ما هي الحركة في بعد واحد

مفهوم الحركة في بعد واحد:

نحن نعيش في عالم ثلاثي الأبعاد، ولكن نهتم بتحليل المواقف أحادية البعد، ويعود ذلك في الأساس؛ لأن أي مشكلة حركة انتقالية (خط مستقيم، على عكس الدوران) يمكن فصلها إلى مشكلة واحدة أو أكثر ذات بعد واحد، وغالبًا ما يتم تحليل المشكلات بهذه الطريقة في الفيزياء؛ حيث غالبًا ما يمكن اختزال مشكلة معقدة إلى سلسلة من المشكلات الأبسط.

الخطوة الأولى في حل المشكلة هي إنشاء نظام إحداثيات، ويحدد هذا الأصل (نقطة البداية) بالإضافة إلى الاتجاهات الإيجابية والسلبية، وسنحتاج أيضًا إلى التمييز بين العددية والمتجهات، حيث أن القياس هو شيء له مقدار فقط، مثل المنطقة أو درجة الحرارة، بينما المتجه له كل من المقدار والاتجاه، مثل الإزاحة أو السرعة.

في تحليل حركة الأشياء، هناك أربع معلمات أساسية لتتبعها وهي الوقت والإزاحة والسرعة والتسارع، حيث أن الوقت هو عدد قياسي، في حين أن الثلاثة الآخرين نواقل، ومع ذلك وفي بُعد واحد فإنه من الصعب رؤية الفرق بين عددي ومتجه، سيكون الفرق أكثر وضوحًا في البعدين.

ما هي الازاحة؟

تمثل الإزاحة المسافة المقطوعة، لكنها متجه لذا فهي تعطي الاتجاه أيضًا، فإذا بدأنا في مكان معين ثم تحركت شمالًا 5 أمتار من حيث بدأت، فإن إزاحتك تكون 5 أمتار شمالًا، وإذا استدرت وعدت بعد ذلك، بإزاحة مقدارها 5 أمتار جنوبًا، ستكون قد قطعت مسافة إجمالية قدرها 10 م، لكن صافي الإزاحة يساوي صفرًا؛ لأنك عدت من حيث بدأت، الإزاحة هي الفرق بين موقعك النهائي (x) ونقطة البداية (x_o).

السرعة ومتوسط السرعة:

عند مغادرة المنزل في الوقت المحدد، والمشي بسرعة 3 م / ث شرقاً باتجاه معين، فبعد دقيقة واحدة بالضبط اذا افترضنا بأن مهمة الفيزياء الخاصة تركت في المنزل، وعدنا لاخذها بسرعة 6 م/ث خلال 30 ثانية تكون قد قطعت نفس المسافة، هناك عدة طرق لتحليل تلك الـ 90 ثانية بين الوقت الذي تم مغادرة المنزل فية ووقت العودة مرة أخرى، رقم واحد يجب حسابه هو متوسط ​​السرعة، والذي يتم تعريفه على أنه إجمالي المسافة المقطوعة مقسومة على الوقت.
فإذا مشيت لمدة 60 ثانية بسرعة 3 م / ث، فقد غطيت 180 م، ولقد قطعت نفس المسافة في طريق العودة، لذا قطعت 360 مترًا في 90 ثانية، متوسط ​​السرعة = المسافة / الوقت المنقضي = 360/90 = 4 م / ث، ومن ناحية أخرى، يتم الحصول على متوسط ​​السرعة من خلال: متوسط ​​السرعة = الإزاحة / الوقت المنقضي، وفي هذه الحالة، متوسط ​​السرعة للرحلة ذهابًا وإيابًا هو صفر، لأنه عدنا من حيث نقطة البداية، وبالتالي فإن الإزاحة تساوي صفرًا.
تُعرَّف السرعة اللحظية بأنها معدل تغير الموضع مع مرور الوقت، لفترة زمنية صغيرة جدًا في فترة زمنية معينة دلتا t، إذا كان الإزاحة، فإن السرعة خلال تلك الفترة الزمنية هي: السرعة اللحظية هي ببساطة مقدار السرعة اللحظية.

كيفية حساب التسارع:

يتسارع جسم كلما تغيرت سرعته، ز بالعودة إلى المثال الذي استخدمناه أعلاه، دعنا نقول بدلاً من الانقضاض الفوري للركض في اللحظة التي استدارت فيها، زادت السرعة بثبات من 3 م / ث غربًا إلى 6 م / ث غربًا في فترة 10 ثوانٍ، فإذا زادت السرعة بمعدل ثابت، فقد واجهت تسارعًا ثابتًا قدره 0.3 م / ث في الثانية (أو 0.3 م / ث ²).

يمكننا حساب متوسط ​​السرعة خلال هذا الوقت، وإذا كان التسارع ثابتًا، وهو في هذه الحالة، فإن متوسط ​​السرعة هو ببساطة متوسط ​​السرعة الابتدائية والنهائية، متوسط ​​3 م / ث غربًا و 6 م / ث غربًا هو 4.5 م / ث غربًا، ويمكن بعد ذلك استخدام متوسط ​​السرعة هذا لحساب المسافة التي قطعتها خلال فترة التسارع، والتي كانت 10 ثوانٍ، والمسافة هي ببساطة متوسط ​​السرعة مضروبة في الفترة الزمنية، أي 45 م.

على غرار الطريقة التي ترتبط بها السرعة المتوسطة بالإزاحة، يرتبط متوسط ​​التسارع بالتغير في السرعة: متوسط ​​التسارع هو التغير في السرعة على مدار الفترة الزمنية (في هذه الحالة تغيير في السرعة بمقدار 3 م / ث في فاصل زمني قدره 10 ثوان)، ويتم إعطاء التسارع اللحظي من خلال: التغير في متوسط السرعة مقسوم على التغير في الزمن، كما هو الحال مع السرعة اللحظية، يكون الفاصل الزمني صغيرًا جدًا (ما لم يكن التسارع ثابتًا، ومن ثم يمكن أن يكون الفاصل الزمني كبيرًا كما نشعر به).

في الطريق اذا كان السفر بسرعة ثابتة، فإن التسارع يكون صفرًا، وفي رحلة العودة إذا كان التسارع اللحظي 0.3 م / ث ² لأول 10 ثوانٍ، ثم صفر بعد ذلك حيث تم الحفاظ على السرعة القصوى، وعند العودة إلى باب المنزل، سيكون التسارع اللحظي سالبًا، لأن السرعة تنخفض من 6 م / ث غربًا إلى صفر في فترة زمنية صغيرة، إذا استغرق من الوقت ثانيتين للتوقف، فإن التسارع هو -6 / 2 = -3 م / ث ².

المعادلات الحركية عندما يكون التسارع ثابتًا:

عندما يكون تسارع الجسم ثابتًا، فسيتم تبسيط حسابات المسافة التي يقطعها الجسم، والسرعة التي يقطعها في وقت معين، أو الوقت المستغرق للوصول إلى سرعة معينة أو قطع مسافة معينة، وهناك أربع معادلات يمكن استخدامها للربط بين المتغيرات المختلفة، بحيث تتيح معرفة بعض المتغيرات تحديد المتغيرات الأخرى، ولاحظ أن المعادلات تنطبق في ظل هذه الشروط: التسارع ثابت يتم قياس الحركة من t = 0 المعادلات هي معادلات متجهة، ولكن المتغيرات لا تكتب عادة بأحرف غامقة،ومع ذلك تأتي حقيقة أنها نواقل مصحوبة بإشارات إيجابية وسلبية؛ المعادلات هي:

• المعادلة الأولى: ع₂ = ع₁ + ت ز.
  
• المعادلة الثانية: س = ع₁ ز + 0.5 ت ز².
  
• المعادلة الثالثة: س = ع₂² = ع₁² + 2 ت س.