ما هو قانون التسارع، ففالتسارع هو أحد المفاهيم الأساسية في علم الفيزياء، وهو يمثل التغير في سرعة الجسم خلال فترة زمنية معينة، يتعامل قانون التسارع مع كيفية تأثير القوى على حركة الأجسام، ويُعتبر مقياسًا لمدى تغير سرعة الجسم في فترة زمنية محددة، يحدد التسارع الاتجاه الذي يتحرك فيه الجسم، سواء كان تسارعًا إيجابيًا (زيادة في السرعة) أو تسارعًا سلبيًا (تباطؤ)، يُستخدم قانون التسارع لفهم حركة الأجسام في مختلف الظروف الفيزيائية، سواء في حركة مستقيمة أو دورانية، وهو جزء أساسي في تحليل الحركة.
ما هو قانون التسارع في الفيزياء
قانون التسارع في الفيزياء ينص على أن التسارع هو معدل التغير في سرعة الجسم مع مرور الزمن. يمكن التعبير عنه رياضيًا بالعلاقة: A = V ÷ T
حيث:
- ( a ) هو التسارع،
- ( \Delta v ) هو التغير في السرعة (السرعة النهائية – السرعة الابتدائية)،
- ( \Delta t ) هو التغير في الزمن.
ما هي وحدة قياس التسارع
وحدة قياس التسارع في النظام الدولي للوحدات (SI) هي المتر لكل ثانية تربيع متر/ث² بالانجليزي M / S -2
على سبيل المثال، إذا كان تسارع جسم ما 5 متر/ث²، فهذا يعني أن سرعة الجسم تزيد بمقدار 5 متر في الثانية خلال كل ثانية من الحركة. إذا كان التسارع سالبًا، فهذا يشير إلى أن الجسم يبطئ أو يتباطأ، كما في حالة السيارة التي تتوقف عند الضغط على الفرامل.
إذا كان التسارع ثابتًا، فإن التغير في السرعة سيكون منتظمًا، أما إذا كان التسارع غير ثابت، فإن السرعة ستتغير بشكل غير منتظم، ويتطلب حسابه أخذ معدل التغير في التسارع نفسه.
قانون التسارع ينطبق على كافة الأجسام التي تتحرك تحت تأثير قوى، سواء كانت هذه القوى ناتجة عن جاذبية الأرض (كما في حالة السقوط الحر) أو قوى دفع أو مقاومة. على سبيل المثال، إذا دفعنا جسمًا ما، فإن التسارع الذي يحدث لهذا الجسم يعتمد على القوة المطبقة وكتلة الجسم، كما ينص قانون نيوتن الثاني للحركة: [F = ma]، حيث:
- ( F ) هي القوة المطبقة.
- ( m ) هي الكتلة.
- ( a ) هو التسارع.
متى يحدث التسارع للجسم
- يحدث التسارع عندما تتغير سرعة الجسم مع مرور الوقت، قد يكون التغير في السرعة نتيجة لتطبيق قوة خارجية على الجسم، مثل دفع جسم أو سحب جسم بواسطة قوة الجاذبية. يحدث التسارع أيضًا عندما يتغير الاتجاه الذي يتحرك فيه الجسم.
- مثال على ذلك، عندما تقود سيارة وتضغط على دواسة الوقود، يزيد التسارع لأن سرعة السيارة تزداد، في المقابل، إذا قمت بالضغط على دواسة الفرامل، فإن التسارع سيكون سالبًا (تباطؤ)، حيث تتناقص سرعة السيارة.
- وفي الحالات التي تتضمن حركة دائرية، مثل دوران عجلة دراجة، يحدث تسارع حتى وإن كانت السرعة ثابتة، لأن الجسم يغير اتجاهه باستمرار، هذا النوع من التسارع يُعرف بالتسارع المركزي.
القوانين المرتبطة بالتسارع
- قانون الحركة الأول (القوة والتسارع): ينص هذا القانون على أن الجسم في حالة سكون سيظل في سكون، وإذا كان في حركة سيظل في حركة بسرعة ثابتة، ما لم تؤثر عليه قوة خارجية.
- قانون الحركة الثاني (العلاقة بين القوة والتسارع): يحدد هذا القانون العلاقة بين القوة المؤثرة على الجسم وكتلة الجسم وتسارعه: [F = ma]، وهذه العلاقة مهمة في حساب التسارع عندما نعرف القوة المؤثرة والكتلة.
حساب المسافة باستخدام التسارع: يمكن حساب المسافة المقطوعة باستخدام التسارع في حالة الحركة بانتظام باستخدام المعادلة: [d = v_0 t + \frac{1}{2} a t^2]، حيث:
- ( d ) هي المسافة المقطوعة.
- ( v_0 ) هي السرعة الابتدائية.
- ( t ) هو الزمن.
- ( a ) هو التسارع.
حساب السرعة النهائية باستخدام التسارع:
يمكن حساب السرعة النهائية باستخدام المعادلة: [v = v_0 + at]، حيث:
( v ) هي السرعة النهائية.
أمثلة على التسارع من حياتنا اليومية
- السيارة عند التسارع: عندما تبدأ السيارة في الحركة، فإن التسارع يحدث نتيجة لتطبيق القوة على المحرك، يحدث نفس الشيء عندما يتوقف السائق عن الضغط على دواسة الوقود، مما يؤدي إلى تباطؤ السيارة.
- السقوط الحر: عندما يسقط جسم من ارتفاع، مثل تفاحة، فإن التسارع يحدث بسبب قوة الجاذبية الأرضية، هذا التسارع يُسمى تسارع الجاذبية، ويقدر بـ 9.8 متر/ث² على سطح الأرض.
- الدراجة: عندما يركب شخص دراجة ويبدأ في زيادة السرعة، فإن التسارع يحدث بسبب القوة التي يطبقها الدواسات.
- القطار: عند انطلاق القطار من محطة إلى أخرى، يحدث تسارع عندما يضغط المحرك على العجلات ليزيد من السرعة.
- الركض: عندما يركض شخص ما بشكل متسارع، يتغير سرعته مع مرور الوقت، وهو ما يعني أن هناك تسارعًا في الحركة.
تمارين على التسارع
- تمرين 1: إذا كانت سرعة سيارة 20 متر/ث في البداية، ثم أصبحت سرعتها 30 متر/ث بعد 5 ثوانٍ، فما هو التسارع؟ الإجابة: [a = \frac{\Delta v}{\Delta t} = \frac{30 – 20}{5} = 2 , \text{m/s}^2]
- تمرين 2: إذا كان التسارع ثابتًا لجسم يتحرك من السكون، فما المسافة التي قطعها الجسم في 10 ثوانٍ إذا كان التسارع 2 متر/ث²؟ الإجابة: [d = v_0 t + \frac{1}{2} a t^2 = 0 + \frac{1}{2} \times 2 \times 10^2 = 100 , \text{m}]
- تمرين 3: أكمل الفراغ: إذا كان تسارع الجسم ( a = 4 , \text{m/s}^2 ) والزمن ( t = 5 , \text{sec} )، فما السرعة النهائية للجسم إذا كانت سرعته الابتدائية صفر؟ الإجابة: [v = v_0 + at = 0 + 4 \times 5 = 20 , \text{m/s}]
- تمرين 4: إذا كانت السرعة الابتدائية لجسم 10 متر/ث، ثم تباطأ ليصل إلى سرعة 5 متر/ث في 2 ثانية، فما هو التسارع؟ الإجابة: [a = \frac{\Delta v}{\Delta t} = \frac{5 – 10}{2} = -2.5 , \text{m/s}^2]
- تمرين 5: أكمل الجملة: عندما يسقط جسم من ارتفاع، فإن تسارعه في بداية السقوط يكون (g = \text{____} , \text{m/s}^2).
وإلى هنا ينتهي المقال ما هو قانون التسارع، فالتسارع هو مفهوم فيزيائي مهم يساعدنا على فهم كيف تؤثر القوى على حركة الأجسام في الحياة اليومية، من خلال تعلم قانون التسارع واستخدامه في حل المعادلات الرياضية، يمكننا حساب المسافة والزمن والتسارع في العديد من الحالات العملية، يعد التسارع جزءًا لا يتجزأ من دراستنا لحركة الأجسام، سواء كان في الفضاء أو على سطح الأرض، ويتيح لنا تطبيقه على العديد من المجالات مثل الرياضة، الهندسة، والفضاء.