السرعة والتسارع

السرعة والتسارع
يعرف الجميع ما هي السرعة ! أنها المسافة المقطوعة خلال زمن معين .
واحدتها النظامية هي المتر في الثانية ( m/s أو m.S-1 ) . إن سيارة تسير بسرعة 120 km/h سوف تقطع مسافة قدرها 120 km خلال ساعة واحدة إذا ما حافظت على سرعتها تلك و على اتجاه حركتها...

أما التسارع فهو مقدار ازدياد ( أو تناقص) السرعة خلال واحدة الزمن . ستتغير السرعة إذا مع مرور الزمن. الواحدة النظامية للتسارع هي المتر في الثانية في الثانية ( m/S2 أو m.S-2 ) .
في السقوط الحر يكون تسارع الجسم مساويا 9.8 m.s-2 أي ان سرعته تزداد بمقدار 9.8 m/s في كل ثانية.

القوة :
القوة دائمة الحضور في الفيزياء. يتم عموما التمييز بين نوعين رئيسيين من القوى الخارجية:
قوى عن بعد : وهي القوى التي تؤثر على الجسم دون تماس بين مسبب القوة و الجسم وتنتج عن تأثير الحقول مثل قوى الجاذبية و القوى الكهربائية و القوى المغناطيسية,........
قوى عن تماس: وهي القوى التي تؤثر على الجسم نتيجة تماس بين مسبب القوة و الجسم مثل قوة توتر النابض , قوة رد الفعل , قوة جر المحرك........
وفي جميع الأحوال القوة هي فعل يعمل على تغيير حالة الجسم الخاضع له , سواء حركته أو شكله أو درجة حرارته أو ضغطه أو ......., الواحدة النظامية للقوة هي النيوتن (N ) المعرفة في علم التحريك على الشكل التالي: إن قوة قدرها 1N تكسب جسما كتلته 1Kg تسارعا قدره 1m.s-2 . تسمى القوة الصادرة عن الجسم نفسه بالقوى الداخلية أما القوى التي يخضع لها بتأثير أجسام أخرى فتسمى بالقوى الخارجية.

تنويه بسيط :
بالنسبة للنيوتن هل تعلم ما هو النيوتن ؟ هل يمكنك أن تتخيل النيوتن؟
لماذا تستطيع ان تتخيل الكيلو غرام و لا يمكنك تخيل النيوتن ........
انظر معي كل 1kg يساوي 10N
بالتالي كل 1 N : يساوي 100g يعني ببساطة كل 1نيوتن هو وزن 100 غرام ..
مثلا : فأرة الكمبيوتر التي أمامك قد تزن 1 نيوتن ... وعلى ذلك قس........

سنتكلم عن الكتلة و الوزن:
من المهم جدا التمييز بين هذين المفهومين:
فكتلة الجسم تعبر عن كمية المادة المحتواة فيه , وهي قيمة ثابتة لا تتغير أينما كان و مهما كانت حركته
( لقد غيرت النظرية النسبية قليلا من هذا المفهوم , فالجسم تزداد كتلته عندما يتحرك , ولكن ذلك لا يعني أن كمية المادة الموجودة فيه قد ازدادت , إن من ازداد هي كتلة الجسم العطالية / قصوره الذاتي/ ).
لو كانت كتلك 70kg فإنها ستحافظ على هذه القيمة سواء كنت على الأرض أو في عمق المحيط أو على القمر أو في الطرف الآخر من المجرة .
الواحدة النظامية للكتلة هي الكيلو غرام (kg) ومضاعفاتها,
فالغرام g يساوي جزءا من ألف جزء من الكيلوغرام ( 1g=10^-3 kg ) ,
و الطن يساوي ألف كيلو غرام 1tonne=10^3 kg ) .
أما وزن الجسم فيعبر عن تأثير قوة الجاذبية على كتلته, و بما أن الوزن قوة فواحدته هي N .
يختلف وزن كتلة معينة بحسب المكان الذي تتواجد فيه . فعلى الأرض تبلغ قيمة تسارع الجاذبية الأرضية تقريبا 9.81 m.s-2 , فإذا كانت كتلتك 70 kg فإن وزنك سيبلغ حوالي 687 N . أما على القمر , حيث تسارع الجاذبية يساوي 1.63 m.s-2 , فلن يتجاوز وزنك 114 N . يعني تقريبا سدس وزنك على الأرض.
يقيس الميزان الكتلة عن طريق قياسه للوزن , لذلك يمكن لميزان دقيق أن يعطي فرقا بين القيمتين المقروءتين لوزن الجسم عند سطح البحر و في أعال الجبال ( قد يشعر المرء بخفة وزنه في أعال الجبال).

باختصار : ( الكتلة ثابتة لا تتغير أينما كنت سواء على الأرض أو على القمر أو على المريخ بينما الوزن يتغير تبعا لتغير الجاذبية الأرضية ).
ومن الشائع الخلط بين مفهومي الكتلة و الوزن ( طبعا لا بأس في ذلك شريطة أن نكون حذرين عندما لا يجب الخلط بينهما) , فيقال مثلا أن فلانا يزن 70Kg في حين يجب القول بأن : كتلته 70kg و وزنه 700N
الطاقة :

مع أن الطاقة هي مفهوم بديهي, إلا أنه يصعب تعريفها بدقة. إنها مقدار يمتلكه الجسم مما يسمح له بالتأثير على نفسه و على غيره من الأجسام. تتخذ الطاقة أشكالا عديدة , و منذ أنشتاين أصبحنا نعلم أن المادة تشكل مصدرا غريبا للطاقة.

سنميز بين نوعين من الطاقة , الطاقة الحركية و الطاقة الكامنة

تظهر الطاقة الحركية عندما يتحرك الجسم , و هي مقدار سهل الفهم, فإذا كان للجسم سرعة كان له طاقة حركية. تكتب الطاقة الحركية لجسم بدلالة سرعة انتقاله v و كتلته m كما يلي:
K=1/2 m.v2
أما الطاقة الكامنة فهي أكثر استعصاء على الفهم , فهي تعتمد على الوسط المحيط بالجسم و قدرته على تحريكه.
المثال الأكثر بساطة هو التالي : يتواجد جسم كتلته m على الإرتفاع h . لن يتحرك الجسم إذا ما تم تثبيته بطريقة مناسبة, ولكنه ما ان يترك حتى يسقط بتأثير الجاذبية محولا طاقته الكامنة الى طاقة حركية. تكتب الطاقة الكامنة في هذه الحالة الخاصة على الشكل:
U=mgh
حيث : g =9.81 m.s-2 هو تسارع الجاذبية الأرضية