بحث عن الحركة الدورانية

يتضمن علم الفيزياء العديد من الفروع، ويشمل علم الحركة كونه فرعا من فروع علم الميكانيكا، ويستخدم لوصف حركة الأجسام والأنظمة المادية، وعادة ما يتم التعرف على علم الحركة من خلال مفهومين: الثبات الزمني وثبات الأبعاد المكانية. أما الحركة الانتقالية أو الحركة الخطية، فيحدث عندما يتحرك الجسم في خط مستقيم وباتجاه واحد، على عكس الحركة الدورانية التي يدور فيها الجسم حول نفسه أو حول محور معين، ويتم التأثير عليها من قوة لازمة لحدوث الدوران بسرعة ثابتة على مدار حركة منتظمة أو غير منتظمة. بينما في الحركة الدائرية، يحافظ الجسم على مسافة ثابتة من مركز يقع خارجه.

أمثلة للحركة الدورانية

تتحرك مركز المروحة بحركة دورانية، وتتحرك أذرعها بحركة دائرية.

2- دوران الأرض حول نفسها.

3- دوران الأفعوانية حول نفسها.

4- دوران العجلة حول نفسها.

5- دوران النواعير بفعل المياه الجارية.

6- حركة الإلكترونات حول الذرة.

يتحرك كوكب الأرض ويدور حول نفسه.

8- حركة كوكب الأرض حول الشمس.

المقصود بالحركة الدورانية

تعني الحركة الدورانية الحركة التي تدور حول مركز الجسم ذاته، وتعتمد على عزم القوة، والذي يمثل المقدار اللازم من القوة التي تؤثر على الجسم، وذلك لتمكن الجسم من الدوران حول محور أو مركز محدد، ويتم التعبير عن ذلك باستخدام القانون التالي: العزم = القوة × المسافة × جاذبية الكتلة.

تكتسب الجسيمات التي تدور حول محورها طاقة حركية، والمسافة هي المسافة بين المحور الذي تدور حوله الجسيمات والنقطة التي تتعرض للقوة، أما الزاوية فهي الزاوية بين القوة والمسافة.

وحدات وقوانين  قياس زوايا الدوران 

وحدة الدرجة، o، والتي تعادل 360 درجة، تعادل حدة الراديان rad، وتعادل 2π. ولفهم ووصف الحركة الدورانية، نحتاج إلى فهم ومعرفة هذه القوانين الفيزيائية

الإزاحة الزاوية  

ويتم تعريفها بأنها تغير في زاوية الجسم أثناء الدوران، وترمز لها بالرمز θ (ثيتا)، وتقاس بوحدة الراديان (راد)، مع ملاحظة أنه إذا كان اتجاه الدوران عكس اتجاه حركة عقارب الساعة، فإن زاوية الدوران تكون موجبة، وإذا كان اتجاه الدوران في اتجاه حركة عقارب الساعة، فإن زاوية الدوران تكون سالبة، وذلك يعني أن الإزاحة هي التغير في الزاوية أثناء حركة الدوران للجسم.

العلاقة بين الإزاحة الزاوية والإزاحة الخطية

الإزاحة الخطية (d) تُقاس بوحدة الأمتار (m).

القانون : d = r θ.

السرعة الزاوية المتجهة

تُعرّف السرعة الزاوية المتجهة على أنها تساوي الإزاحة الزاوية مقسومة على الزمن الذي يحتاجه الجسم للدوران، ويرمز لها بالرمز ω (أوميغا) .

وقانونها ΔθΔt = ω ، وتقاس بوحدة راديان/الثانية .

العلاقة بين السرعة الزاوية والسرعة الخطية

يتم قياس السرعة الخطية (v) بوحدة متر في الثانية، وقاعدتها v = rw

تعتبر الأرض مثالا على حركة دورانية لجسم صلب، وعلى الرغم من أن النقاط المختلفة على الأرض تقطع مسافات مختلفة في كل دورة، إلا أنها جميعها تدور بنفس الزاوية، وجميع أجزاء الجسم الصلب تدور بنفس المعدل .

 التسارع الزاوي

يُعرَّف التسارع الزاوي على أنه يساوي تغيُّر السرعة الزاوية المتجهة مقسومًا على الفترة الزمنية التي حدث فيها هذا التغيُّر.

الرمز α وقانونه α = Δw / Δt، ويتم قياسه بوحدة rad/s²

عندما يدور الجسم بمعدل ثابت، فإن سرعته الزاوية ثابتة وتسارعه الزاوي يكون صفر.

4- ولمعرفة العلاقة بين التسارع الخطي والتسارع الزاوي نستخدم القانون : a = r.

5- وحدة قياس التسارع الخطي : ms2

6- حيث a يمثل التسارع الخطي و r يمثل نصف القطر، و α يمثل التسارع الزاوي.

 السرعة المتجهة تساوي الإزاحة الزاوية مقسومة على الزمن المستغرق لحدوث الحركة الدورانية.

مثال توضيحي

 إذا قمنا بقياس الزاوية بدلاً من الموضع في الحركة الدورانية ، فإننا نحتاج إلى معرفة كيف تتغير الزاوية كلما تحركت الأشياء. أدخل السرعة الزاوية (ω) والتسارع الزاوي (α). يتم قياس السرعة الزاوية في rad / s ، بنفس الطريقة يتم قياس السرعة الانتقالية في m / s ، ويمثل تغيير الزاوية في وقت معين.

يمثل هذا مثالًا على سيارة تتحرك بسرعة 30 م/ثانية، لكن عجلاتها تدور بسرعة 130 راد/ثانية.

معدل تغير السرعة الزاوية، المعروف أيضًا باسم التسارع الزاوي، يتم قياسه بالراديان في الثانية المربعة، تمامًا كما يتم قياس التسارع الخطي بالأمتار في الثانية المربعة. وعندما تتسارع السيارة، تدور العجلات بشكل أسرع.

قد يكون السرعة الزاوية والتسارع الزاوي مرتبطين بنفس الطريقة التي يتم بها ربط المسافة القوسية بنظيراتها المتعددة: vt = rω، a = rα

  السرعة الزاوية الثابتة  

أبسط حالة للدوران حول محورٍ ثابتٍ هي السرعة الزاوية الثابتة، ومجموع عزم الدوران هو صفرٌ.

من بين الأمثلة، تدور الأرض حول محورها بشكل دائم، ويكون الاحتكاك في هذه الحركة ضئيلا جدا، وللمروحة على سبيل المثال، يتم استخدام المحرك لتوفير عزم دوران يعوض عن الاحتكاك. كما يمكن رؤية مثال آخر في صناعة الإنتاج الضخم، حيث تستخدم معدات مثل مخارط متعددة الدوران لتحريك المواد بشكل فعال وزيادة إنتاجية القطع وتشوهها وتحويلها، وزاوية الدوران تكون دالة خطية للوقت وتتكرر بشكل دوري بمعدل 360 درجة.