

خذ بعين الاعتبار سلسلة من عدة صخور مربوطة بطولها على مسافات متساوية ، وأنت تقوم بتدوير الخيط فوق الرأس بحيث تتبع الصخور مسارات دائرية ، بالمقارنة مع صخرة في منتصف الوتر ، تتحرك صخرة في الطرف الخارجي بنصف السرعة ، مرتين بسرعة ، بنفس السرعة الخطية ، والحل نظرًا لأن التردد الزاوي لكل صخرة متماثل يمكننا أن نرى أن نصف قطر دوران الصخرة في المنتصف هو نصف قطر الصخرة في النهاية البعيدة ، بعبارة أخرى يمكننا القول إن سرعة الصخر في الطرف الخارجي ستكون ضعف سرعة الصخرة الموجودة بالداخل .

الأخطاء الشائعة للحركة الدورانية

يخلط الناس أحيانًا بين التسارع الزاوي والماسي أو الخطي ، والتسارع الزاوي هو التغير في السرعة الزاوية مقسومًا على الوقت ، بينما التسارع العرضي هو التغير في السرعة الخطية مقسومًا على الوقت ، ينسى الناس أحيانًا أن التسارع الزاوي لا يتغير مع نصف القطر ، لكن التسارع العرضي يتغير ، على سبيل المثال بالنسبة إلى عجلة دوارة تتسارع ، تغطي نقطة من الخارج مسافة أكبر في نفس مقدار الوقت كنقطة أقرب إلى المركز ، لها تسارع عرضي أكبر بكثير من الجزء الأقرب إلى محور الدوران ، ومع ذلك فإن التسارع الزاوي لكل جزء من العجلة هو نفسه لأن الجسم بأكمله يتحرك كجسم صلب خلال نفس الزاوية في نفس الفترة الزمنية .

الاختلافات بين الحركة الخطية والدورانية

في الحركة الخطية يتبع الجسم مسارات مستقيمة ، والسمات التي تحدد أي حركة خطية هي الإزاحة والسرعة والتسارع والزخم والقوة المطبقة لتحريك الجسم ، حيث أن السمات المستخدمة لتحديد أي حركة دورانية هي الإزاحة الزاوية والسرعة الزاويّة والتسارع والزخم الزاوي وعزم الدوران ، تتوازى صيغة كل هذه مع صيغة السمات في الحركة الخطية .

التشابه بين الحركة الخطية والدورانية

في الحركة الخطية نحدد السرعة ، والسرعة = الإزاحة / الوقت ، في الحركة الدورانية نحدد السرعة الزاوية معدل تغير الزاوية بالنسبة للوقت ، والسرعة الزاوية ث = Dq / Dt ، حيث Dq هو الإزاحة الزاوية و Dt هو الوقت المستغرق لإجراء هذا الإزاحة ، في الحركة الخطية نحدد القوة على أنها ، F = Dp / Dt = أماه ، حيث Dp هو التغير في الزخم الخطي في الزمن Dt ، m هي كتلة الجسم و a تسارع الجسم .

في الحركة الدورانية نحدد عزم الدوران على أنه التناظرية الدورانية ، ر = DL / Dt = أنا * أ ، حيث L هو الزخم الزاوي المماثل للزخم الخطي p ، أنا لحظة القصور الذاتي التي تشبه كتلة الجسم m ، a هو التسارع الزاوي الذي يماثل التسارع الخطي a .

حقائق عن الحركة الدورانية

الحركة الدائرية هي مجرد نوع من الحركة الدورانية ، في حركة دائرية يتبع الجسم المسار الثابت ، بينما في الحركة الدورانية يمكن للجسم أن يتبع أي مسار منحني ، ورياضياً تصبح كتابة الصيغ للدوران في ثلاثة أبعاد معقدة لأن محور الدوران عرضة لتغيير الاتجاه .

أي كرة منحنى لها حركة دورانية وحركة مقذوفة أيضًا ، وإنه يدور داخل نفسه ويتبع مسار المسار أيضًا ، وبالمثل تدور الأرض حول محورها الخاص وتدور أيضًا حول الشمس في مدار آخر ، ومثال آخر هو دوران سائق الدودة على الترس الدودي ، والشخص الذي يقوم بشقلبة هو مثال على الحركة الدورانية ، وعندما نفتح غطاء أي زجاجة صودا ، فإنها تقفز في الهواء بسبب الضغط المنطلق وهي مثال على الحركة الدورانية ، والمروحة التي تتحرك في المنزل ، ومروحة الطاولة ، وحركة شفرات الخلاط اليدوي كلها أمثلة على الحركة الدورانية .[1]

إشترك
نبّهني عن
guest
0 تعليقات
رد خطي
الإطلاع على كل التعليقات
زر الذهاب إلى الأعلى