الحركة الدورانية هي حركة جسم صلب تحدث بحيث تتحرك جميع جسيماتها في دوائر حول محور بسرعة زاوية مشتركة، وهي أيضًا دوران الجسم حول نقطة ثابتة في الفضاء.
يتميز الجسم الصلب بشكله المحدد بدقة وعدم تغيره بغض النظر عن حركته، حيث يظل المسافة بين أي جسيمين داخل الجسم ثابتة تماماً.
على الرغم من أن الطريقة التي نحدد بها الجسم الصلب تعطينا تعريفًا للجسم الصلب المثالي، إلا أن المواد الحقيقية دائمًا ما تتشوه عند تطبيق القوة. ويمكن استخدام هذا الافتراض المثالي للجسم الصلب بحرية في المواد التي يكون فيها التشوه صغيرًا بشكل لا يمكن تجاهله ويمكن إهماله.
يمكن اعتبار حركة الجسم الصلب بشكل عام عبارة عن ترجمة لمركز كتلة الجسم، بالإضافة إلى دوران الجسم حول محور يمر عبر مركز الكتلة.
ويتم توضيح الحركة الدورانية من خلال:
- السرعة الثابتة لدوران الأرض حول محورها.
- تتغير سرعة دوران دولاب الموازنة لآلة الخياطة.
- دوران القمر الصناعي حول كوكب.
- حركة أيون في السيكلوترون.
- حركة البندول.
وصف الحركة الدورانية
تعتبر الحركة الدورانية أكثر تعقيدًا من الحركة الخطية، فالجسم الصلب هو جسم له كتلة وشكل صلب، مثل قرص الفونوغراف الدوار، على عكس الشمس التي هي كرة من الغاز، وعلاوة على ذلك، فإن العديد من معادلاتميكانيكا الأجسام الدوارة تشبه معادلات الحركة للحركة الخطية.
في هذا النوع من الحركة، يتم تمثيل الجسم كمجموعة من النقاط، ويتم دراسة المشكلة المحددة دون النظر إلى شكل أو حجم الجسم.
هنا في دراسة ميكانيكا الدوران، نموذج الكتلة النقطية، أو نموذج الجسيمات النقطية غير مناسب للمشاكل التي تنطوي على حركة الجسم الجامدة، أي الجسم الصلب الذي يخضع لحركة انتقالية، وحركة دورانية هو سبب آخر لعدم اعتبار الجسم كجسيم، بحث أنّ جميع جسيمات الجسم لا تخضع لنفس الإزاحة الخطية.
يمكننا أن نرى أنّ العجلة ليست جسيمًا واحدًا بسبب حركة أجزائها المختلفة التي لها سرعات وتسارعات متفاوتة.
في ميكانيكا الدوران، ندرس الأجسام الصلبة وحركتها، ونعرف أن الأجسام الصلبة لها شكل وحجم محددان، ويمكنها أن تتحرك دورانيًا وانتقاليًا
قوانين الحركة الدورانية
في الحركة الخطية، يتبع الجسم مسارًا مستقيمًا، والسمات الرئيسية لهذا النوع من الحركة هي الإزاحة والسرعة والتسارع والقوة المطبقة لتحريك الجسم.
في تحليل الحركات الدائرية، تُستخدم السمات الرئيسية مثل الإزاحة الزاوية، والسرعة الزاوية، والتسارع الزاوي، وعزم الدوران، وتتوازى صيغة كل هذه السمات مع صيغة السمات المستخدمة في تحليل الحركات الخطية.
في الحركة الدورانية نحدد السرعة الزاوية (معدل تغير الزاوية مع الزمن)
السرعة الزاوية (θ) = Δq / Δt
حيث يعبر Dq عن الإزاحة الزاوية ويعبر Dt عن الوقت المستغرق لإجراء هذه الإزاحة.
في الحركة الدورانية، نحدد العزم الدوراني على أنه التناظر الدوراني.
ر = DL / Dt
ر= I * أ
حيث “L” هي التسارع الدوراني الذي يتناسب مع الزخم الخطي
في لحظة من الغرور الذاتي، تشبه الكتلة الجسمانية إلى حد كبير التسارع الزاوي، الذي يشبه التسارع الخطي.
الفرق بين الحركة الدائرية والحركة الدورانية
الفرق الرئيسي بين هذه الأنواع المختلفة من الحركة هو أن الحركة الدائرية هي حالة خاصة للحركة الدورانية، حيث يتم الحفاظ على المسافة بين مركز كتلة الجسم ومحور الدوران ثابتة.
تعتمد الحركة الدورانية على فكرة دوران الجسم حول مركز كتلته، وفي هذه الحركة يمكن أن يتغير محور الدوران ومركز الكتلة، بينما في الحركة الدائرية لا يتغير محور الدوران ولا مركز الكتلة.
الحركة الدائرية هي حركة تتم على طول محيط دائرة أو دوران على طول مسار دائري، ويمكن أنتكون لها معدل دوران زاوي ثابت وسرعة ثابتة، أو معدل دوران متغير.
تخيل لحظة واحدة من تلك الألعاب التي توجد في متاجر المعارض، حيث يجلس الأشخاص على خيول وهمية، ويمكنك الآن تخيل أن الخيول تدور حول العمود الذي يحملهم إلى قاعدة الركوب، ثم يمكنك الحركة الدائرية للحصان وحركة دورانية أثناء تحرك الخيول حول الركوب.
في الحركة الدائرية، يكون محور الدوران داخل الجسم، بينما يمكن أن يكون محور الدوران في الحالة الأخرى خارج الجسم.
يمكن أن يمر محور الدوران عبر الجسم نفسه أو يقع خارج الجسم، وإذا كان المحور يمر عبر الجسم، فيمكن استخدام مصطلح الدوران، ويشير مصطلح المدار إلى المكان الذي يقع فيه محور الدوران خارج الجسم الصلب.
لا يوجد فرق كبير بين الحركة الدورانية والتدويرية، ولكن بشكل عام، تشير الحركة الدورانية إلى الأشياء الممتدة (وليس النقاط)، والتي تدور حول محور إما داخل المادة الكائنة أو ليست بعيدة عن مركز الكتلة للكائن.
يشير مصطلح الحركة الدورانية إلى حركة جسم حول محور داخلي معين، وقد يوجد بعيدًا عن مركز كتلته، وعادةً ما يتبع مسارًا متكررًا مثل كوكب عطارد.
عمومًا، لا يتطلب المسار التكرار بسبب وجود مسارات مدارية مفتوحة يتبعها الأجسام الفلكية بشكل دوري.
يمكن اعتبار الحركة الدورانية لجسم صلب هي الحركة المدارية للجسيمات الآلاف، حيث تتحرك جميعها حول نفس المحور بنفس التردد الزاوي.
تطبيقات الحركة الدورانية في الحياة اليومية
يجب علينا أن نتعرف على مفهوم عزم الدوران في دراسة الحركة الدورانية، وهو المفهوم الذي يفتح أمامنا العديد من التطبيقات في حياتنا اليومية.
عزم الدوران هو تطبيق القوة حيث توجد حركة دورانية، والمثال الأكثر وضوحًا لعزم الدوران أثناء العمل هو تشغيل مفتاح ربط الهلال الذي يفك صامولة العروة، والثاني القريب هو أرجوحة الملعب؛ لكن عزم الدوران مهم أيضًا لتشغيل الجيروسكوبات للملاحة وللمحركات المختلفة، سواء كانت كهربائية أو داخلية.
تمثل القوة أي شيء يتسبب في تحريك جسم أو إيقافه عن الحركة، وهي المفتاح الأساسي لقوانين الحركةالثلاثة التي صاغها العالم الشهير إسحاق نيوتن.
– ينص القانون الأول على أن الجسم الساكن يظل في حالة الراحة والجسم المتحرك يظل متحركًا ما لم يتم تطبيق قوى خارجية عليه.
يعرف القانون الثاني القوة كحاصل ضرب التسارع بالكتلة، ووفقًا للقانون الثالث، عندما يمارس جسم قوة على جسم آخر، فإن الجسم الثاني يبذل قوة مساوية في الحجم ولكنها معاكسة في الاتجاه على الجسم الأول.
إحدى الطرق لتصور القانون الثالث هي أنه عند حدوث تفاعل نشط، على سبيل المثال، اصطدام كرتين ببعضهما، ونتيجة للتأثير، تطير كل واحدة منهما للخلف.
بالنظر إلى أن القوة على كلا الجانبين متساوية، وأن هذه القوة تعتمد على الكتلة والتسارع (ويتم تعبير عن ذلك عادة بالصيغة F = ma)، فإن من الممكن أن نتوقع بعض الخصائص المتعلقة بالكتلة والتسارع في هذا التبادل.
من ناحية أخرى، يمكن إثبات القانون الثالث في الحالات التي لا توجد فيها حركة ظاهرة، كما يحدث عندما يجلس الشخص على كرسي، فالكرسي يمارس قوة معاكسة ومساوية لأعلى. وفي هذه الحالة، عندما تكون جميع القوى المؤثرة على الجسم في حالة توازن، يقال إن هذا الجسم في حالة توازن.
يلاحظ وجود الحركة الدورانية في حياتنا اليومية، وبعض الأمثلة على ذلك الحركة هي:
- تدور الأرض حول محورها لتصنع دورة النهار والليل.
- تتميز حركة العجلة والتروس والمحركات وما إلى ذلك بالحركة الدورانية.
- حركة شفرات المروحية هي حركة دورانية أيضًا.
- باب يدور حول مفصلاته عند فتحه أو إغلاقه.
- قمة دوّارة، وهي حركة لولبية في مدينة ملاهي.
- نظام الإنذار في المباني.
- البندقية لها اتجاه محدد.
- حركة المفاصل.
- حركة ذرات الجزيئات.