محتويات
- ما هو التسارع؟
- أنواع التسارع حسب حركة الجسم
- تصنيف التسارع حسب اتجاهه
- التسارع: منتظم أم غير منتظم؟
- طرق حساب قيمة التسارع
مفهوم التسارع
يُعرّف التسارع بأنه معدل تغير سرعة جسم متحرك خلال فترة زمنية محددة. وهو كمية متجهة، أي أنه يمتلك مقدارًا واتجاهًا. رياضياً، يُحسب التسارع بقسمة التغير في متجه السرعة على الفترة الزمنية المقابلة. وحدة قياسه هي المتر لكل ثانية مربعة (م/ث²). تتنوع أنواع التسارع تبعًا لنوع حركة الجسم.
التسارع وأنواعه بحسب نوع الحركة
يصنف التسارع بناءً على نوع حركة الجسم إلى ثلاثة أنواع رئيسية:
التسارع الخطي
يحدث التسارع الخطي عندما يغير الجسم المتحرك مقدار سرعته مع ثبات اتجاه حركته على خط مستقيم. يكون التسارع إما موجبًا (تزداد السرعة) أو سالبًا (تقل السرعة). يحسب التسارع الخطي بالعلاقة: A=(v-u)/t، حيث A هو التسارع، v السرعة النهائية، u السرعة الابتدائية، و t الزمن.
التسارع الزاوي
يُعرف التسارع الزاوي (أو الدوراني) بأنه معدل التغير في السرعة الزاوية لجسم ما خلال وحدة زمنية. يحدث هذا النوع من التسارع في الحركة الدائرية. يكون التسارع الزاوي موجبًا إذا زادت السرعة الزاوية عكس اتجاه عقارب الساعة، وسالبًا في الاتجاه المعاكس. يحسب التسارع الزاوي (α) بالعلاقة α=ω/t إذا كان ثابتًا، و α=(ω₂-ω₁)/(t₂-t₁) إذا كان متغيرًا، حيث ω تمثل السرعة الزاوية.
التسارع المركزي
يظهر التسارع المركزي في الحركة الدائرية المنتظمة، حيث تظل سرعة الجسم ثابتة المقدار لكن متغيرة الاتجاه باستمرار. يختلف عن التسارع الزاوي؛ ففي التسارع المركزي، السرعة ثابتة المقدار ومتغيرة الاتجاه، بينما في التسارع الزاوي، السرعة متغيرة المقدار وثابتة الاتجاه. يحسب التسارع المركزي بالعلاقة a=v²/r، حيث a هو التسارع المركزي، v سرعة الجسم، و r نصف قطر الدائرة.
أنواع التسارع حسب اتجاهه بالنسبة لحركة الجسم
يصنف التسارع أيضًا حسب اتجاهه بالنسبة لاتجاه حركة الجسم:
تسارع باتجاه الحركة
إذا تسارع الجسم في نفس اتجاه حركته، تكون قيمة التسارع موجبة. قد تزداد سرعة الجسم أو تتباطأ اعتمادًا على قيمة سرعته الأولية.
تسارع بعكس اتجاه الحركة
إذا تسارع الجسم في اتجاه معاكس لاتجاه حركته، تكون قيمة التسارع سالبة، مما يعني أن الجسم يتباطأ. لكن هذا لا يعني عدم وجود تسارع، بل إن التسارع هنا سالب ويزداد مع مرور الزمن.
التسارع: منتظم أم غير منتظم؟
يُصنف التسارع بحسب تغير قيمته مع الزمن إلى نوعين:
التسارع المنتظم
في التسارع المنتظم، لا تتغير قيمة التسارع مع الزمن، أي أنه ثابت. لكن سرعة الجسم تتغير باستمرار نتيجة لتأثير التسارع الثابت. مثال على ذلك، سقوط الأجسام سقوطًا حرًا تحت تأثير الجاذبية الأرضية الثابتة.
التسارع غير المنتظم
يُعرّف التسارع غير المنتظم بأنه تسارع تتغير قيمته مع مرور الزمن. مثال على ذلك، حركة الحافلات عند انطلاقها من المحطة.
طرق حساب التسارع
يمكن حساب التسارع بطرق متعددة، اعتمادًا على المعلومات المتوفرة:
حساب معدل التسارع
يُحسب معدل التسارع من خلال العلاقة: a=(v₂-v₁)/(t₂-t₁)، حيث a معدل التسارع، v₂ السرعة النهائية، v₁ السرعة الابتدائية، t₂ الزمن النهائي، و t₁ الزمن الابتدائي.
حساب التسارع اللحظي
التسارع اللحظي هو مقدار التسارع في لحظة زمنية معينة. يحسب كمشتقة دالة السرعة بالنسبة للزمن: a(t) = d/dt v(t).
حساب التسارع من قانون نيوتن الثاني
ينص قانون نيوتن الثاني على أن التسارع يتناسب طرديًا مع القوة المحصلة وعكسيًا مع الكتلة: a = F(net)/m، حيث a التسارع، F(net) القوة المحصلة، و m الكتلة.
