كيفية مقارنة كمية غير معروفة مع كمية معيارية. ماذا يسمى هذا السؤال، الذي يطرحه العديد من طلاب مجال الفيزياء. يجب علينا أن نفهم بعض المفاهيم الأساسية والمصطلحات الفيزيائية لفهم كيفية المقارنة.
من بين المصطلحات المهمة تشمل السرعة في مختلف أشكالها والحركة في مختلف أنواعها، بالإضافة إلى مقارنة كمية غير معروفة مع مقياس معياري عن طريق التعرف على بعض المعادلات والرموز الرياضية والفيزيائية.
كيفية مقارنة كمية غير معروفة مع كمية معيارية، ماذا يسمى هذا؟
- يطلق على المقارنة بين كمية غير معروفة ومعيارية مصطلح السرعة المتجهة أو بالإنجليزية: السرعة النسبية
- السرعة المتجهة هي كمية متجهة تستخدم للتعبير عن معدل التغير الحادث في موضع الجسم بالنسبة لإطار زمني مرجعي
- تعبر أيضا عن سرعة واتجاه حركة جسم، حيث أن السرعة والحركة هما عاملان ضروريان لقياس السرعة الموجهة للجسم
شاهد أيضًا: مفهوم وطبيعة الضوء في الفيزياء
مثال على كيفية قياس كمية غير معروفة باستخدام قياس معياري
- عندما يتحرك جسم بسرعة 30 مترا في الثانية بزاوية تبلغ 45 درجة، فهذا يعني أن السرعة تتجه في اتجاه معين.
- لهذا الجسم معدل سرعته ثلاثين مترا في الثانية وزاوية الانحراف بين حركة الجسم ومحور السينات هي خمسة وأربعون درجة.
- تمثل هذه السرعة على المستوى الديكارتي بشكل سرعتين، السرعة الأولى تمثل بمحور الصادات الأفقي .
- والسرعة الثانية تمثل بمحور السينات الرأسي بالشكل
تعريف السرعة بشكل عام
مثال لتوضيح مفهوم السرعة
- رجل ذهب إلى المكتبة المجاورة لمنزله في الساعة الثلاثة مساء، ووصل إلى المكتبة بعد مرور ثلاثة وعشرين دقيقة.
- اقترض كتابا وغادر المكتبة في الساعة الثالثة والنصف، وركب سيارة للعودة إلى البيت حيث وصل في الساعة الثالثة وأربعين دقيقة.
- من الأمثلة السابقة يتبين أن الرجل استغرق فقط عشر دقائق في العودة أسرع من الوقت الذي استغرقه للذهاب
- ظهور مفهوم السرعة يعني زيادتها عند قطع مسافة معينة في وقت أقل
تنقسم السرعة إلى قسمين رئيسيين، على الرغم من استخدامهما في الحياة اليومية للتعبير عن نفس الشيء
أقسام السرعة هي التالي:
السرعة المتجهة Velocity
- إنها كمية فيزيائية متجهة، وتحتاج إلى تحديد قيمتها واتجاهها للتعبير عنها
- عندما تسير السيارة بسرعة 50 كيلومتر في الساعة باتجاه الشمال، فإن سرعتها تكون 50 كيلومتر في الساعة واتجاه حركتها هو الشمال
تنقسم السرعة المتجهة إلى:
سرعة متجهة متوسطة
- هي نسبة التغير في التحول مقسومة على نسبة التغير في الزمن، وتعبر عنها بالرمز Δف/Δز.
- لتحديدها، نحتاج إلى تحديد نقطة البداية ونقطة النهاية ووقت البداية ووقت النهاية، ويمكن تمثيلها بالمعادلة التالية: السرعة المتوسطة المتجهة = Δف / Δز
سرعة متجهة لحظية
- السرعة هي السرعة التي يكون الجسم عندها في لحظة ما، أو يمكن توضيحها بتثبيت الزمن في لحظة محددة.
- عند قياس سرعة الجسم، يجب ملاحظة أن المقصود بالسرعة المتجهة هو السرعة الموجهة لحظيا
السرعة القياسية Speed
هي كمية فيزيائية قياسية، ولا حاجة للتعبير عنها لتحديد أي قيمة
تنقسم السرعة القياسية إلى نوعين وهما التاليين:
السرعة القياسية المتوسطة
- تحسب هذه القيمة بقسمة المسافة التي يقطعها الجسم على الزمن الكلي الذي استغرقه في قطع تلك المسافة
السرعة القياسية اللحظية
- كيفية مقارنة كمية مجهولة بكمية معيارية أخرى تعرف بمقدار السرعة المتجهة اللحظية
قد يهمك: بحث حول مكتشف قانون الضغط على السوائل في الكيمياء
تعريف الكميات القياسية
- تم ذكر التعريف للسرعة المتجهة للكميات القياسية في وقت سابق، وسنتناولها هنا بتوضيح بعض التفاصيل لفهم معناها
- الكميات القياسية، أو ما يُسمى بالإنجليزية بكميات السكالار
- تعتبر وحدة القياس كمية مستخدمة لتحديد وحدة فيزيائية فقط
- توصف بعض هذه الكميات القياسية بقيمتها العددية فقط وبوحداتها الخاصة، دون الحاجة لتحديد أي اتجاهات، حيث لا يوجد اتجاه فيزيائي محدد لها
أمثلة على بعض الكميات القياسية
الكتلة Mass
- هي كمية قياسية تستخدم لحساب وزن مادة ما في حجم محدد، ووحدتها هي الكيلوجرام.
السرعة Speed
- هي كمية قياسية تستخدم لحساب السرعة الكلية للجسم، ووحدتها هي المتر في الثانية.
المسافة Distance
- تستخدم وحدة قياس قياسية لحساب مقدار إزاحة الجسم عن نقطة البداية الأصلية، ووحدتها هي المتر.
الزمن Time
- هو كمية قياسية تستخدم لقياس مقدار الركن اللازم لحدوث حدث فيزيائي معين، ووحدتها القياسية هي الثانية.
المساحة Area
- هو كمية قياسية تستخدم لحساب المساحة المحصورة بين طرفين، ووحدة قياسها هي المتر المربع
الحجم Volume
- هي كمية قياسية تستخدم لحساب مساحة محصورة بين ثلاثة أبعاد، ووحدتها المتر المكعب.
الكثافة Density
- هو مقياس يستخدم لحساب كمية المادة الموجودة في مساحة معينة، ووحدة القياس المستخدمة هي الجرام لكل متر.
درجة الحرارة Temperature
- تستخدم وحدة الكلفن كمية قياسية لقياس الطاقة الحرارية المنبعثة من جسم ما.
قد يهمك أيضا: قصة اكتشاف الجاذبية الأرضية وقوانينها
تعريف الكميات المتجهة
- تم ذكر الكميات المتجهة عند التعرف على كيفية مقارنة كمية غير معروفة مع كمية معيارية، ماذا يسمى هذا؟ في هذه الحالة وهي السرعة المتجهة، لذلك نوضح معناها بالتفصيل.
- يطلق عليها بالإنجليزية: Vector Quantity.
- هي الكمية المستخدمة لقياس المقدار والاتجاه للجسم، وتحديد الوحدة الفيزيائية بدقة
أمثلة على الكميات المتجهة
كمية الحركة Momentum
هو مقدار متجه يستخدم لحساب كمية الحركة للجسم، ووحدتها هي الكيلوجرام في المتر لكل ثانية
- التسارع Acceleration
- هو كمية متجهة تستخدم لقياس تغير سرعة الجسم، ووحدة قياسها هي المتر في الثانية المربعة
- الإزاحة Displacement
هي كمية متجهة تستخدم لقياس مقدار الانحراف والاتجاه للجسم بعيدا عن نقطة البداية، ووحدة قياسها هي المتر.
السرعة الزاوية Angular velocity
- هو كمية متجهة تستخدم لقياس مقدار واتجاه دوران جسم حول نقطة معينة، والراديان لكل ثانية هي وحدة قياسها.
القوة Force
- هو كمية متجهة تستخدم لقياس قوة التأثير على جسم معين وتحديد اتجاهه، ووحدتها هي النيوتن.
المجال الكهربائي Electric field
- هي كمية متجهة تستخدم لحساب مقدار واتجاه مجال الشحنة الكهربائية، ووحدتها هي النيوتن لكل كولوم.
أهمية معرفة كيفية مقارنة كمية غير معروفة بأخرى قياسية
- تكمن أهميتها في دراسة الكون والظواهر الكونية المحيطة بنا
- في حالة المقارنة بين كميتين متجهتين من نوع واحد، يجب أن نعلم أن المقارنة ليست بين السرعة المتجهة والتسارع، بسبب اختلاف نوعيتهما. وهذا ما يمكننا تحقيقه من خلال معرفة كيفية المقارنة بين كمية غير معروفة وأخرى معيارية
- مثال آخر، عند إجراء عملية رياضية على بعض الكميات المتجهة، سنعمل على تحديد قيمتها واتجاهها معا، وهو أمر يبدو معقدا لبعض الناس، ولكنه سهل ومبسط عندما نفهم كيفية مقارنة الكمية المجهولة مع الكمية المعيارية.
- كما يتم استخدامها في تحديد سرعة القطارات وتنبؤ وقت وصولها وحساب موقعها بدقة، وهذا يساعد في تحديد جداول زمنية للسفر لا يمكن التخلي عنها
كيفية مقارنة كمية غير معروفة مع كمية معيارية، ما يطلق عليه في مجال الفيزياء هو مصطلح السرعة المتجهة، وهي ذات فائدة كبيرة في مختلف المجالات، خاصة في دراسة الفلك والكون.
