تعرف السرعة على أنها معدل تغيير موقع الجسم في أي اتجاه، وتُقاس بنسبة المسافة التي تم قطعها إلى الوقت اللازم لقطعها، وتُعتبر السرعة كمية عددية لأنها لا تمتلك حجمًا وإنما تمتلك اتجاهًا فقط.
معادلة السرعة
s=dt بحيث يكون:
- s هي السرعة في s-1
- d هي المسافة المقطوعة بالمتر
- t هو الوقت المستغرق في الثانية
أنواع السرعة
هناك أربعة أنواع من السرعة وهي:
- سرعة موحدة: يتم قول أن الجسم يكون في سرعة موحدة عندما يقطع مسافة متساوية في فترات زمنية متساوية.
- السرعة المتغيرة: يعتبر الكائن في حالة حركة متغيرة عندما يقطع مسافات مختلفة خلال فترات زمنية متساوية.
- متوسط السرعة: يعنى متوسط السرعة بالسرعة المتوسطة التي يمكن الحصول عليها عن طريق قسمة المسافة التي يقطعها جسم ما على الوقت الإجمالي الذي يستغرقه الجسم.
- السرعة اللحظية: عندما يتحرك جسم بسرعة متغيرة، فإن سرعته في أي لحظة تعرف بالسرعة اللحظية.
وحدة السرعة
وحدات السرعة الأكثر شيوعًا:
- سنتيمتر في الثانية
- متر في الثانية
- كيلومتر في الساعة
- بوصة في الثانية
- قدم في الثانية
- ميل في الساعة
- عقدة
وحدات السرعة الأخرى
- فورلونج كل أسبوعين
- سرعة الحصان
- أميال في اليوم
- سرعة الجري
- سرعة الضوء
- سرعة الصوت
- سرعة المشي
- ياردة في الدقيقة
حساب السرعة
يوجد عدة طرق مختلفة لحساب السرعة وفقا لأنواع المعلومات المتاحة لديك، ومن بينها معادلة السرعة = المسافة / الوقت أو s = (d / t) وهي الأسهل للاستخدام في الأغراض العامة، كما يمكن استخدام التبرير الاستقرائي والتخمين في حساب السرعة.
السرعة والتسارع
يمكن وصف حركة أي جسم متحرك بواسطة الرسم البياني للسرعةوالزمن، ويمكن استخدام بيانات الرسم البياني لحساب التسارع والمسافة المقطوعة ومتوسط السرعة.
عندما نتحدث عن السرعة، يمكن أن نتحدث عن شيئين مختلفين:
- السرعة المتوسطة هي السرعة التي يتم قياس جسمها طوال الرحلة
- السرعة الفورية – سرعة الجسم في اللحظة التي يتم قياسها
يتم استخدام العلاقة الرياضية هذه لتحديد السرعة المتوسطة في قوانين السرعة والتسارع
السرعة المتوسطة = المسافة الإجمالية ÷ الزمن الإجمالي
يتم قياس المتوسط السرعة بالأمتار في الثانية (م/ث)
السرعة الفورية هي السرعة التي يتحرك بها جسم في لحظة معينة من الزمن. يتم قياس السرعة الفورية بالأمتار في الثانية، ويمكن حسابها إذا كانت المسافة المقطوعة في فترة زمنية قصيرة جدا معروفة.
السرعة المتوسطة والسرعة اللحظية
بسبب تغير سرعة الجسم المتحرك خلال حركته، يتم التمييز بين السرعة المتوسطة والسرعة اللحظية بشكل شائع كالتالي:
- السرعة اللحظية: السرعة في أي لحظة في الوقت المناسب.
- متوسط السرعة: يمكن بسهولة حساب متوسط جميع السرعات الفورية عن طريق حساب نسبة المسافة إلى الوقت.
قد تفكر في السرعة اللحظية على أنها السرعة التي يقرأها عداد السرعة في أي لحظة زمنية معينة ومتوسط السرعة كمتوسط لجميع قراءات عداد السرعة أثناء الرحلة، نظرًا لأن مهمة حساب متوسط قراءات عداد السرعة ستكون معقدة للغاية (وربما خطيرة)، يتم حساب متوسط السرعة بشكل أكثر شيوعًا على أنه نسبة المسافة / الوقت.
تتحرك الأجسام المتحركة بسرعات غير منتظمة ومتغيرة في الغالب، لكن في بعض الأحيان تتحرك بسرعة ثابتة بمعدل ثابت، مما يعني أنها ستقطع نفس المسافة في كل فترة زمنية محددة. على سبيل المثال، إذا كان عداء يجري في الضاحية بسرعة ثابتة تبلغ 6 م / ث في خط مستقيم لعدة دقائق، فإنه سيقطع مسافة 6 أمتار في كل ثانية. ومع ذلك، فإن الأجسام التي تتغير سرعتها تتحرك بمسافات مختلفة في كل ثانية.
تعريف السرعة المتجهة
لنبحث عن السرعة المتجهة النسبية، فلنفترض وجود جسمين A و B يتحركان بالنسبة لبعضهما. السرعة المتجهة النسبية هي السرعة التي يشاهدها المراقب الذي يتحرك مع أحد الجسمين عندما يراقب الجسم الآخر، والسرعة المتجهة النسبية هي فرق المتجه بين سرعتي الجسمين.
السرعة النسبية = سرعة الجسم A – سرعة الجسم B
المعادلة هي: vAB = vA – vB
عندما:
- vAB: السرعة النسبية للجسم Aاحترام الجسم B
- vA: سرعة الجسم A
- vB: سرعة الجسم B
تعريف السرعة المتوسطة والسرعة المتجهة
يتم حساب السرعة المتوسطة بقسمة المسافة الإجمالية التي تم قطعها من نقطة A إلى B ثم من B إلى C ثم من C إلى D على إجمالي الوقت المستغرق للوصول من A إلى D
في حالة مقطوع المسافة الإجمالية 100 كم، وقد استغرق الوصول إليها ساعة واحدة، فإن متوسط السرعة هو 100 كم / ساعة
تختلف السرعة المتوسطة الموجهة تمامًا، بالإضافة إلى أنها كمية موجهة، ويمكن أن تصل السرعة المتوسطة الموجهة إلى قيمة هائلة، بينما يمكن أن تكون السرعة المتوسطة متدنية للغاية، حتى تصل إلى الصفر.
هذا ممكن بسبب اختلاف طريقة حساب السرعة المتوسطة الفرق بين السرعة المتوسطة والسرعة المتجهة المتوسطة هو العامل المستخدم في الحساب، وهو `الإزاحة`، لا يهتم الإزاحة بمسافة المسار بأكمله، حيث إنها تتعامل فقط مع المسافة المباشرة من الأصل إلى الوجهة.
صيغة السرعة المتجهة المتوسطة تشبه إلى حد كبير صيغة السرعة المتوسطة ، ولكن بدلاً من المسافة الإجمالية المقطوعة ، يتم استبدالها بالإزاحة. إذا أردنا السفر من A إلى D ، فإن صيغة السرعة المتجهة المتوسطة ستكون: متوسط السرعة = الإزاحة من A إلى D / الوقت الإجمالي المستغرق للوصول من A إلى D
ربما تكون المسافة المباشرة (الإزاحة) من A إلى D صغيرة جدًا، وبالتالي يمكن أن تكون السرعة المتجهة المتوسطة ضئيلة للغاية، وقد يحدث عدم وجود إزاحة حتى عندما تعود الوجهة إلى الأصل، في هذه الحالة، فإن السرعة المتوسطة المتجهة تكون أيضًا صفرًا.
لذلك، إذا كانت الإزاحة من النقطة A إلى النقطة D على بعد 5 كيلومترات فقط شرقًا، واستغرق الأمر ساعة للوصول إلى هناك، بغض النظر عن مسافة الانتقال 100 كيلومتر، فإن متوسط السرعة هو 5 كيلومتر / ساعة فقط شرقًا، وإذا كان اتجاه الدورة بأكملها مستقيمًا، فإن متوسط السرعة ومتوسط السرعة سيكونان متساويين.
الفرق بين السرعة المتوسطة والسرعة المتجهة المتوسطة
- السرعة المتوسطة هي كمية قياسية، في حين أن السرعة المتوجهة المتوسطة هي كمية موجهة.
- تأخذ السرعة المتوسطة في الحسبان المسافة الإجمالية التي تم قطعها، بينما تتعلق السرعة المتوسطة المتجهة بالإزاحة بين نقطتين.
- في السرعة المتوسطة، يتم تعبير عن الاتجاه.
- في الغالب، ستختلف القيم، وعادة ما ستكون قيمة متوسط السرعة أعلى.
- قد تكون قيمة السرعة المتجهة المتوسطة مساوية للصفر، حتى بعد استكمال الجسم لحركة الانتقال، ما دامت نقطة الوجهة تعود إلى نقطة البداية، وفي هذه الحالة، سيكون لقيمة السرعة المتجهة المتوسطة دائمًا قيمة أكبر.