استخدامات الحركة الدورانية في الحياة اليومية

كتابة اسراء حرب آخر تحديث: 14 سبتمبر 2020 , 18:35
الحركة الدورانية للجسم هي بكل بساطة حركة الدوران، والالتفاف حول مركز الجسم نفسه، وذلك يختلف عن الحركة الدائرية؛ حيث يحافظ الجسم بها على مقدار ثابت من المسافة بينه وبين مركز يتواجد خارجه، وهي منتظمة طالما أنّ سرعة دوران الجسم ثابتة

مقدمة في الحركة الدورانية

الحركة الدورانية هي حركة الجسم الصلب التي تحدث بطريقة تتحرك فيها جميع جسيماتها في دوائر حول محور بسرعة زاوية مشتركة؛ أيضًا دوران الجسيم حول نقطة ثابتة في الفضاء.

والجسم الصلب هو جسم ذو شكل محدد تمامًا وغير متغير بغض النظر عن كيفية تحرك الجسم، تظل المسافة بين أي جسيمين داخل الجسم ثابتة.
على الرغم من أنّ الطريقة التي نحدد بها الجسم الصلب تعطينا تعريفًا للجسم الصلب المثالي، والمواد الحقيقية دائمًا ما تتشوه عند تطبيق القوة ويمكن استخدام هذا الافتراض المثالي للجسم الصلب بحرية للمواد التي يكون فيها التشوه صغيرًا بشكل لا يمكن تجاهله ويمكن إهماله.

يمكن اعتبار أن حركة الجسم الصلب بشكل عام تتكون من ترجمة لمركز كتلة الجسم بالإضافة إلى دوران الجسم حول محور عبر مركز الكتلة.

ويتم توضيح الحركة الدورانية من خلال:

  1. السرعة الثابتة لدوران الأرض حول محورها.
  2. السرعة المتغيرة لدوران دولاب الموازنة لآلة الخياطة.
  3. دوران القمر الصناعي حول كوكب.
  4. حركة أيون في السيكلوترون.
  5. حركة البندول. [1]

وصف الحركة الدورانية

تعتبر الحركة الدورانية أكثر تعقيدًا من الحركة الخطية، الجسم الصلب هو جسم له كتلة، وله شكل صلب، مثل قرص الفونوغراف الدوار، على عكس الشمس، وهي كرة من الغاز، وكذلك تشبه العديد من معادلات ميكانيكا الأجسام الدوارة معادلات الحركة للحركة الخطية.

نقوم في هذا النوع من الحركة بتمثيل الكائن قيد النظر ككتلة نقطية، ويظل شكل، وحجم الكائن غير ذي صلة أثناء مناقشة المشكلة المعينة قيد الدراسة.

هنا في دراسة ميكانيكا الدوران، نموذج الكتلة النقطية، أو نموذج الجسيمات النقطية غير مناسب للمشاكل التي تنطوي على حركة الجسم الجامدة، أي الجسم الصلب الذي يخضع لحركة انتقالية، وحركة دورانية هو سبب آخر لعدم اعتبار الجسم كجسيم، بحث أنّ جميع جسيمات الجسم لا تخضع لنفس الإزاحة الخطية.

كمثال، ضع في اعتبارك حركة العجلة، لا يمكننا اعتبار العجلة كجسيم واحد؛ لأنّ الأجزاء المختلفة من العجلة المتحركة لها سرعات وتسارع مختلفان.
هنا في ميكانيكا الدوران، سننظر في الأجسام الصلبة وحركتها، والمعروف أنّ الأجسام الصلبة لها شكل، وحجم محددان، وهي قادرة على أن يكون لها حركة دورانية وحركة انتقالية [2]

قوانين الحركة الدورانية

في الحركة خطية، يتبع الجسم مسارات مستقيمة، وتعتبر السمات التي تحدد أي حركة خطية هي الإزاحة والسرعة والتسارع، والقوة المطبقة لتحريك الجسم.

حيث أنّ السمات المستخدمة لتحديد أي حركة دورانية هي الإزاحة الزاوية، والسرعة الزاويّة والتسارع الزاوي وعزم الدوران. تتوازى صيغة كل هذه مع صيغة السمات في الحركة الخطية.

في الحركة الدورانية نحدد السرعة الزاوية (معدل تغير الزاوية بالنسبة للوقت)

السرعة الزاوية (ث) = Dq / Dt

حيث Dq هو الإزاحة الزاوية و Dt هو الوقت المستغرق لإجراء هذا الإزاحة.

في الحركة الدورانية، نحدد عزم الدوران على أنه التناظرية الدورانية.

ر = DL / Dt

ر= I * أ

حيث L هو التسارع الزاوي المماثل للزخم الخطي P

I لحظة من القصور الذاتي التي تشبه كتلة الجسم م، أ هو التسارع الزاوي الذي يماثل التسارع الخطي أ.  [3]

الفرق بين الحركة الدائرية والحركة الدورانية

الفرق الرئيسي بين هذه الأنواع من الحركة هو أنّ الحركة الدائرية هي حالة خاصة للحركة الدورانية، حيث تظل المسافة بين مركز كتلة الجسم ومحور الدوران ثابتة.

تعتمد الحركة الدورانية على فكرة دوران الجسم حول مركز كتلته، في الحركة الدورانية، يمكن أن يتغير محور الدوران ومركز الكتلة بينما في الحركة الدائرية، لا يتغير محور الدوران ومركز الكتلة.

الحركة الدائرية هي حركة كائن على طول محيط دائرة أو دوران على طول مسار دائري ويمكن أن يكون لها إما معدل دوران زاوي ثابت وسرعة ثابتة، أو يمكن أن توجد مع معدل دوران متغير.

فكر في واحدة من تلك الألعاب في أرض المعارض حيث يجلس الناس على خيول وهمية، وتخيل الآن الخيول تدور حول العمود الذي يحملهم إلى قاعدة الركوب، ثم يكون لديك حركة دورانية للحصان، وحركة دائرية أثناء تحرك الخيول حول الركوب.

في الحركة الدائرية، يكون محور الدوران داخل الجسم، بينما قد يكون محور الدوران في الحالة الأخرى بالخارج.

يمكن أن يمر محور الدوران عبر الجسم نفسه أو يقع خارج الجسم، إذا كان المحور يمر عبر الجسم، فيمكن استخدام كلمة تدور لوصف الدوران، وتشير كلمة المدار إلى مكان يقع محور الدوران خارج الجسم الصلب.

لا يوجد فرق كبير بين الاثنين، ولكن بشكل عام، تشير الحركة الدورانية إلى الأشياء الممتدة (وليس النقاط)، والتي تدور حول محور إما داخل مادة الكائن أو ليس بعيدًا عن مركز الكتلة عنها البعد الأبعد للكائن.

يشير مصطلح الدائري إلى حركة جسم ما  والذي قد يدور أو لا يدور حول محور داخلي، حول نقطة ما بعيدًا عن مركز كتلته، وإما يكرر مسارًا، على سبيل المثال ، عطارد.

بشكل عام، لا يحتاج المسار حتى إلى التكرار نظرًا لوجود مسارات مدارية مفتوحة تسلكها الأجسام الفلكية بشكل روتيني.

ويمكن اعتبار أنّ الحركة الدورانية لجسم صلب هي الحركة المدارية لآلاف الجسيمات، وكلها تتحرك حول نفس المحور بنفس التردد الزاوي. [4]

تطبيقات الحركة الدورانية في الحياة اليومية

يجب أن نتعرف في بحث عن الحركة الدورانية على مصطلح عزم الدوران والذي يوصلنا إلى الكثير من تطبيقات الحركة الدورانية في حياتنا اليومية.

عزم الدوران هو تطبيق القوة حيث توجد حركة دورانية، والمثال الأكثر وضوحًا لعزم الدوران أثناء العمل هو تشغيل مفتاح ربط الهلال الذي يفك صامولة العروة، والثاني القريب هو أرجوحة الملعب؛ لكن عزم الدوران مهم أيضًا لتشغيل الجيروسكوبات للملاحة وللمحركات المختلفة، سواء كانت كهربائية أو داخلية.

والقوة التي يمكن تعريفها على أنّها أي شيء يتسبب في تحرك جسم ما أو توقفه عن الحركة، هي المحور الأساسي لقوانين الحركة الثلاثة التي صاغها السير إسحاق نيوتن.

ينص القانون الأول على أنّ الجسم الساكن سيبقى عند الراحة، والجسم المتحرك سيظل متحركًا، ما لم أو حتى تعمل قوى خارجية عليه.

يعرّف القانون الثاني القوة بأنّها حاصل ضرب الكتلة في التسارع، ووفقًا للقانون الثالث، عندما يمارس جسم ما قوة على آخر، فإنّ الجسم الثاني يبذل على الأول قوة مساوية في الحجم، ولكن معاكسة في الاتجاه.

إحدى الطرق لتصور القانون الثالث هي من حيث حدث نشط، على سبيل المثال، كرتان تضربان بعضهما البعض، ونتيجة للتأثير، كل واحدة تطير للخلف.

بالنظر إلى حقيقة أنّ القوة على كل منهما متساوية، وأن هذه القوة هي نتاج الكتلة والتسارع (يتم تقديم هذا عادةً بالصيغة F = ma)، فمن الممكن عمل بعض التنبؤات فيما يتعلق بخصائص الكتلة والتسارع في هذا تبادل.

من ناحية أخرى ، يمكن إثبات القانون الثالث عندما لا تكون هناك حركة ظاهرة، على سبيل المثال، عندما يجلس الشخص على كرسي، والكرسي يمارس قوة مساوية ومعاكسة لأعلى، في مثل هذه الحالة، عندما تكون جميع القوى المؤثرة على جسم في حالة توازن، يُقال أنّ هذا الكائن في حالة توازن.

ونرى أمثلة الحركة الدورانية في حياتنا اليومية، وهذه بعض الأمثلة على الحركة الدورانية

  • دوران الأرض حول محورها يخلق دورة النهار والليل.
  • حركة العجلة والتروس والمحركات وما إلى ذلك هي حركة دورانية.
  • حركة شفرات المروحية هي أيضًا حركة دورانية.
  • باب يدور حول مفصلاته عند فتحه أو إغلاقه.
  • قمة دوارة، حركة لولبة فيريس في مدينة ملاهي.
  • نظام الإنذار في المباني.
  • البندقية لها اتجاه محدد.
  • حركة المفاصل.
  • حركة ذرات الجزيئات.   [5]
زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق