الفرق بين الحركة الانتقالية والحركة الدورانية - Translational Motion vs Rotational Motion

ما هي الحركة الانتقالية – Translatory Motion؟

عندما لا يغير الجسم موقفه فيما يتعلق بالوقت، نقول إنّ الجسم في حالة سكون، ولكن، إذا غيّر الجسم موقعه فيما يتعلق بالوقت، فإنّنا نقول إنّه في حالة حركة، هناك أنواع مختلفة من الحركة: انتقالية (translational) ودورانية (rotational) ودورية (periodic) وغير دورية (non-periodic)، في هذه المقالة، سنناقش الفرق بين الحركة الانتقالية والحركة الدورانية.

تعريف الحركة الانتقالية:

يُعرف نوع الحركة الذي تتحرك فيه جميع أجزاء الجسم بنفس المسافة في وقت معين “بالحركة الانتقالية”، يمكن أن تكون الحركة الانتقالية من نوعين: مستقيمة (rectilinear) ومنحنية (curvilinear).

“إذا كان الجسم يتحرك ككل بحيث يتحرك كل جزء من الجسم خلال نفس المسافة في وقت معين، فيُقال إنّ الجسم في حالة حركة انتقالية”. 

جدول المقارنة بين الحركة الانتقالية المستقيمة والحركة الانتقالية المنحنية:

الجدول الموضح أدناه هو الفرق بين الحركة الانتقالية المستقيمة والمنحنية، ليساعدك على الفهم بشكل أفضل.

أمثلة الحركة الانتقالية:

لنتخيل كتلة مستطيلة الشكل موضوعة على الحافة المائلة لمثلث قائم الزاوية، إذا كان من المفترض أن تنزلق الكتلة إلى أسفل هذه الحافة دون أي حركة جانبية، فإنّ كل نقطة في الكتلة المستطيلة تواجه نفس الإزاحة، والأهم من ذلك، يتم أيضًا الحفاظ على المسافة بين النقاط، في حركة انتقالية، تمر كل نقطة في الجسم بنفس السرعة سواء كانت في أي لحظة زمنية، تخضع كلتا النقطتين (P1) و(P2) لنفس الحركات بالضبط، إنّ السيارة التي تتحرك في خط مستقيم، ومسار رصاصة من مسدس، وما إلى ذلك، هي أمثلة على الحركة الانتقالية.

ما هي الحركة الدورانية – Rotational Motion؟

الآن دعونا نتخيل كتلة دائرية تنزل على حافة المثلث القائم الزاوية، سيخبرنا فحص موقع واتجاه النقاط المختلفة على الكتلة الأسطوانية بشيء جديد، تختبر النقاط الموجودة على الجسم الأسطواني شيئًا مختلفًا كثيرًا عن الكتلة المستطيلة، في الرسم البياني الذي يمثل السرعة، فإنّ كل نقطة تواجه مقدارًا مختلفًا من السرعة في اتجاه مختلف، هنا يتم ترتيب النقاط فيما يتعلق بمحور الدوران.

الدوران هو ما تحققه عندما تقوم بتقييد الجسم وتثبيته على طول خط مستقيم، هذا يعني أنّ الجسم يمكنه فقط الدوران حول الخط، والذي يعرف بأنّه حركة دورانية، مروحة السقف، عجلة الخزاف، عجلة السيارة كلها أمثلة على الحركة الدورانية، لنفترض أنّك ذهبت إلى صالة بولينج، ورمي كرة البولينج في اتجاه إلى الأمام، إذا لاحظت عن كثب، سترى أنّ الكرة لا تتحرك للأمام فقط، أي تؤدي حركة انتقالية، ولكنّها تدور أيضًا على نفسها بسبب إمكانية تدوير الكرة وتثبيتها؛ تصنف هذه الحركة على أنّها حركة دورانية.

إنّ حركة الجسم الصلب غير الثابت أو المحوري هي إمّا حركة انتقالية خالصة أو مزيج من الحركة الانتقالية والدورانية، الأجسام الصلبة هي حركة انتقالية ثابتة / محورية وهي دورانية.

ما الفرق بين الحركة الانتقالية والحركة الدورانية؟

لماذا يدور الإعصار بسرعة كبيرة أو يستغرق الهاتف المحمول المعلق وقتًا طويلاً للتوقف عن الحركة؟ الحركة الانتقالية هي الحركة التي تتضمن انزلاق جسم في واحد أو أكثر من الأبعاد الثلاثة: (x) أو (y) أو (z)، ولكن يمكن أن يظل الجسم متحركًا حتى عندما يكون مستقرًا عند إحداثي (x) و(y) و(z) معين؛ ولا يزال بإمكانه الدوران.

الحركة الدورانية هي حيث يدور جسم ما حول محور داخلي بطريقة مستمرة، يمكن لمتزلج الجليد القيام بذلك عن طريق الدوران على الفور، سوف يعطي المتزلج نفسه طاقة دورانية، ولأنّ الطاقة يتم حفظها دائمًا ويجب أن يدور الجسم الأصغر بشكل أسرع للحصول على نفس الطاقة، عندما يحرك ذراعيه نحو جسده، ستزداد سرعة دورانه، وسوف يصبح الدوران أسرع وأسرع.

وهذا أيضًا هو سبب دوران الأعاصير بسرعة كبيرة، قبل أن يتشكل الإعصار، يدور الهواء بشكل عام بنصف قطر كبير، ولكن إذا انخفض نصف القطر هذا، فإنّ الدوران يصبح أسرع، حتى تحصل على عاصفة ذات قوة لا تصدق.

شرح الفرق بين الحركة الانتقالية والحركة الدورانية:

في الفيزياء، يمكن أيضًا وصف أي كمية يمكن وصفها بمصطلحات خطية بعبارات زاويّة، أهمها:

• الإزاحة (Displacement): عادةً ما تتضمن المسائل الحركية بعدين خطيين لتحديد الموضع، (x وy)، تتضمن الحركة الدورانية جسيمًا على مسافة (r) من محور الدوران، بزاوية محددة بالإشارة إلى نقطة الصفر إذا لزم الأمر.

• السرعة (Velocity): بدلاً من السرعة (v) ووحدتها (m/s)، فإنّ الحركة الدورانية لها السرعة الزاوية (ω) “الحرف اليوناني أوميغا”، بالراديان في الثانية (rad/s)، الأهم من ذلك، أنّ الجسيم الذي يتحرك بثابت (ω) له أيضًا سرعة مماسية (tangential velocity​) (vt) في اتجاه عمودي على (r)، حتى لو كان ثابتًا في الحجم، فإنّ (vt) تتغير دائمًا لأنّ اتجاهها ناقلات تتغير باستمرار، تمّ العثور على قيمتها ببساطة من المعادلة:

v t = ωr

• التسارع (Acceleration): غالبًا ما يكون التسارع الزاوي (Angular acceleration) المكتوب (α) “الحرف اليوناني ألفا”، صفرًا في مسائل الحركة الدورانية الأساسية لأنّ (ω) عادةً ما يكون ثابتًا، ولكن نظرًا لأنّ (vt)، كما هو مذكور أعلاه، تتغير دائمًا، فهناك تسارع جاذب مركزي (ac) موجه إلى الداخل نحو محور الدوران وبمقدار يساوي:

a_c = (υ_t)²/r

• القوة (​Force): القوى التي تعمل حول محور الدوران، أو قوى “الالتواء” (القوى الالتوائية) (torsional)، تسمّى عزم الدوران، وهي ناتج القوة (F) ومسافة عملها من محور الدوران “أي الطول من ذراع الرافعة”:

 τ = F ×r

لاحظ أنّ وحدات عزم الدوران هي “نيوتن-متر” (Newton-meters)، وأنّ (×) هنا تشير إلى منتج متقاطع متجه، ممّا يشير إلى أنّ اتجاه “تاو” (τ) عمودي على المستوى الذي يتكون من (F وr).

• الكتلة (Mass): في حين أنّ الكتلة، (m)، عوامل في مشاكل الدوران، فإنّها عادةً ما يتم دمجها في كمية خاصة تسمّى لحظة القصور الذاتي “أو اللحظة من المساحة” (second moment of area) (I)، جنبًا إلى جنب مع كمية الزخم الزاوي الأكثر جوهرية (L).