أمثلة توافقية بسيطة: شرح مفصل


عندما يتحرك الجسيم في خط مستقيم ذهابًا وإيابًا حول موضع توازنه ، فإن حركة الجسيم تسمى "الحركة التوافقية البسيطة. دعونا نناقش أمثلة بسيطة للحركة التوافقية.

بندول الساعة

عندما يكون للكتلة النقطية خيط عديم الوزن وغير مرن ومرن تمامًا يتم تعليقه من دعامة صلبة ، فإن مثل هذا الترتيب يُعرف باسم البندول البسيط. إذا قمنا بإزاحة الكتلة النقطية قليلاً إلى جانب واحد وأطلقناها. ثم في مثل هذه الظروف ، فإن البندول بسيط يبدأ في التأرجح ذهابًا وإيابًا من موضعه المتوسط. هذا التأرجح للبندول البسيط في خط مستقيم من موضعه المتوسط ​​هو مثال على الحركة التوافقية البسيطة.

بندول بسيط
بندول بسيط

تذبذب أوتار الجيتار

آلة موسيقية مثل أوتار الجيتار هي مثال على الحركة التوافقية البسيطة. عندما نقرع وتر أوتار الجيتار ، يبدأ الوتر في التحرك جيئة وذهابا. أولاً ، تتحرك أوتار الجيتار للأمام ثم تتحرك في الاتجاه المعاكس. هذه الحركة تسبب الاهتزاز. هذه الاهتزازات الناتجة عن أوتار الجيتار تخلق موجات الصوت التي تسمعها آذان الإنسان كموسيقى

سيارة مشتبه بها

يحتوي نظام تعليق السيارة على نوابض ، حيث تتمتع النوابض بخاصية المرونة كلما كان هناك أي عثرة في الكمادات الزنبركية مما يؤدي إلى ارتفاع عجلات السيارة دون رفع جسم السيارة فعليًا بشكل مشابه عند تمدد الينابيع ، مما يؤدي إلى سقوط العجلة دون السقوط الفعلي للسيارة هذا يسبب حركة جيئة وذهابا وهي حركة توافقية بسيطة. على الرغم من أن هذا النوع من الحركة هو التخميد مما يعني أنه يقل بمرور الوقت. تعمل هذه الحركة التوافقية البسيطة على تقليل الصدمة التي يتلقاها الركاب عندما تمر السيارة عبر مطب.

السمع

بفضل الحركة التوافقية البسيطة ، يمتلك الكائن الحي القدرة على السمع. عندما تأتي الجزيئات المهتزة على طبلة الأذن ، فإنها تتسبب في اهتزاز طبلة الأذن. تنتقل هذه الاهتزازات التي تحدث في طبلة الأذن إلى أدمغة الكائنات الحية. في الوقت المناسب ، تنتقل هذه التفاصيل إلى دماغ الكائن الحي من خلال الأعصاب السمعية ، ثم يترجم الدماغ هذه الاهتزازات إلى أصوات يمكن فهمها.

بنجي القفز

يمكن أيضًا رؤية أمثلة بسيطة للحركة التوافقية في رياضاتنا ، على سبيل المثال ، القفز بالحبال. في الرياضات المغامرة مثل القفز بالحبال ، يتم ربط كابل ارتداد طويل بأرجل الشخص. ثم يقوم الشخص بقفزات القفز بالحبال من منصة معينة تقع على ارتفاع.

عندما يقفز الشخص من الجرف ، بسبب ارتداد الكابل ، يتم سحبه للخلف ويتحرك مرة أخرى لأسفل بسبب الجاذبية ؛ هذا لا يزال مستمرا. نظرًا لأنه يمكن رؤية حركة متكررة جيئة وذهابا في القفز بالحبال ، فهي مثال على الحركة التوافقية البسيطة.

أرجوحة

يمكن رؤية التأرجح بسهولة في المتنزهات والحدائق والمدارس وما إلى ذلك. تُعرف الحركة التي تظهر في التأرجح بالحركة التوافقية البسيطة لأنه أثناء التأرجح ، فإن الطفل الجالس عليها يتعرض للقوة التي تؤثر عليها ، والتي تتناسب طرديًا مع إزاحتها و موجهة نحو وضع التوازن. يؤدي هذا إلى الحركة المتكررة ذهابًا وإيابًا للتأرجح ، مما يتسبب في حركة توافقية بسيطة.                                                                                                         

مهد نيوتن

يمكن رؤية الحركة التوافقية البسيطة بتنسيق مهد نيوتن. هذا جهاز يظهر مبدأ الحفاظ على الزخم ومبدأ الحفاظ على الطاقة.

يتكون مهد نيوتن من 5 كرات معدنية معلقة بخيط بحيث تكون حركة الكرات في مكان واحد. يتم وضع جميع الكرات بحيث تكون جميع الأجرام السماوية في حالة راحة وتكون جميع الكرات على اتصال مع الكرة المجاورة. في مهد نيوتن ، عندما يتم أخذ الكرة الأخيرة من السكون وسحبها وتحريرها ، تبدأ الكرة في التأرجح مثل البندول ، وتصطدم الكرة المحررة بالكرة المجاورة.

عندما تتلامس الكرة المجاورة مع الكرة المحررة ، تنتقل الطاقة والزخم من الكرة المحررة عبر الكرات الثلاث في حالة سكون إلى الكرة النهائية على الكرة الطرفية الأخرى. يؤدي نقل الطاقة والزخم إلى تحريك الكرة بنفس سرعة الكرة الأولى. إذا تم سحب أكثر من كرة واحدة وتحريرها ، فسيتم تحريك نفس العدد من الكرات ، بنفس القدر ، من نهاية مجالات الراحة. هنا يمكننا أن نرى تذبذب الكرات (ذهابا وإيابا). إنهم يعرضون حركة توافقية بسيطة.

نيوتن مهد
مهد نيوتن

حركة جسم في حفرة محفورة في مركز الأرض

تخيل لو كان لدينا نفق يمر عبر مركز الأرض وجسم به كتلة ما بداخله. ثم بسبب الجاذبية ، تتحرك القوة التي تؤثر على الجسم باتجاه مركز الأرض. هنا لن يسقط الجسم أبدًا إلى جانب آخر من حفرة الأرض بسبب التباين في ثابت الجاذبية "g" ، وهو أقصى حد عند السطح وصفر في مركز الأرض.

عندما يسقط الجسم باتجاه مركز الأرض ، فإنه يصل فقط إلى المركز ، ثم يتم سحب الجاذبية عليه مرة أخرى بسبب تحركه مرة أخرى في الاتجاه المعاكس. هذه العملية مستمرة. هذه الحركة الدورية للجسم داخل ثقب الأرض هي حركة توافقية بسيطة. ومع ذلك ، هذا مثال نظري على الحركة التوافقية البسيطة.

كرة تؤدي SHM
كرة تؤدي SHM

كتلة محملة على الينابيع

عندما يتم تعليق كتلة من الطرف السفلي من الينابيع ، ثم بسبب وزنها ، يزداد طول الربيع. بسبب مرونة الينابيع ، فإنها تمارس قوة الاستعادة ، والتي بسببها تتحرك مرة أخرى في الاتجاه المعاكس. عندما نسحب الكتلة تتدلى قليلاً للأسفل ثم تنطلق. ثم يتأرجح لأعلى ولأسفل مع الكتلة المحملة ، وهو مثال على الحركة التوافقية البسيطة.   

تذبذب الكتلة في السائل

تذبذب الكتلة في السائل هو أيضا مثال على الحركة التوافقية البسيطة. عندما يتم دفع الكتلة لأسفل قليلاً في السائل وتركها ، فإنها تبدأ في التأرجح لأعلى ولأسفل في السائل لتظهر حركة توافقية بسيطة.                                                                                       

أمثلة بسيطة للحركة التوافقية
تذبذب الكتلة في السائل

التواء البندول

الالتواء البندول هو مثال للحركة التوافقية الزاويّة البسيطة. يتكون بندول الالتواء من قرص معلق بسلك رفيع. عندما يتم لفها وتحريرها ، فإنها تتحرك ذهابًا وإيابًا في اتجاه تنفيذ حركة توافقية بسيطة. يدور بندول الالتواء في مكان الأرجوحة. تستخدم هذه الأنواع من البندولات في ساعة اليد الميكانيكية.

البندول الالتوائي يعرض SHM

تأرجح كرة في غرفة هوائية

تظهر الكرة الموجودة في غرفة الهواء ذات العنق الطويل أيضًا حركة توافقية بسيطة. لنفترض أننا اعتبرنا كرة في عنق حجرة هوائية بها ضغط هواء. ضغط الهواء في الحاوية جوي. إذا دفعنا الكرة لأسفل قليلاً في عنق حجرة الهواء ، ستبدأ الكرة في التذبذب لأعلى ولأسفل ، مما يُظهر حركة توافقية بسيطة.

تذبذب الكرة في غرفة الهواء تظهر SHM

ريا باندي

أنا ريا باندي. لقد أكملت التخرج بعد التخرج في الفيزياء في عام 2021. أعمل حاليًا كخبير في مادة الفيزياء لطلاب Lambdageeks. أحاول أن أشرح موضوع الفيزياء الذي يسهل فهمه بطريقة بسيطة.

آخر المقالات