السرعة النسبية للطائرة: حقائق مفصلة


تتعامل نظرية النسبية مع الحركة النسبية للكائن في إطار مرجعي آخر. يصف الحركة بين إطارين مختلفين يتفاعلان مع بعضهما البعض.

السرعة النسبية هي أحد المصطلحات التي تصف الحركة النسبية بين جسمين. إنها سرعة جسم يلاحظه مراقب في إطار آخر ، إما في إطار ثابت أو متحرك. تتعلق السرعة النسبية للطائرة بحركة مستوى في الهواء يقاسها مراقب في إطار آخر.

في هذا المنشور ، سوف تتعرف على السرعة النسبية لطائرة في جوانب مختلفة.

ما هي السرعة النسبية للمستوى؟

نحن جميعًا مغرمون جدًا بمشاهدة الطائرة من الأرض في طفولتنا. نلاحظ السرعة التي تتحرك بها الطائرة. الطائرة تتحرك وهي في إطار مرجعي مختلف ، ونحن في الأرض في حالة سكون.

السرعة النسبية للطائرة بالنسبة إلى الأرض
صورة ائتمانات: المشاعات ويكيميديا

يتم تعريف السرعة النسبية للطائرة على أنها "" يتم قياس سرعة طائرة تتحرك في الهواء بواسطة مراقب في إطار آخر سواء كان ثابتًا أو يتحرك بنفس السرعة أو بسرعة متغيرة. "" تتأثر حركة الطائرة في الهواء بـ العوامل الديناميكية الهوائية المختلفة ، والتي قد تؤثر أو لا تؤثر على سرعة الطائرة.

فلاير ، طيران ، طائرات ، سماء ، إجازات ، سفر
صورة ائتمانات: Pixabay

ترتبط السرعة النسبية للطائرة بسرعة الهواء أو سرعة الرياح. تختلف السرعة النسبية للطائرة المقاسة في الهواء عن تلك التي يتم قياسها على الأرض. هذا البيان يعني أنه إذا قمت بقياس سرعة الطائرة في وسط الهواء ، فإن القيمة المقاسة للسرعة تختلف عن القيمة التي تم الحصول عليها من المراقب الذي قام بقياس سرعة الطائرة من الأرض.

هذا يخبرنا بالفعل أن السرعة ليست دقيقة ؛ إنه متعلق بالإطار والمراقب الذي يراقب الحدث. الحقيقة المثيرة للاهتمام هي أن السرعة النسبية للطائرة للراكب الجالس داخل الطائرة تساوي صفرًا كما هي في نفس الإطار المرجعي.

كيف تجد السرعة النسبية للطائرة؟

من أجل إيجاد السرعة النسبية لمستوى فيما يتعلق بإطار مرجعي آخر ، دعونا ننظر في مثال لمراقب على الأرض يقيس سرعة طائرة تحلق في الهواء.

نظرًا لأن الطائرة تحلق في الهواء ، سيكون هناك تأثير للسرعة الجوية على سرعة الطائرة بحيث تكون سرعة الهواء على متن الطائرة ضرورية لفهمها. باستخدام سرعة الطائرة في الهواء وسرعة الهواء على الأرض ، يمكن بسهولة حساب سرعة الطائرة المقاسة على الأرض.

دعPG هي سرعة الطائرة المقاسة على الأرض و vPA تكون سرعة الطائرة في وسط الهواء ، و vGA أن تكون السرعة الجوية على الأرض. باستخدام قانون الجمع المتجه ، يتم الحصول على سرعة المستوى بالنسبة إلى الأرض من خلال

vPG = الخامسPA+vGA

أخذنا هنا سرعة الهواء على الأرض لأن الراصد على الأرض ثابت ، وهناك فقط حركة الهواء المشتركة في كلا الإطارين. وبالتالي ، فإن سرعة الهواء على الأرض تساعد في إيجاد السرعة النسبية لطائرة على الأرض.

لنفترض أن الطائرة تتحرك بسرعة 250 ميلاً في الساعة بالنسبة للهواء وأن سرعة الهواء على الأرض تساوي 80 ميلاً في الساعة ، وتهب رأسياً في الشرق ، مما يجعلها زاوية 60 درجة ، ثم السرعة النسبية لـ يمكن كتابة الطائرة بالنسبة إلى الأرض على النحو التالي.

السرعة النسبية للطائرة
تمثيل رسومي للسرعة النسبية للمستوى

من الصيغة أعلاه ، نحن تعرف أن السرعة النسبية الطائرة بالنسبة للأرض

vPG = الخامسPA+vGA

حجم سرعة الطائرة النسبية على الأرض كما

[اللاتكس] v_P_G = v_P_G \ hat {i} +0 \ hat {j} [/ latex]

أين؛ i و j هما متجه الوحدة. متجه الوحدة j يساوي 0 لأن مكونات j على الأرض تساوي صفرًا.

يتم إعطاء مقدار سرعة الهواء على الأرض كـ

[اللاتكس] v_G_A = 80cos (60) \ قبعة {i} + 80sin (60) \ قبعة {j} [/ اللاتكس]

سوف نحصل على حل المعادلة أعلاه

[اللاتكس] v_G_A = 40 \ قبعة {i} +40 \ sqrt {3} \ قبعة {j} [/ اللاتكس]

لأن [اللاتكس] cos (60) = \ frac {1} {2} [/ latex] و [latex] sin (60) = \ frac {\ sqrt {3}} {2} [/ latex]

يتم الحصول على مقدار السرعة النسبية للطائرة في الهواء من خلال

[اللاتكس] v_P_A = v_x \ hat {i} + v_y \ hat {j} [/ latex]

عند حل مركبتي y ، نحصل على

[لاتكس] v_y + 40 \ sqrt {3} = 0 [/ لاتكس]

[اللاتكس] v_y = -40 \ sqrt {3} [/ اللاتكس]

تشير الإشارة السالبة هنا إلى أن حركة الطائرة في الاتجاه المعاكس للهواء المنفث.

وبالنسبة للمكونات c ، نحصل عليها

[اللاتكس] v_x + 40 = v_P_G [/ اللاتكس]

يتم تحديد حجم أي مكونين بواسطة [اللاتكس] \ sqrt {v_x ^ 2 + v_y ^ 2} [/ latex]

باستخدام هذه المعادلة ، يمكننا إيجاد مكونات x ؛ لأننا نعرف قيمة سرعة الطائرة بالنسبة للهواء.

[اللاتكس] v_P_A = \ sqrt {v_x ^ 2 + v_y ^ 2} [/ اللاتكس]

استبدال قيمة vPA و vY ثم نعيد الترتيب نحصل على vx as

[latex]v_x=\sqrt{250^2-(40\sqrt{3})^2}[/latex]

[لاتكس] v_x = \ sqrt {62500-4800} [/ اللاتكس]

vx = 240.2 ميل في الساعة

يتم إعطاء اتجاه المتجه بواسطة

[اللاتكس] tan \ phi = \ frac {v_y} {v_x} [/ اللاتكس]

[اللاتكس] tan \ phi = \ frac {40 \ sqrt {3}} {240.2} [/ اللاتكس]

[لاتكس] \ phi = \ tan ^ {- 1} (0.288) [/ لاتكس]

Φ = 16.06 درجة.

هذا يعطي سرعة المستوى بالنسبة إلى الأرض مع الحجم والاتجاه حيث أن السرعة هي كمية متجهة.

ما هي صيغة معرفة السرعة النسبية لمستوى؟

ترتبط حركة الطائرة في الهواء بحركة الهواء والمراقب على الأرض.

إذا احتجنا إلى إيجاد السرعة النسبية لطائرة على الأرض ، فعلينا مراعاة سرعة الطائرة في الهواء وسرعة الهواء على الأرض. دعAB هي سرعة المستوى بالنسبة إلى الأرض ، vBC هي سرعة الهواء في الأرض ، و vAC هي سرعة الطائرة في الهواء ، فإن الصيغة ستكون

vAB=vBC+vAC

إذا كانت سرعة الطائرة تقاس بالنسبة للهواء فقط ، فلنفترض أن vA تكون سرعة الهواء و vB هي سرعة المستوى ، فإن الصيغة ستكون

vAB = الخامسA-الخامسB

يبلغ قطر كلاً من الصيغ قابلة للتطبيق على جميع أنواع السرعة النسبية فيما يتعلق بأي إطار مرجعي.

أهمية السرعة النسبية للطائرة

  • إن فهم السرعة النسبية للطائرة يفسر سبب إقلاع الطائرة والهبوط على مدارج مختلفة في أيام مختلفة. يرتبط كل من إقلاع وهبوط الطائرة باتجاه الريح ، الأمر الذي يتطلب سرعة أرضية منخفضة لتصبح محمولة جواً.
  • تلعب السرعة النسبية للطائرة دورًا حيويًا في التحكم في الحركة الجوية.
  • تسمى سرعة الطائرة في الهواء السرعة الجوية ، وتسمى سرعة الهواء على الأرض سرعة الرياح ، وتسمى سرعة الطائرة بالنسبة إلى الأرض سرعة الأرض ، مما يساعدنا على فهم عمل أنفاق الرياح وطيران الطائرات الورقية.

أسئلة مكررة

ما هو دور السرعة النسبية في ضبط الحركة الجوية؟

منذ السرعة النسبية يحدد اتجاه الريح ، يمكنه التحكم في الحركة الجوية.

إن توليد الرفع الديناميكي الهوائي ، الذي يحدد حركة الطائرة ، يتوافق مع السرعة النسبية للطائرة والهواء. ومع ذلك ، لا يمكننا حساب السرعة الجوية مباشرة حتى نتمكن من حساب السرعة النسبية للطائرة بالنسبة إلى الأرض ، مما يساعد على إيجاد السرعة الجوية. تصف هذه السرعة الجوية سرعة الطائرة في وسط جوي ويمكن أن تساعد الطيار في السيطرة على طائرته بحيث يمكن التحكم في الحركة الجوية.

هل السرعة النسبية تتغير مع المسافة؟

لا ، السرعة النسبية لا تتغير ؛ يظل كما هو ما دمت تلاحظ الحركة من نفس الإطار.

يوفر السرعة النسبية معنية بالملاحظة فقط. فمثلا، أنت تقيس سرعة دراجة تتحرك بسرعة معينة من سيارة تبعد مترًا واحدًا عن الدراجة. حتى عندما تتحرك الدراجة بشكل أسرع وتتحرك بعيدًا عنك بمسافة مترين ، ستحصل على السرعة النسبية نفسها لأنك قطعت بعض المسافة بالنسبة لتلك الدراجة.

ما هي أهمية السرعة النسبية؟

السرعة النسبية مهمة لفهم التفاعل بين الجسمين في الإطارات المختلفة.

في الأساس ، تساعدنا السرعة النسبية على فهم ما إذا كان الجسم في حالة سكون أم يتحرك. يساعدنا مفهوم السرعة النسبية في حساب سرعة النجوم والكويكبات بالنسبة إلى الأرض. كما أنه مفيد في عملية إطلاق الصواريخ وتحديد السرعة.

كيرثي مورثي

أنا Keerthi K Murthy ، لقد أكملت التخرج في الفيزياء ، مع التخصص في مجال فيزياء الجوامد. لطالما اعتبرت الفيزياء كموضوع أساسي مرتبط بحياتنا اليومية. كوني طالب علوم أستمتع باستكشاف أشياء جديدة في الفيزياء. ككاتب ، هدفي هو الوصول إلى القراء بالطريقة المبسطة من خلال مقالاتي. تصلني - keerthikmurthy24@gmail.com

آخر المقالات

رابط إلى هيكل وخصائص NaOH Lewis: 17 حقائق كاملة

هيكل وخصائص NaOH Lewis: 17 حقائق كاملة

هيدروكسيد الصوديوم عبارة عن قاعدة غير عضوية قوية ذات كتلة مولية 40 جم / مول. دعونا نناقش المزيد من هيدروكسيد الصوديوم في المقالة التالية. NaOH عبارة عن قاعدة معدنية قلوية ، لذا فإن طبيعة القاعدة قوية جدًا. إنه أيوني ...