ماذا تعني السرعة في الفيزياء؟
يرتبط مفهوم السرعة بصورة عامة بالحركة ارتباطاً وثيقاً، إذ لا تجد حركة تتم دون سرعة، صغيرة كانت أو كبيرة.
فالسرعة العالية لجسم ما تعني أنه يتحرك تحركاً سريعاً، وسرعته المنخفضة تدل على أنه يتحرك تحركاً بطيئاً. أما إذا كان الجسم ثابتاً لا يتحرك -في حالة سكون- فتكون سرعته معدومة وتساوي الصفر.
ثم إن العنصر الجوهري في كوننا وهو: (الزمن) والذي تبنى عليه قواعد الوجود يساعدنا على فهم فلسفة الحركة أكثر وعلاقة السرعة بها.
ومن هنا يمكننا تعريف السرعة بأنها: المسافة التي يقطعها الجسم خلال حركته خلال وحدة زمنية (أي: قسمة المسافة المقطوعة على الزمن).
تُقاس وحدة السرعة حسب التعريف بوحدة المسافة مقسومة على وحدة الزمن، وهي (متر/ثانية) في نظام الوحدات الدولي. وتعد وحدة (كم/ساعة) ( كيلو متر في الساعة ) إحدى مشتقاتها الكثيرة.
هناك أشكال وأنواع كثيرة للحركة وسرعتها، منها: المستقيمة، والدائرية، والمنحنية، والجيبية… إلخ.
ولعل أبسط نموذج للفهم هو: الحركة المستقيمة، حيث تتم باتجاه واحد وبشكل مستقيم.
تعطى علاقة متوسط السرعة كلاسيكياً -أي: في مجالات سرعة بعيدة عن سرعة الضوء- لجسم يتحرك حركة مستقيمة بالشكل:
(V=x/t)
حيث تشير (V) إلى السرعة (velocity)، و(x) إلى المسافة المقطوعة، و(t) إلى الزمن المستغرق.
تعطي هذه العلاقة متوسط سرعة جسم ما خلال فترة زمنية معينة، وقد يكون الجسم أسرع أو أبطأ في مراحل مختلفة خلال هذه المدة؛ لذلك قلنا: إنها تشير إلى متوسط السرعة (أي: السرعة التقريبية خلال الحركة والانتقال كاملاً).
وأما عن سرعة الجسم في لحظة زمنية معينة خلال حركته، فتسمى هذه السرعة بـ: السرعة الآنية (اللحظية).
ولتبسيط الأمر، نفرض أنك تقود سيارة من مدينة إلى أخرى، المسافة بينهما (100) كم، ثم وصلتَ وجهتك خلال ساعة، بذلك وحسب العلاقة يكون متوسط سرعتك خلال الرحلة = (100) كيلومتر في الساعة، حتى لو زدت السرعة قليلاً أو أبطأت أثناء الرحلة.
وأما السرعة الآنية: فهي السرعة التي يدل عليها المؤشر عندما تنظر لعداد السيارة في لحظة ما خلال الرحلة.
بخصوص التفاضل والتكامل، فإن متوسط السرعة في الميكانيك الكلاسيكي يمثل المشتق الأول لتابع المسافة بالنسبة للزمن، كذلك السرعة الآنية تمثل مشتق تابع المسافة بالنسبة للزمن العنصري (نهاية مشتق المسافة بالنسبة للزمن).
السرعة والتسارع:
التسارع أو العجلة: هو مفهوم يرتبط بالسرعة حصراً، ويقيس تغيراتها، ويُعرف على أنه: معدل تغير السرعة خلال الزمن.
فعندما لا يكون هناك أي تغير لسرعة الجسم بحيث يتحرك بسرعة ثابتة، يكون التسارع معدوماً، ونسمي الحركة في هذه الحالة بـ: الحركة المنتظمة.
نعود مرة أخرى إلى السيارة، ولنقل: إنك تقودها بسرعة ثابتة (حركة منتظمة)، وأنك قمت بزيادة الضغط على دواسة الوقود؛ هنا ستخلق تسارعاً يزيد من سرعة السيارة ويجعلها تتحرك تحركاً أسرع، ويزداد هذا التسارع مع الزمن، يكون هذا جبرياً له قيمة موجبة يجعل الحركة حركة متسارعة.
ولنفترض أنك قمت بالضغط على المكابح، فإنك أيضاً ستغير من سرعة السيارة وينشأ تسارع له قيمة سالبة جبرياً، وتسمى الحركة في هذه الحالة: حركة متباطئة.
أما عندما يكون للتسارع قيمة ثابتة -بحيث يغير سرعة الجسم بصورة منتظمة- يقال عن الحركة: إنها متغيرة بانتظام.
وللتسارع كما للسرعة: (مقدار وسطي، ومقدار آني)، وهو قريب من مفهوم السرعة، حيث إن التسارع الآني هو: “سرعة تغيّر سرعة الجسم” خلال لحظة زمنية معينة.
ويعبّر عن التسارع رياضياً وفق الميكانيك الكلاسيكي بأنه: المشتق الثاني لتابع المسافة بالنسبة للزمن؛ وعليه فإن التسارع يقاس بواحدة المتر في الثانية المربعة.
يُعزى سبب تسارع الأجسام إلى القوة، فإن أي تسارع لأي جملة تكون سببه قوة أو مجموعة قوى تؤثر على الجسم ليكون التسارع في اتجاه محصلة القوى، وهو ما ينص عليه قانون نيوتن الثاني بأن: “مجموع القوى المؤثرة على جسم ما تساوي كتلته مضروبة بتسارع هذا الجسم”.
إن هذه المفاهيم البسيطة تمثل في الواقع أساس علم الحركة والميكانيكا التقليدية، وأصبحت الآن من البديهيات والملحوظات في علم الحركة والتحريك الذي يُعدّ من أقدم فروع الفيزياء، ولا تزال هذه المفاهيم تتجلى إلى اليوم في مختلف العلوم القديمة والحديثة.
المصدر :
https://www.thoughtco.com/speed-2699009
