التسارع الخطي

مفهوم التسارع:

قبل تحديد مصطلح التسارع الخطي من الضروري أولاً توضيح أنه مصطلح متعلق بالكائن أثناء الحركة، حيث أن التسارع هو مقياس السرعة التي تتغير بها سرعة أي جسم متحرك إذن، العجلة هي التغير في السرعة مقسومة على الوقت، كما أن التسارع له المقدار والاتجاه، كما يعرف التسارع بأنه معدل تغير السرعة دون تغيير في الاتجاه، على سبيل المثال عندما تزداد سرعة الطائرة أثناء الطيران في مسار مستقيم.

ما هو التسارع الخطي:

الجسم الذي يتحرك في خط مستقيم سوف يتسارع إذا زادت سرعته أو تتناقص خلال فترة زمنية معينة، حيث يمكن أن يكون التسارع موجبًا أو سالبًا اعتمادًا على ما إذا كانت السرعة تتزايد أم تتناقص، إذ يمكن أن تساعد حركة المركبات في تفسير التسارع الخطي، وعداد السرعة في السيارة يقيس السرعة.

ربما يلاحظ المرء أن دفع حافلة المحطة الطرفية يمكن أن يمنحها بداية مفاجئة؛ وهذا لأن المصعد يوفر دفعة صعودية عندما يبدأ، حيث هنا تتغير السرعة وهذا سوف يسبب التسارع، لذلك سيتم وصف التسارع على أنه معدل تغير سرعة الجسم، وبالتالي سيكون تسارع الجسم هو النتيجة النهائية بسبب جميع القوى المؤثرة على الجسم، ونصفه أيضًا بقانون نيوتن الثاني، إذ ان التسارع هو كمية متجهية توصف بالتردد الذي تتغير فيه سرعة الجسم.

معادلة التسارع الخطي:

التسارع هو معدل التغير في السرعة باتجاه تغير الوقت، نشير إليه بالرمز a، ونحسبه بقانون التسارع الخطي = التغير في السرعة /الزمن، ووحدته متر لكل ثانية مربعة أو m/ s ²، بحيث t ( الوقت)، v (السرعة النهائية) و u (السرعة الأولية).

وتكون صيغة التسارع باحدى المعادلات التالية:
(v = u+at) (v² = u² + 2as ) ،(s=ut+1/2at²)

التسارع الخطي هو أيضًا أحد المكونات، حيث لا يوجد عنصر تسارع شعاعي أيضًا، لا يغير التسارع الخطي الاتجاه فقط تغيير السرعة، وهي زيادة أو تقليل سرعة جسم ما.

أمثلة على التسارع الخطي:

مثال 1: تسارع السيارة من 3 أمتار في الثانية إلى 5 أمتار في الثانية في 5 ثوانٍ، فانه سيكون التسارع:
الحل: نحدد المعطيات: السرعة الابتدائية u = 3m لكل ثانية، السرعة النهائية v = 5 م لكل ثانية، الوقت المستغرق t = 5 s، التسارع هو a = (v – u)/t
a= (5−3)/5
a = 0.4 مترلكل ثانية

مثال 2: تم إطلاق حجر في النهر من جسر ما، يستغرق الأمر 4 ثوانٍ حتى يلمس الحجر سطح مياه النهر، تعرف على ارتفاع الجسر من مستوى الماء.
المحلول:(السرعة الأولية) u = 0 (لأن الحجر كان في حالة سكون)،t = 5 s (t هو الوقت المستغرق)، a=g= 9.8 مللي ثانية ^{− 2}، المسافة التي يقطعها الحجر ستكون ارتفاع الجسر = s
المسافة المقطوعة هي:
s = ut + 1/2at²
=(5² ×0.5×5+9.8×0 )= 122.5 m.

متوسط ​​التسارع:

إنه التغير في السرعة مقسومًا على الوقت المنقضي، على سبيل المثال إذا زادت سرعة قطعة من الرخام من 0 إلى 60 سم / ث في 3 ثوانٍ، فإن متوسط ​​تسارعها سيكون 20 سم / ث²، وهذا يعني أن سرعة الكرة ستزداد بمقدار 20 سم / ثانية كل ثانية.

إن معدل تغير السرعة فيما يتعلق بالإزاحة : (a = dv/dt )
( a = dv/(dx/v)) (a = v(dv/dx))

يتعرض جسم السقوط الحر لتسارع g = 9.8m / s² في اتجاه هبوطي باتجاه مركز الأرض، وفي الاتجاه التصاعدي يكون g = -9.8m / s².

يتحرك الجسم في حركة موحدة إذا كان يتحرك بسرعة ثابتة، أي أنه يخضع لعمليات إزاحة متساوية في فترات زمنية متساوية، وإذا تغير حجم أو اتجاه السرعة فإن الجسم لا يكون في حركة موحدة، أما إذا كان الجسم في حالة حركة موحدة، فإن صافي القوة الخارجية على الجسم يساوي صفرًا، بحيث معكوس هذه العبارة صحيح أيضًا (إذا كانت القوة الخارجية الصافية على الجسم تساوي صفرًا، فإن الجسم في حركة موحدة).

الجسم تحت تسارع ثابت هو حركة متسارعة بشكل منتظم، وهذا عندما يتم تطبيق قوة خارجية ثابتة على الجسم، إذ أن اتجاه التسارع مهم جدًا في تغيير السرعة ومع ذلك، قد لا يكون اتجاه عجلة الجسم هو نفسه اتجاه حركته وعلى سبيل المثال، إذا قطعت السيارة بسرعة 60 كم / ساعة، فستقطع مسافة 1 كم / دقيقة، هنا تكون حركة تسارع السيارة موحدة.

في المعادلات الحركية إذا بدأ جسم ما بالسرعة “u” وبعد مرور بعض الوقت تتغير سرعته إلى v، وإذا كان التسارع المنتظم a والمسافة المقطوعة في الوقت (t) هي s، فإننا نحصل على المعادلات الحركية للحركة المتسارعة بشكل منتظم.