▷ التسارع

تشرح هذه المقالة ما هو التسارع في الفيزياء. لذلك، ستجد معنى التسارع في الفيزياء، وكيفية حساب تسارع الجسم، وأمثلة على التسارع ومفاهيم فيزيائية أخرى تتعلق بالتسارع.

ما هو التسارع؟

التسارع هو الكمية التي تشير إلى تغير سرعة الجسم في وحدة الزمن. في الفيزياء، يتم تعريف التسارع على أنه نسبة الزيادة في السرعة إلى الزيادة في الزمن.

يمكن أن يكون التسارع نتيجة لتغير في مقدار السرعة واتجاهها. إذن، الجسم المتسارع يعني أنه يتحرك بشكل أسرع أو يغير اتجاهه.

على سبيل المثال، إذا كان تسارع جسم متحرك 1 م/ث ² ، فهذا يعني أن الجسم سيتحرك بشكل أسرع بمقدار 1 م/ث كل ثانية. لذا، إذا كانت سرعتها في الزمن t=5 s 3 م/ث، ففي الزمن t=6 s ستكون سرعتها 4 م/ث.

ضع في اعتبارك أن التسارع هو كمية متجهة، لذلك في الفيزياء يتم تمثيله بواسطة متجه. وهذا يعني أن التسارع له معنى واتجاه:

إذا كان التسارع له نفس اتجاه واتجاه السرعة، فإن الجسم سوف يتحرك بشكل أسرع وأسرع.
إذا كان التسارع هو نفس اتجاه السرعة ولكن اتجاهاتهما معاكسة، فإن الجسم سيتحرك بشكل أبطأ وأبطأ حتى يتوقف أو حتى يعود إلى الخلف.
إذا كان للتسارع اتجاه مختلف عن السرعة فإن الجسم سيغير اتجاهه.

بشكل عام، في الفيزياء، رمز التسارع هو الحرف a.

صيغة التسارع

التسارع يساوي التغير في السرعة (Δv) مقسوماً على التغير في الزمن (Δt). لذلك، في الفيزياء، لحساب تسارع الجسم، يجب قسمة الفرق بين السرعة النهائية والسرعة الأولية على الفرق بين اللحظة النهائية واللحظة الأولية (a = Δv/Δt).

وبالتالي فإن صيغة حساب التسارع في الفيزياء هي كما يلي:

ذهب:

$a$

هو التسارع.
$\Delta v$

هي زيادة السرعة.
$\Delta t$

هو الاختلاف الزمني.
$v_f$

هي السرعة النهائية.
$v_i$

هي السرعة الأولية.
$t_f$

هي اللحظة الأخيرة.
$t_i$

هي اللحظة الأولية.

يتم التعبير عن التسارع بوحدات السرعة مقسومة على وحدات الزمن. ولذلك فإن وحدة التسارع في النظام الدولي (SI) هي المتر مقسومًا على الثانية المربعة (م/ث ² ).

ويجب تفسير قيمة تسارع الجوال على النحو التالي:

a>0 : إذا كان التسارع موجباً، فهذا يعني أن السرعة تزداد مع مرور الوقت.
a<0 : إذا كان التسارع سالباً، فهذا يعني أن السرعة تتناقص مع مرور الوقت.
a=0 : إذا كان التسارع صفراً، فهذا يعني أن السرعة ثابتة مع مرور الوقت.

➤ انظر: صيغة السرعة

أمثلة التسارع

الآن بعد أن عرفنا تعريف التسارع وما هي صيغته، دعونا نلقي نظرة على عدة أمثلة لقيم التسارع في الحياة اليومية لفهم المفهوم بشكل أفضل.

تسارع المصعد مع الركاب: 1 م/ث ²
تسارع راكب الدراجة: 1.7 م/ث ²
تسارع سيارة السباق: 8-9 م/ث ²
تسارع الجاذبية: 9.81 م/ث ²
تسارع الكبح عند فتح المظلة: 30 م/ث ²
تسارع إطلاق المركبة الفضائية: 40-60 م/ث ²
تسارع مكبس محرك الاحتراق الداخلي: 300 م/ث ²

التسارع المتوسط والتسارع اللحظي

سنرى في هذا القسم الفرق بين التسارع المتوسط والتسارع اللحظي، حيث أنهما نوعان مختلفان من التسارع يستخدمان بشكل متكرر في الفيزياء.

التسارع المتوسط هو التسارع الذي كان سيتحرك به الجسم المتحرك لو تحرك بتسارع ثابت على طول المسار. يتم حساب متوسط التسارع بقسمة التغير في السرعة على الفاصل الزمني المنقضي.

$a_m=\cfrac{\Delta v}{\Delta t}=\cfrac{v_f-v_i}{t_f-t_i}$

➤ انظر: حل تمرين على التسارع المتوسط

من ناحية أخرى، التسارع اللحظي هو التسارع الذي يمتلكه الجسم عند لحظة معينة، وبالتالي فإن التسارع اللحظي للجسم يمكن أن يتغير في كل لحظة. رياضياً، يتم تعريف التسارع اللحظي بأنه نهاية متوسط التسارع عندما يقترب الفاصل الزمني من الصفر:

$\displaystyle \vv{a_i}=\lim_{\Delta t\to 0}\vv{a_m}=\lim_{\Delta t\to 0}\frac{\Delta \vv{v_i}}{\ Delta t}=\frac{d\vv{v_i}}{dt}$

➤ انظر: حل تمرين على التسارع اللحظي

المكونات الجوهرية للتسارع

سنرى بعد ذلك ما هي المكونات الجوهرية للتسارع وما هو الغرض من كل مكون من هذه المكونات المتجهة.

يتكون التسارع من عنصرين جوهريين: التسارع العرضي ( _at ) والتسارع الطبيعي (a _c ).

التسارع العرضي (أو التسارع الخطي) : هذا هو مكون التسارع الذي يعدل وحدة السرعة. التسارع العرضي هو مماس لمسار الهاتف المحمول.
التسارع المركزي (أو التسارع العادي) : هذا هو مكون التسارع الذي يعدل اتجاه السرعة. يكون التسارع المركزي متعامدًا مع سرعة الجسم المتحرك.