قام الكثير من علماء الفيزياء بمحاولات ودراسات عديدة بهدف دراسة سرعة وتسارع الاجسام المختلفة ، وقد توصلوا إلى أن السرعة تمثل المسافة الثابتة التي يقوم الجسم بقطعها خلال فترة زمنية باتجاه محدد ، وعند تغير سرعة الجسم مع مرور الوقت فإن هذه الحالة تُعرف باسم التسارع أو العجلة .
قوانين السرعة
قانون السرعة الفيزيائي الشائع
يمثل هذا القانون العلاقة بين المسافة والزمن ، وهي عبارة عن المسافة التي يقوم الجسم المتحرك بقطعها خلال زمن محدد ، ويُرمز للسرعة في المعادلة الرياضية بالرمز س بينما يُرمز للمسافة بالرمز م ويُرمز للزمن بالرمز ز ، والقانون هو : السرعة = المسافة ÷ الزمن ، وبالرموز يصبح : س = م ÷ ز .
قانون السرعة المتوسطة
تمثل السرعة اللحظية تلك السرعة التي يقوم الجسم المتحرك بقطعها خلال لحظة محددة من الزمن ، فهي عبارة عن مشتقة الإزاحة أو طول المسار النسبة للزمن ، ويتم تمثيلها بالمعادلة الرياضية الآتية : السرعة اللحظية = طول المسار ( المسافة بين النقطة الأولى والنقطة الثانية على المسار ) ÷ الزمن × 2 ، ويُرمز للسرعة بالرمز س وطول المسار بالرمز ط والزمن بالرمز .
قانون السرعة الخطية والدورانية
تمثل السرعة الخطية المسافة التي يتم قطعها خلال وحدة زمنية على مسار دائري ، أما السرعة الدورانية فهي تمثل معدل التغير في الإزاحة بالنسبة للزمن ، ويتم التعبير عن السرعة الخطية بالمعادلة الرياضية الآتية : محيط الدائرة (2×باي×نق نصف القطر) ÷ الزمن ، أما معادلة السرعة الدورانية فهي : 2 × باي ÷ الزمن .
جاليليو مكتشف مفهوم التسارع
استطاع عالم جاليليو اكتشاف مبدأ التسارع، حيث وجد أن سرعة الجسم المتدحرج تزداد بمقدار ثابت في فترات زمنية متساوية. كان جاليليو يعتقد أن سرعة جميع الأجسام المتساقطة تزداد بنفس المقدار بعد كل متر يقطعه. ولكن بعد إجراء العديد من التجارب المختلفة، توصل إلى أن سرعة الجسم تزيد بمقدار ثابت بعد كل ثانية تمر. يتم قياس التسارع بالمتر في الثانية، ويمكن أن تكون قيمته إيجابية أو سالبة أو صفر. وقانون التسارع هو الفرق في السرعة مقسومة على الزمن .
حالات التسارع
التسارع الموجب
يعرف التسارع بأنه إيجابي عندما يكون اتجاه التسارع هو نفس اتجاه الحركة، حيث يحدث زيادة في السرعة مع زيادة الزمن. على سبيل المثال، إذا كانت السرعة 5 متر في الثانية والتسارع 1 متر في الثانية، فإن السرعة بعد مرور ثانية واحدة تصبح 10 متر في الثانية، وبعد ثانيتين تصبح 15 متر في الثانية .
التسارع السالب
يُعرف التسارع بأنه سالبًا عندما يصبح معكوسًا عندما يتم تباطؤ السرعة، ويُلاحظ حدوث هذا النوع من التسارع عند تباطؤ سرعة السيارة، حيث تنخفض السرعة تدريجيًا بمعدل ثابت عند الضغط على دواسة المكابح حتى تتوقف السيارة، أي أن السرعة تتناقص مع مرور الزمن .
التسارع المعدوم
يحدث التسارع صفرًا عندما تكون السرعة ثابتة ولا تتأثر بتغير الزمن .
تسارع الجاذبية الأرضية
سقوط الأجسام بسبب الجاذبية هو مؤشر مهم لصحة قانون التسارع. على سبيل المثال، إذا ألقينا جسما من مكان مرتفع وتركناه يسقط بحرية، فإن سرعته في اللحظة التي يتم إسقاطه فيها تكون صفر، ولكنه يصل إلى الأرض بسرعة تزيد على الصفر. وتزداد سرعته مع مرور الوقت أثناء السقوط بدون أخذ الهواء في الاعتبار. وقد أظهرت الدراسات أن تسارع الجاذبية الأرضية يساوي 9.8 متر في الثانية.