هل السرعة الأفقية ثابتة: لماذا ، متى ، كيف ، أمثلة المشكلة


تناقش المقالة حول ثابت السرعة الأفقية أو سبب ثبات السرعة الأفقية في حركة المقذوف ، جنبًا إلى جنب مع أمثلة المشكلة. 

بعد أن تحدد القوة المطبقة المسار المكافئ في حركة المقذوف ، فإن قوة الجاذبية فقط هي التي تعمل لأسفل تجاه قذيفة في الاتجاه الرأسي. لذلك يتحرك الجسم لأسفل بسرعة رأسية متفاوتة ولكن بسرعة أفقية ثابتة. 

اقرأ المزيد عن قوة الجاذبية.

كائن يقال أن يكون قذيفة عندما تكون هناك قوة جاذبية واحدة فقط تؤثر عليه. عندما يسقط جسم من ارتفاع ، أو يُلقى رأسياً لأعلى ، أو يُلقى بزاوية أفقية ، فإنه ينتقل في مسار منحني يمكن التنبؤ به عندما لا تتأثر أي قوة أخرى غير الجاذبية. عندما يكون جسم ما في حالة حركة بسبب قصوره الذاتي ويتأثر بقوة الجاذبية ، يطلق عليه "حركة المقذوفات". إذا كانت أي قوة أخرى تؤثر على جسم ما ، فلا يُقال إنها قذيفة. 

هل السرعة الأفقية ثابتة
هل السرعة الأفقية ثابتة
معنى حركة المقذوفات
ما هي حركة المقذوفات
(ائتمان: شترستوك)

في معظم الأحيان ، نسيء فهم أنه عندما يتحرك الجسم لأعلى أو لأسفل ، يجب أن يكون هناك القوة يتصرف أيضًا لأعلى أو لأسفل. نلاحظ أن القوة اللازمة فقط لإعداد تسارع الجسموليس حركتها. القوة لا تحافظ على حركة الجسم بل تسارعها. لذلك ، حتى لو كانت المقذوفة تتحرك لأعلى ، يجب أن يكون هناك تسارع هبوطي بسبب الجاذبية ، مما يؤدي إلى إبطاء حركة المقذوف.

هذا هو السبب في أن المقذوف يواجه قوة واحدة فقط لأسفل ؛ لا للخلف أو الأمام ، أو التحدث بدقة كما هو أفقي. تتسارع قوة الجاذبية فقط من الأعلى إلى الأسفل أو السرعة الرأسية ، في حين أن مكونها الأفقي لا يتغير حيث لا توجد قوة تعمل أفقيًا في حركة المقذوف. 

هناك العديد أمثلة على حركة المقذوفات الذي يصور مثل هذا المسار المكافئ بسرعة أفقية ثابتة ، مثل

  • لعب الجولف
  • رمي كرة السلة في السلة
  • حركة المدفع
  • تسرب المياه من أنبوب الخنزير
  • كرة القدم بعد الركل
  • حيلة الدراجة الجبلية
  • رمي المطرقة
  • إسقاط الصواريخ
  • الكرة الطائرة 
  • رمي الرمح

اقرأ المزيد عن الزخم

متى تكون السرعة الأفقية ثابتة؟

السرعة الأفقية أثناء حركة المقذوفات ثابتة.

وفقًا للتعريف ، تتعلق حركة المقذوف بقوة جاذبية واحدة تثير قوة صافية تجاه مركز الأرض. نظرًا لعدم وجود قوة أفقية تعمل في حركة مقذوفة ، تظل سرعتها الأفقية ثابتة وتتقدم نحو مركز الأرض بسبب قوة الجاذبية.

اقرأ المزيد عن تسريع الجاذبية.

لفهم مفهوم التسارع الهابط بسرعة أفقية ثابتة ، ضع في اعتبارك مثالًا لطفل يرمي كرة في اتجاه مستقيم بسرعة عالية. لنفترض أن الجاذبية لا تذكر في هذه الحالة ، فكيف تتحرك الكرة في حالة عدم وجود الجاذبية؟

قانون نيوتن يقول:الجسم المتحرك يستمر في الحركة ما لم تؤثر عليه قوة ما". هذا يعني؛ تتحرك الكرة في مسار مستقيم بسرعة ثابتة تتفق مع قانون القصور الذاتي

ما هو القصور الذاتي؟
قانون القصور الذاتي في حركة المقذوفات
(ائتمان: شترستوك)

الآن في نفس الحالة ، ماذا لو وجدت الجاذبية؟ تؤثر قوة الجاذبية على الحركة الرأسية للكرة ، مما يتسبب في تسارع رأسي يتفق مع كائن السقوط الحر يتسارع بمعدل تسارع بفعل الجاذبية ز. بسبب قوة الجاذبية ، ستسقط الكرة عموديًا تحت مسارها المستقيم بعد مسار القطع المكافئ وفقًا لخاصية حركة المقذوف. 

افترض أن الصبي استخدم قوة مقدارها 20 نيوتن لرمي الكرة. تحقق الكرة سرعة 10 م / ث وتستمر في التحرك بنفس السرعة أفقيًا. في الوقت نفسه ، تحقق السرعة العمودية سرعة تصل إلى 9.8 م / ث كل ثانية بسبب قوة الجاذبية. هذا يعني أن تسارع الكرة الرأسي يبلغ حوالي 9.8 م / ث ولكن بدون تسارع أفقي. 

ثابت السرعة الأفقية
ثابت السرعة الأفقية
(ائتمان: شترستوك)

ينتج عن التسارع الهابط مسار منخفض من الخط المستقيم الذي تقطعه كرة المقذوف إذا كانت قوة الجاذبية لا تذكر. تمتلك الكرة سرعتها الأفقية الثابتة في وجود الجاذبية التي تعمل على دفع السرعة العمودية الدقيقة كما في السابق.

ومع ذلك ، فإن الجاذبية أو القوة العمودية تعمل بشكل عمودي على السرعة الأفقية للقذيفة. نظرًا لأن المكونات العمودية مستقلة عن بعضها البعض ، فإن قوة الجاذبية لا يمكن أن تؤثر السرعة الأفقية للكرة. هذا لماذا تتحرك أي مقذوفة بعجلة هبوط ولكن بسرعة أفقية ثابتة. 

اقرأ المزيد عن أمثلة تسريع الجاذبية.

لماذا السرعة الأفقية ثابتة؟

يوفر السرعة الأفقية للقذيفة ثابتة بسبب القصور الذاتي.

إذا لم تكن هناك قوة ، فلن يتم تعديل حالة الكائن وفقًا لقانون القصور الذاتي. أدى ميل المقذوف إلى البقاء في حركة بسرعة ثابتة إلى الحركة الأفقية للقذيفة. لذلك ، تتحرك المقذوفة بسرعة أفقية مستقرة.

لماذا السرعة الأفقية ثابتة
لماذا السرعة الأفقية ثابتة (ائتمان: شترستوك)

اقرأ المزيد القوة الصافية. 

القوة مطلوبة لتحويل حالة الكائن ، إما لجعلها تتحرك من حالة السكون أو ثابتة من الحركة. ولكن إذا لم تكن هناك قوة خارجية تعمل ، أو ظل الجسم في حالة سكون ، أو إذا كان في حالة حركة ، فإنه يستمر في السفر إلى الأبد مع بسرعة ثابتة. يتم توفير السرعة الأولية للقذيفة من خلال تطبيق القوة ، وبعد ذلك تتأثر فقط بالقوة الجاذبية وقوة القصور الذاتي.

أثرت قوة الجاذبية عموديًا إلى أسفل تجاه المقذوف مما أدى إلى تغيير السرعة الرأسية في كل ثانية. لكن لا توجد قوة تعمل أفقيًا على المقذوف ؛ يسافر بسرعة أفقية ثابتة بسبب خاصية القصور الذاتي. توفر الحركة العمودية للأسفل والحركة الأفقية المستمرة للقذيفة مسارًا مكافئًا. 

مسار القطع المكافئ للقذيفة
مسار القطع المكافئ للقذيفة
(ائتمان: شترستوك)

ضع في اعتبارك أن راميًا يطلق السهم بسرعة ابتدائية تبلغ 15 م / ث بدون زاوية تصاعدية. إذا كانت الجاذبية ضئيلة ، فإن سهم المقذوف سوف يستمر في الحركة بسرعة 15 م / ث في الاتجاه الأفقي. لكن قوة الجاذبية تدفع السهم للإسراع لأسفل بسرعة 9.8 م / ث / ث.

لكن الشيء الأساسي الذي يجب الاستشهاد به هو أن ملف تظل السرعة الأفقية ثابتة أثناء مسار السهم المكافئالذي يوافق على ذلك هناك هي فقط قوة عمودية مستخدمة على السهم المقذوف ولكن لا توجد قوة أفقية

لنفترض أن رامي السهام أطلق السهم بسرعة 75 م / ث بزاوية 10 درجات فوق الأفقي. لمثل هذه السرعة الابتدائية ، يتحرك السهم مبدئيًا بسرعة 19.6 م / ث لأعلى و 73.1 م / ث لليمين. علاوة على ذلك ، يتحرك السهم جهة اليمين بسرعة أفقية تبلغ 73.1 م / ث بينما تتغير السرعة الرأسية للسهم بمقدار 9.8 م / ث كل ثانية. 

ثابت السرعة الأفقية
كيف ثابتة السرعة الأفقية

عندما يتقدم السهم نحو ذروته بعد إطلاقه ، يتباطأ ؛ وعندما تنخفض من القمة تتسارع. يمكننا ملاحظة الطبيعة المتوازنة للسهم أو حركة القذيفة. بعد ثانية واحدة من بلوغ ذروتها ، فإن السرعة العمودية تساوي السرعة بعد ثانية واحدة منخفضة من ذروتها. وبالمثل ، بعد ثانيتين من الوصول إلى ذروته ، تكون السرعة الرأسية مساوية للسرعة الرأسية بعد ثانيتين من انخفاضها عن ذروتها.

بالنسبة للمقذوفات غير الأفقية ، يُفترض أن اتجاه متجه السرعة موجب (+) على المسار لأعلى وسالب (-) على المسار لأسفل. ومع ذلك ، لا يزال حجمه مشابهًا للفاصل الزمني نفسه على كل جانب من ذروته. لاحظ أيضًا أن السرعة الرأسية للسهم تساوي صفرًا عند ذروتها. ذلك لأن متجه السرعة للسهم أفقي تمامًا عند ذروة المسار. لذلك ، بالنسبة للإزاحة القصيرة ، لا تتأثر الحركة الأفقية بقوة الجاذبية. 

اقرأ المزيد عن السرعة.


مانيش نايك

مرحبًا ، أنا مانيش نايك أكملت درجة الماجستير في الفيزياء مع إلكترونيات الحالة الصلبة كتخصص. لدي ثلاث سنوات من الخبرة في كتابة المقالات في مادة الفيزياء. الكتابة ، والتي تهدف إلى توفير المعلومات الدقيقة لجميع القراء ، من المبتدئين والخبراء. في أوقات فراغي ، أحب قضاء وقتي في الطبيعة أو زيارة الأماكن التاريخية. يشرفني أن أكون جزءًا من LambdaGeeks. نتطلع إلى ربطك عبر LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/manish-ashok-naik/ أيضًا ، من أجل دليل السفر إلى ماهاراشترا ومقالات الحفاظ على التراث ، قم بزيارة موقع الويب الخاص بي Wandering Maharashtra - https://wanderingmaharashtra.com / travel-blogs /

آخر المقالات