أنواع السرعة
تعبر السرعة عن المسافات التي تقطعها الأجسام خلال فترة زمنية محددة، وتعتبر قيمة متجهة، حيث تتضمن الرقم والاتجاه. سنستعرض فيما يلي الأنواع المختلفة من السرعة:
السرعة المنتظمة
تشير السرعة المنتظمة إلى الأجسام التي تقطع مسافات متساوية في فترات زمنية متساوية أثناء حركتها، مما يعني أن كل من قيمة السرعة واتجاهها يبقيان ثابتين في أي لحظة. تنطبق هذه السرعة على الأجسام التي تتحرك في خط مستقيم وبسرعة ثابتة. مثال على ذلك هو بعض الأجسام الفضائية الموجودة خارج النظام الشمسي، والتي لا تتأثر بقوى خارجية. يمكن حساب السرعة المنتظمة باستخدام المعادلة التالية:
السرعة = الإزاحة / الفترة الزمنية
السرعة المتغيرة
تصف السرعة المتغيرة الأجسام التي تتغير سرعتها في نقاط مختلفة على طول مسار حركتها، وهذا التغير قد يكون في اتجاه السرعة أو قيمتها العددية، أو كلاهما. وقد يطرأ اختلاف في الاتجاه أو يمكن أن يقطع الجسم مسافات غير متساوية في فترات زمنية متساوية، أو العكس. يشير مقدار التغير في هذه السرعة إلى التسارع، مثلما يحدث مع المذنبات والكويكبات حيث تتأثر سرعتها وتوجهها بفعل الجاذبية.
السرعة اللحظية
تمثل السرعة اللحظية متوسط السرعة بين نقطتين على مسار الجسم عندما تقترب الفترة الزمنية بين هاتين النقطتين من الصفر. إن تقليل الفترة الزمنية بشكل كبير يجعل الجسم بدون تسارع خلال تلك الفترة. يمكن حساب السرعة اللحظية باستخدام القانون التالي:
السرعة اللحظية = نهــــا [(ف(ز + Δز) – ف(ز)) / Δز] ….. عندما Δز تؤول إلى الصفر.
السرعة اللحظية = د ف(ز) / دز
حيث ترمز:
- ف: المسافة
- ز: الزمن
- Δز: مقدار التغير في الزمن
- نهــــا: النهاية
- د ف(ز) / دز: مشتقة المسافة بالنسبة للزمن
السرعة الحدية
تعتبر السرعة الحدية نوعاً خاصاً من السرعات، حيث تشير إلى السرعة الثابتة التي يصل إليها جسم يسقط بحرية داخل غاز أو سائل. يتحرك الجسم الساكن لزيادة سرعته حتى يصل إلى السرعة الحدية، بينما سيتباطأ الجسم الذي يتم إطلاقه بسرعة أعلى حتى يحقق هذه السرعة. لذا، يتحقق الجسم السرعة الحدية عندما يصبح تسارعه صفراً. من الأمثلة على الأجسام التي تتحرك بسرعة حدية، المظليين وقطرات المطر.
السرعة المتوسطة
تعرف السرعة المتوسطة بأنها مقدار التغير في الموضع (الإزاحة) خلال فترة زمنية معينة، وقد تكون هذه القيمة موجبة أو سالبة وفقًا لإشارة الإزاحة. يتم حساب السرعة المتوسطة عبر المعادلة التالية:
السرعة المتوسطة = (الموضع النهائي – الموضع الابتدائي) / (الزمن النهائي – الزمن الابتدائي)
السرعة الزاوية
تُعرف السرعة الزاوية بأنها سرعة حركة جسم حول نقطة أو مركز معين خلال فترة زمنية محددة. تقاس هذه السرعة بوحدات راديان لكل ثانية، حيث تعبر عن التغير في الزاوية بالنسبة لوحدة الزمن. تُعرف السرعة الزاوية أيضًا بالسرعة الدورانية.