ما هي السرعة وكيف يتم تحديدها

مفهوم السرعة:

السرعة هي كمية قياسية تشير إلى “مدى سرعة تحرك الجسم”، يمكن اعتبار السرعة على أنها المعدل الذي يقطع به الجسم مسافة ما، الجسم سريع الحركة له سرعة عالية ويغطي مسافة كبيرة نسبيًا في فترة زمنية قصيرة.
قارن هذا بجسم بطيء الحركة وسرعته منخفضة إذ أنه يغطي مسافة صغيرة نسبيًا في نفس الفترة الزمنية، كما أن الجسم الذي لا يتحرك على الإطلاق له سرعة صفرية.

السرعة المتجهة:

السرعة هي كمية متجهة تشير إلى “المعدل الذي يغير فيه الكائن موضعه”، على سبيل المثال أن شخصًا يتحرك بسرعة – خطوة إلى الأمام وخطوة إلى الوراء – دائمًا يعود إلى وضع البداية الأصلي، في حين أن هذا قد يؤدي إلى نوبة من النشاط، إلا أنه سيؤدي إلى سرعة صفرية.
نظرًا لأن الشخص يعود دائمًا إلى الموضع الأصلي، فلن تؤدي الحركة أبدًا إلى تغيير في الموضع، نظرًا لأن السرعة تُعرّف بأنها المعدل الذي يتغير عنده الموضع، فإن هذه الحركة ينتج عنها سرعة صفرية.
إذا رغب شخص متحرك في زيادة سرعته إلى أقصى حد، فيجب على هذا الشخص بذل قصارى جهده لزيادة المقدار الذي يتم تهجيره من موقعه الأصلي، كما يجب أن تذهب كل خطوة لنقل هذا الشخص بعيدًا عن المكان الذي بدأ فيه، بالتأكيد، يجب ألا يغير الشخص اتجاهاته ويبدأ في العودة إلى وضع البداية.
السرعة هي كمية متجهة، على هذا النحو، فإن السرعة تدرك الاتجاه، فعند تقييم سرعة جسم ما، يجب على المرء أن يتتبع الاتجاه. لن يكون كافياً أن نقول أن سرعة جسم ما تبلغ 55 ميل/ ساعة، كما يجب على المرء تضمين معلومات الاتجاه من أجل وصف سرعة الجسم بشكل كامل.
على سبيل المثال يجب أن تصف سرعة جسم ما على أنه 55 ميل / ساعة شرقًا، هذا هو أحد الاختلافات الجوهرية بين السرعة القياسية والسرعة المتجهة، إذ أن السرعة القياسية هي كمية عددية ولا تتبع الاتجاه، السرعة المتجهة هي كمية متجهة وهي مدركة للاتجاه.

تحديد الاتجاة للسرعة:

مهمة وصف اتجاه متجه السرعة سهلة، إذ أن اتجاه متجه السرعة هو ببساطة نفس اتجاه تحرك الجسم، لا يهم ما إذا كان الجسم يتسارع أو يتباطأ، فإذا كان جسم ما يتحرك إلى اليمين، فإن سرعته توصف بأنها في اتجاه اليمين.
إذا كان جسم ما يتحرك لأسفل، فإن سرعته توصف بأنها لأسفل. لذا فإن الطائرة التي تتحرك باتجاه الغرب بسرعة 300 ميل / ساعة تبلغ سرعتها 300 ميل / ساعة غربًا. لاحظ أن السرعة ليس لها اتجاه (إنها عددية) والسرعة في أي لحظة هي ببساطة قيمة السرعة مع الاتجاه. السرعة هي كمية متجهة وتدرك الاتجاه.

حساب متوسط السرعة:

عند حساب متوسط ​​السرعة عندما يتحرك الجسم غالبًا ما يخضع لتغيرات في السرعة، على سبيل المثال، أثناء رحلة متوسطة إلى المدرسة، هناك العديد من التغييرات في السرعة. فبدلاً من أن يحافظ عداد السرعة على قراءة ثابتة، تتحرك الإبرة باستمرار لأعلى ولأسفل لتعكس التوقف والبدء والتسارع والتباطؤ.
لحظة واحدة، قد تتحرك السيارة بسرعة 50 ميل / ساعة ولحظة أخرى، قد تتوقف (أي 0 ميل / ساعة). ومع ذلك، خلال الرحلة إلى المدرسة، قد يكون متوسط ​​الشخص 32 ميل / ساعة.
يمكن اعتبار متوسط ​​السرعة أثناء الحركة بأكملها متوسط ​​جميع قراءات عداد السرعة، فإذا أمكن جمع قراءات عداد السرعة على فترات زمنية مدتها ثانية واحدة أو فواصل زمنية مقدارها 0.1 ثانية ثم حساب متوسطها معًا، فيمكن تحديد متوسط ​​السرعة. الآن هذا سيكون الكثير من العمل، حيث يمكن تعريف السرعة المتوسطة على أنها المسافة الكلية المقطوعة خلال زمن ما.

غالبًا ما يتم حساب متوسط ​​السرعة أثناء سير الحركة باستخدام الصيغة التالية:

المسافة المقطوعة الكلية /الزمن المستغرق= متوسط السرعة

السرعة اللحظية:

متوسط ​​السرعة مقابل السرعة اللحظية؛ نظرًا لأن الجسم المتحرك غالبًا ما يغير سرعته أثناء حركته، فمن الشائع التمييز بين متوسط ​​السرعة والسرعة اللحظية، حيث إن السرعة اللحظية – السرعة في أي لحظة في الوقت المناسب، ومتوسط ​​السرعة – متوسط ​​جميع السرعات اللحظية وجدت ببساطة من خلال نسبة المسافة / الوقت.
قد نفكر في السرعة اللحظية على أنها السرعة التي يقرأها عداد السرعة في أي لحظة زمنية معينة ومتوسط ​​السرعة كمتوسط ​​لجميع قراءات عداد السرعة أثناء الرحلة، نظرًا لأن مهمة حساب متوسط ​​قراءات عداد السرعة ستكون معقدة للغاية (وربما خطيرة)، يتم حساب متوسط ​​السرعة بشكل أكثر شيوعًا على أنه نسبة المسافة / الوقت.
لا تنتقل الأجسام المتحركة دائمًا بسرعات غير منتظمة ومتغيرة، من حين لآخر، يتحرك الجسم بمعدل ثابت بسرعة ثابتة، أي أن الجسم سيقطع نفس المسافة كل فترة زمنية منتظمة، على سبيل المثال: قد يركض عداء عبر الضاحية بسرعة ثابتة تبلغ 6 م / ث في خط مستقيم لعدة دقائق. إذا كانت سرعتها ثابتة، فإن المسافة المقطوعة في كل ثانية هي نفسها.
سيقطع العداء مسافة 6 أمتار كل ثانية، إذا تمكنا من قياس موقعها (المسافة من نقطة بداية عشوائية) في كل ثانية، فسنلاحظ أن الموضع سيتغير بمقدار 6 أمتار كل ثانية، كما سيكون هذا في تناقض صارخ مع كائن يغير سرعته. الجسم الذي تتغير سرعته يتحرك مسافة مختلفة كل ثانية، إذ تصور جداول البيانات أدناه الكائنات بسرعة ثابتة ومتغيرة.

السرعة الخطية:

السرعة الخطية هي المسافة المقطوعة لكل وحدة زمنية، في حين أن السرعة العرضية هي السرعة الخطية لشيء يتحرك على طول مسار دائري، وهناك نقطة على الحافة الخارجية من دوامة الخيل أو القرص الدوار يسافر مسافة أكبر في دوران كامل واحد من نقطة أقرب مركز.
السفر مسافة أكبر في نفس الوقت يعني سرعة أكبر، وبالتالي تكون السرعة الخطية أكبر على الحافة الخارجية لجسم دوار من أقرب إلى المحور، هذه السرعة على طول مسار دائري يعرف باسم سرعة عرضية لأن اتجاه الحركة هو الظل إلى محيط الدائرة.
بالنسبة للحركة الدائرية، يتم استخدام مصطلحات السرعة الخطية والسرعة العرضية بالتبادل، وكلا من وحدات استخدام m / s، كم / ساعة، وغيرها.

وحدات السرعة:

فمثلاً لافتة مرورية تنبه السائقين بعدم تجاوز السرعة القصوى المقررة، وتقاس سرعة المركبات عادة بوحدات كيلومتر في الساعة.
في النظام العالمي لقياس السرعة، الوحدة الأساسية هي المتر بالثانية: م/ث أو م ث^-1 ويمكن استعمال الكيلومتر في الساعة للسرعات المتوسطة مثل سرعة الصواريخ والسيارات وغيرها من المركبات، حتى أن الكيلومتر في الساعة هو الأكثر شيوعاً رغم أن الوحدة الرسمية هي المتر في الثانية.
وأيضاً في المقاييس الكونية (عند قياس سرعة حركة الأجرام السماوية مثل أجرام النظام الشمسي وحتى النجوم والمجرات) تُستخدم وحدة الكيلومتر/الثانية لأن الوحدات الأخرى تُصبح غير مهمة حينها.
أما في المجال البحري فتُقاس سرعة السفن والغواصات بالعقدة حيث تساوي: 1.853 كيلو متر/ساعة أو 0.5 متر/ثانية.
ومن وحدات قياس السرعة:

• متر في الثانية (الرمز m s⁻¹ أو m/s).
  
• كيلومتر في الساعة (الرمز km/h).
  
• ميل في الساعة (الرمز mi/h أو mph).
  
• العقدة (ميل بحري في الساعة، الرمز kn أو kt).
  
• قدم في الثانية (الرمز fps أو ft/s).
  
• عدد ماخ (كمية لا بعدية) السرعة مقسومة على سرعة الصوت.
  
• سرعة الضوء في الفراغ (الرمز c = 299 792 458 m/s).