مفهوم الحركة
تُعرَّف الحركة في علم الفيزياء على أنّها عملية تغير تحدث لموقع الجسم، مما يؤدي إلى انتقاله من مكان إلى آخر بشكل ملحوظ. تُقسم الحركة إلى ثلاثة أصناف رئيسية، وهي:
- الحركة الدورانية: وهذا النوع يتمثل في دوران الأرض حول محورها.
- الحركة الخطية: مثالها حركة السيارة في مسار مستقيم، بالإضافة إلى الحركة التذبذبية التي يتم تنفيذها بواسطة النابض أو البندول.
- الحركة المتجهة: والتي تحدث في اتجاه واحد، سواء كان أفقياً أو عمودياً أو نحو الشرق أو الغرب. المسافة التي يقطعها الجسم خلال هذه الحركة تعرف بالإزاحة.
فروع علوم الحركة
في علوم الحركة، هناك مجموعة من المصطلحات المرتبطة بالحركة، مثل المسافة، الإزاحة، ومعدل الحركة، الذي يعبر عن التغير في السرعة بالنسبة للزمن ويطلق عليه علمياً مسمى التسارع. تهتم علوم الحركة بدراسة هذه المصطلحات بشكل مُفصّل عبر وصف المسار الحركي للجسم، وتُعرف هذه العلوم باسم التحريكيات أو علم التحريك، إضافة إلى ما يعرف بالديناميكا.
السرعة التي يتحرك بها الجسم تُعرَّف على أنها المسافة المقطوعة مقسومة على الزمن المستغرق (السرعة = المسافة / الزمن). تقاس السرعة بوحدات مثل كيلومتر لكل ساعة (كم/ساعة) أو متر لكل ثانية. بالنسبة لتأثير الوزن والحجم على سرعة الجسم، فعندما يكون الجسم كبيراً، يتم تحديد نقطة تُعرف بمركز الثقل، حيث تمر الحركة عبر الجسم بشكل كلي. وعند الحركة الدورانية، يُفضل وصف هذه الحركة بناءً على محور يمر بمركز الثقل، وتصبح السرعة هنا كمية متجهة تُقاس بوحدة المتر لكل ثانية.
أنواع الحركة المختلفة
تتعدد أنواع الحركة، وأكثرها شيوعاً هي:
الحركة الدورانية
تعد الحركة الدورانية واحدة من أبسط أشكال الحركة، إذ يتحرك الجسم عندها بسرعة ثابتة مع وجود عجلة منتظمة حول زوايا معينة. وتُعتبر الحركة هنا دائرية، حيث يجب أن يتجه الجسم نحو مركز الدائرة مما يستلزم وجود عجلة جاذبة.
المقذوفات
نوع آخر من الحركة يظهر عندما يُلقى جسم مثل الكرة في الهواء بزوايا محددة. وبسبب قوة الجاذبية الأرضية، ستسقط الكرة وتقل سرعتها تدريجياً أثناء هبوطها، مع بقاء المكون الأفقي من السرعة ثابتاً، متجاوزاً تأثير مقاومة الهواء، مما يؤدي إلى حركة أفقية سريعة حتى تُصطدم بالأرض. يمكن تحليل المكونات الأفقية والعمودية للحركة بشكل مستقل، مما ينتج عنه مسار يُشبه القطع الناقص.
السرعة الثابتة
تُعتبر السرعة الثابتة من أبسط السرعات التي يمكن التعامل معها؛ إذ يمكن أن تبقى ثابتة أو تساوي صفراً. في هذه الحالة، يُستنتج أن الجسم لا يتحرك خلال الفترات الزمنية المعنية، في حين أن السرعة المتوسطة تعادل نفس السرعة خلال المدة الزمنية المحددة.
التسارع المنتظم
التسارع المنتظم، المعروف أيضاً بالتسارع اللحظي، يمثل العلاقة بين السرعة والزمن. عند تحرك جسم ما، تتغير سرعته إما بالزيادة أو النقصان مع مرور الوقت. يُعبر التسارع عن التغير في السرعة مقسوماً على تغير الزمن، وهذه العلاقة يمكن أن تكون سلبية أو إيجابية حسب التغير في السرعة. تعبر المعادلة التالية عن العلاقة الرياضية:
التسارع = التغيير في السرعة / التغيير في الزمن
بالرموز:
ت = ∆ع / ∆ز
بالإنجليزية:
Acceleration = Change in Velocity / Change in Time
والرموز الإنجليزية:
a = ∆v / ∆t
حيث:
- ت أو a: التسارع، بوحدات (م/ث²).
- ∆ع أو v∆: التغيير في السرعة، تُقاس بوحدات (م/ث).
- ∆ز أو t∆: التغيير في الزمن، تُقاس بالثواني (ث).
كمثال على التسارع المنتظم: تزيد سرعة الشخص الذي يمارس القفز بالمظلة بمرور الزمن مع اقترابه من الأرض، وذلك نتيجة تأثير قوتين رئيسيتين: الجاذبية الأرضية ومقاومة الهواء، اللتين تعملان في اتجاهين متعاكسين. مع زيادة السرعة، تزداد المقاومة حتى تتوازن مع قوة الجاذبية، مما ي stabilizes التسارع عند حد معين.
خصائص الحركة
تشمل الحركة مجموعة من الخصائص المهمة، منها:
- تعتمد المسافة التي يقطعها الجسم بين نقطتين على طبيعة المسار، إذ يختلف المسار الدائري عن الخط المستقيم.
- تتحرك الأجسام ضمن إطار زمني محدد.
- تختلف سرعات الأجسام، وتعَرَّف السرعة بأنها المسافة مقسومة على الزمن، مما ينتج عنه التسارع خلال فترة زمنية معينة.
- تتعلق الحركة بالإزاحة، وهي أقصر مسافة بين نقطتين.
تأثير الاحتكاك على الحركة
تُعاكس قوة الاحتكاك اتجاه حركة الأجسام، فإذا كانت حركة الجسم نحو اليمين، فإن اتجاه قوة الاحتكاك سيكون نحو اليسار، والعكس صحيح. وبالتالي، تأثير قوة الاحتكاك يظهر بوضوح على اتجاه الحركة. بما أن الاحتكاك يعمل ضد الحركة، فإنه يقلل من سرعة الجسم، مُحولاً الطاقة الحركية المفقودة إلى طاقة حرارية.
على سبيل المثال، عند حركة سيارة على طريق خشن إلى الأمام، تنشأ قوة احتكاك بين العجلات والطريق تعمل في الاتجاه المعاكس، مما يمنع السيارة من الانزلاق.
تنتقل الأجسام من مكان إلى آخر عبر الحركة المرتبطة بكل من التسارع، السرعة، الزمن، المسافة والإزاحة. توجد أربعة أنواع من الحركة: الحركة الدورانية، المقذوفات، التسارع المنتظم، والسرعة الثابتة. لكن توجد قوى، مثل الاحتكاك، تؤدي إلى فقد السرعة والطاقة الحركية للأجسام المتحركة، إذ تعمل باتجاه معاكس لحركتها مما يؤدي لهبوط طاقتها الحركية إلى طاقة حرارية.