تعريف المسافة في الفيزياء

المسافة هي أحد المفاهيم الفطرية التي لا تبدو بحاجة إلى تفسير، ومع ذلك، توصلنا إلى تعريف أولي جيد إلى حد ما. فالمسافة هي قياس الفترة بين موقعين، وهي مقياس قياسي للفاصل الزمني بين موقعين، ويتم قياسهما على طول المسار الفعلي الذي يربط بينهما .

تعريف المسافة والإزاحة

قد يبدو أن المسافة والإزاحة تعنيان نفس الشيء، ولكنهما لهما تعريفات ومعاني مختلفة بوضوح .

المسافة هي كمية مقياسية تشير إلى `المساحة التي يغطيها كائن ما` أثناء حركته .
يُعرف الإزاحة باعتبارها كمية متجهة تشير إلى `مدى بُعد الكائن عن موضعه`؛ إنها التغيير الكلي لموقع الكائن، ولفحص فهمك لهذا التمييز، انتبه للحركة المشار إليها

في هذا المثال، يتحرك مدرس الفيزياء 4 أمتار شرقًا ، ومترين جنوبًا ، و4 أمتار غربًا ، ثم مترين شمالًا ، وعلى الرغم من أنه قطع مسافة إجمالية قدرها 12 مترًا ، فإن تحركه يجعل إزاحته تساويساوي صفرًا، وعندما تتحرك المعلمة، فإنها “تغطي 12 مترًا من الأرض” (أي المسافة المقطوعة تساوي 12 مترًا) .

ومع ذلك ، عندما تنتهي من المشي ، لا تكون “في غير مكانها” – أي أنه لا يوجد إزاحة لحركتها (الإزاحة = 0 م) الإزاحة ، كونها كمية متجهة ، يجب أن تولي الاهتمام للاتجاه. 4 أمتار من الشرق يلغي 4 أمتار غربا والجنوب 2 متر يلغي 2 متر شمالا الكميات المتجهة مثل الإزاحة تدرك الاتجاه الكميات العددية مثل المسافة تجهل الاتجاه عند تحديد المسافة الإجمالية التي يقطعها مدرس الفيزياء ، يمكن تجاهل الاتجاهات المختلفة للحركة .

استخدم الرسم البياني لتحديد الإزاحة والمسافة التي قطعها المتزلج خلال هذه الدقائق الثلاثة، ثم انقر على الزر لرؤية الإجابة.

للإجابة

يغطي المتزلج مسافة 420 مترًا، ويتم إزاحته 140 مترًا نحو اليمين بعد قطعه مسافة 180 مترًا و 140 مترًا و 100 مترًا .

تتضمن الرسم البياني العديد من مواقف المدرب في أوقات مختلفة في كل موقع محدد، ويمكن للمدرب أن يتحرك على طول الخطوط الجانبية بطريقة “الدوران على شكل حرف U” وينتقل من الموقع A إلى B ثم إلى C ثم إلى D بالاتجاه المعاكس .

ما هي الإزاحة والمسافة التي يتحرك بها المدرب؟

الإجابة

المدرب يغطي مسافة

نتيجة جمع 35 ياردة و20 ياردة و40 ياردة تساوي 95 ياردة، ولديه إزاحة بمقدار 55 ياردة إلى اليسار .

لفهم الفرق بين المسافة والإزاحة وكيفية حساب الإزاحة، يجب أولا معرفة التعريفات، ويجب أيضا معرفة أن الإزاحة هي كمية متجهة تأخذ في الاعتبار الاتجاه، في حين أن المسافة هي كمية قياسية تجهل الاتجاه. وعندما يتغير اتجاه حركة جسم ما، فإن الإزاحة تأخذ هذا التغيير في الاعتبار، ويتم إلغاء أي إزاحة كانت موجودة في الاتجاه المعاكس .

الفرق بين المسافة والإزاحة

الفرق بين المسافة والإزاحة يتمثل في أنهما كميتان مختلفتان، ولكنهما مرتبطان. فعلى سبيل المثال، عند السير حول المكتب، يجب أن يكون واضحا أن المسافة في بعض الأحيان تساوي حجم الإزاحة، وهذا ينطبق على أي من مقاطع المتر الواحد. ومع ذلك، ليس هذا هو الحال دائما بالنسبة لمجموعات المقاطع. بينما يتم اتباع خطوات محددة عند السير حول المكتب، تبدأ المسافة والإزاحة في رحلتهما في التباعد بسرعة، حيث تزداد المسافة المقطوعة بشكل منتظم، ولكن الإزاحة تتقلب قبل أن تعود في النهاية إلى الصفر .

يوضح هذا المثال المصطنع أن المسافة والإزاحة لهما نفس الحجم فقط عندما ننظر إلى فترات زمنية قصيرة، ونظرًا لقياس الإزاحة على أقصر مسار بين نقطتين، فإن حجمها يكون دائمًا أقل من المسافة أو مساويًا لها .

لا يتأثر المسافة والإزاحة بانعكاس نظام الإحداثيات، وهذا الأمر غير صحيح بالنسبة لجميع الكميات الفيزيائية، حيث يطلق عليها اسم تلك التي لا تعمل بنفس الطريقة عند عرضها في المرآة بالمتجهات الكاذبة. وبعض الأمثلة على المتجهات الكاذبة هي عزم الدوران، والدوران، والمجال المغناطيسي. وعادة ما يرتبط تجاه الناقل الكاذب بقاعدة يدوية من نوع ما (مثل تلك المستخدمة في الضرب المتجه)، ولكن كما ناقشنا للتو وكما يعلم الجميع، فإن اليد اليمنى تصبح اليسرى والعكس صحيحا عند النظر إليها في المرآة، واليد الخاطئة تعني الاتجاه الخاطئ. يبدو أن الفضاء يعرف الفرق بين اليسار واليمين لبعض الكميات .

قانون المسافة في الفيزياء

ما هو رمز جيد للمسافة؟ D هو رمز جيد بالنسبة للناطقين بالإنجليزية، ولكن ماذا عن بقية العالم؟ في الواقع، تتم تهجئة المسافة بالفرنسية كما هي في اللغة الإنجليزية، ولكن يتم نطقها بشكل مختلف. لذلك قد يكون هناك سبب لاختيار الحرف “D.” في العصر الحالي، اللغة الإنجليزية هي اللغة السائدة في العلم، وبالتالي فإن العديد من رموزنا يعتمد على الكلمات الإنجليزية المستخدمة في وصف مفهوم المسافة. على الرغم من أن المسافة ليست جزءا من هذه الفئة، إلا أن “D” يستخدم لتمثيل المسافة .

إجمالي المسافة المقطوعة يساوي السرعة مضروبة في إجمالي الوقت المستغرق

Distance Formula

Δd=d1+d2

وحدة المسافة

وحدة المسافة والإزاحة في النظام الدولي للوحدات هي المتر [م] ، المتر أطول قليلاً من المسافة بين طرف الأنف ونهاية الإصبع الأبعد في اليد الممدودة لرجل بالغ نموذجي ، تم تعريفها في الأصل على أنها جزء من عشرة ملايين من المسافة من خط الاستواء إلى القطب الشمالي كما تم قياسها عبر باريس (بحيث يكون محيط الأرض 40 مليون متر) ؛ ثم طول القضيب المعدني المقطوع بدقة في قبو خارج باريس ؛ ثم عدد معين من الأطوال الموجية لنوع معين من الضوء. يتم الآن تحديد الأعداد من حيث سرعة الضوء . متر واحد هو مسافة الضوء (أو أي إشعاع كهرومغناطيسي آخر بأي طول موجي) ينتقل عبر الفراغ .

هناك أيضًا العديد من الوحدات الطبيعية المستخدمة في علم الفلك وعلوم الفضاء مثل : المسافات في الفضاء الخارجي القريب أحيانًا بنصف قطر الأرض : 6.4 × 106 م. بعض الأمثلة: كوكب المريخ لديه حوالي نصف قطر الأرض ، وحجم المدار المتزامن مع الأرض حوالي 6 نصف قطر أرضي ، والفصل بين الأرض والقمر حوالي 60 نصف قطر أرضي .

يُطلق على متوسط ​​المسافة من الأرض إلى الشمس وحدة فلكية : تبلغ المسافة من الشمسإلى المريخ حوالي 1.5 وحدة فلكية، وتبلغ المسافة من الشمس إلى المشتري 5.2 au، وتبلغ المسافة من الشمس إلى بلوتو 40 وحدة فلكية. يقع النجم الأقرب للشمس، Proxima Centauri، على بعد حوالي 270،000 وحدة فلكية .

فيما يتعلق بالمسافات الكبيرة، يعتبر السنة الضوئية هي الوحدة المفضلة، حيث تمثل المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ خلال عام واحد، وتساوي حوالي 9.5 × 1015 متر (أي حوالي عشرة تريليون كيلومتر أو ستة تريليون أميال) .

في قوانين السرعة والتسارع في الفيزياء، اكتشف العالم (جاليليو) مبدأ التسارع، حيث تبين له أن الجسم المتحرك يزيد سرعته بمقدار ثابت في فترات زمنية متساوية، واعتبر (جاليليو) في البداية أن أي جسم ساقط يزيد من سرعته بالمقدار نفسه بعد كل متر يقطعه، ولكن بعد عدة تجارب، أدرك أن السرعة تزداد بمقدار ثابت بعد كل ثانية .