القانون الرياضي لحساب السرعة

القانون الرياضي لحساب السرعة ، حيث إن القانون الرياضي المستخدم لحساب السرعة يعتمد على المسافة التي يقطعها الجسم، وعلى الفترة الزمنية التي إستغرقها الجسم لقطع المسافة، وفي هذا المقال سنتحدث بالتفصيل عن السرعة في الفيزياء، كما وسنوضح ما هو القانون الرياضي المستخدم لحساب سرعة الأجسام.

ما هي السرعة

السرعة (بالإنجليزية: Speed)، هي مقدار المسافة التي يقطعها الجسم في فترة زمنية محددة، وتعبر السرعة عن معدل التغير في المسافة بالنسبة للزمن اللازمة لقطع هذه المسافة، ويرمز للسرعة في الحسابات والمعادلات الرياضية بالرمز v أو بالرمز العربي ع، وتقاس بوحدة المتر لكل ثانية والتي يرمز لها بالرمز متر/ثانية أو بالرمز s/m، ويمكن تقسيم السرعة في الفيزياء حسب القيمة المتجهة أو القياسية على النحو الأتي:[1]

• السرعة القياسية (بالإنجليزية: Scalars speed): هي مقدار فيزيائي قياسي يعبر عن سرعة الجسم فقط دون تحديد إي إتجاه لحركة الجسم.
• السرعة المتجهة (بالإنجليزية: Velocity Vector): هي مقدار فيزيائي متجه يعبر عن سرعة الجسم مع تحديد إتجاه حركة الجسم.

في الواقع هناك فرق بين السرعة والتسارع في الفيزياء، حيث إن السرعة هي معدل تغير المسافة بالنسبة للزمن، أما التسارع فهو معدل تغير سرعة الجسم بالنسبة للزمن، ولذلك يتم إستخدام التسارع لوصف مقدار تغير السرعة أثناء حركة الجسم، حيث أنه في الغالب تتغير سرعة الأجسام في الطبيعة مع تغير الزمن.

شاهد ايضاً: هل تسقط جميع الاجسام بالسرعة نفسها

القانون الرياضي لحساب السرعة

إن القانون الرياضي لحساب السرعة هو قسمة التغير في المسافة على التغير في الزمن، وعلى سبيل المثال إذا كانت سارت سيارة مسافة 100 متر في فترة زمنية قدرها 10 ثواني فتكون سرعة السيارة في هذه الحالة تساوي 10 متر/ثانية، وذلك من خلال قسمة المسافة التي قطعتها السيارة والتي تساوي 100 متر على الزمن الذي إستغرقته السيارة لقطع هذه المسافة والذي يساوي 10 ثواني، وفي ما يلي القوانين الفيزيائية المستخدمة في حساب سرعة الأجسام وهذه القوانين هي كالأتي:[2]

السرعة = التغير في المسافة ÷ التغير في الزمن
ع = ( ف2 – ف1 ) ÷ ( ز2 – ز1 )
ويمكن إختصار القانون على النحو الأتي:
السرعة = Δ المسافة ÷ Δ الزمن 

حيث إن Δ تعبر عن التغير وإن وحدة السرعة هي متر/ثانية، بينما وحدة المسافة هي المتر، وأما الزمن فإنه يقاس بوحدة الثانية.

شاهد ايضاً: من طرق تغيير تسارع الأجسام زيادة سرعة الجسم

أنواع السرعة في الفيزياء

هناك عدة انواع من السرعة في الفيزياء التي يمكن حسابها أو قياسها للأجسام التي تتحرك، وفي ما يلي أنواع هذه السرعة التي يمكن حسابها أو قياسها، وهي كالأتي:[3]

• السرعة اللحظية (بالإنجليزية: Instantaneous Speed): هي سرعة الجسم في لحظة معينة فقط وهي كمية فيزيائية قياسية، حيث تعبر هذه السرعة عن مقدار السرعة في زمن محدد خلال حركة الجسم.
• متوسط ​​السرعة (بالإنجليزية: Average Speed): هي إجمالي المسافة المقطوعة مقسومة على الفترة الزمنية الكاملة التي إحتاجها الجسم لقطع هذه المسافة، وهي تعبر عن معدل أو متوسط سرعة الحسم أثناء الحركة
• السرعة المتغيرة (بالإنجليزية: Variable Speed): حيث إن هذه السرعة تعني أن الجسم يقطع مسافة مختلفة على فترات زمنية متساوية، أو يقطع مسافة متساوية على فترات زمنية مختلفة، وفي هذه الحالة يكون التسارع لا يساوي صفر.
• السرعة المنتظمة (بالإنجليزية: Uniform Speed): حيث إن هذه السرعة تعني أن الجسم يقطع مسافة متساوية في فترات زمنية متساوية، وفي هذه الحالة يكون التسارع يساوي صفر.

شاهد ايضاً: ما الفرق بين المسافة والازاحة

أمثلة على حساب السرعة للأجسام المتحركة

في ما يلي بعض الأمثلة العملية على حساب سرعة الأجسام من خلال القانون الرياضي لحساب السرعة، وهذه الأمثلة هي كالأتي:

• المثال الأول: حساب متوسط سرعة سيارة قطعت مسافة 350 كيلومتر في زمن قدره 4 ساعات فقط
  طريقة الحل:
  يجب أولاً تحويل وحدة الكيلومتر إلى وحدة المتر وتحويل الساعات إلى ثواني لينتج ما يلي:
  1 كيلومتر = 1000 متر
  350 كيلومتر = 350000 متر
  1 ساعة = 3600 ثانية
  4 ساعات = 14400 ثانية
  السرعة = Δ المسافة ÷ Δ الزمن
  السرعة = 350000 ÷ 14400
  السرعة = 24.3 متر / ثانية
• المثال الثاني: حساب سرعة دراجة هوائية قطعت مسافة 10 ميل في زمن قدره 45 دقيقة فقط
  طريقة الحل:
  يجب أولاً تحويل وحدة الميل إلى وحدة المتر وتحويل الدقائق إلى ثواني لينتج ما يلي:
  1 ميل = 1609 متر
  10 ميل = 16090 متر
  1 دقيقة = 60 ثانية
  45 دقيقة = 2700 ثانية
  السرعة = Δ المسافة ÷ Δ الزمن
  السرعة = 16090 ÷ 2700
  السرعة = 5.95 متر / ثانية
• المثال الثالث: حساب الزمن الذي إستغرقه جسم ما يسير بسرعة 5 متر / ثانية لقطع مسافة 4.6 كيلومتر
  طريقة الحل:
  يجب أولاً تحويل وحدة الكيلومتر إلى وحدة المتر لينتج ما يلي:
  1 كيلومتر = 1000 متر
  4.6 كيلومتر = 4600 متر
  السرعة = 5 متر / ثانية
  السرعة = Δ المسافة ÷ Δ الزمن
  الزمن = Δ المسافة ÷ السرعة
  الزمن = 4600 ÷ 5
  الزمن = 920 ثانية
  الزمن ≈ 15.3 دقيقة
• المثال الرابع: حساب المسافة التي قطعها شخص ما يركض بسرعة 1.7 متر / ثانية خلال زمن قدره نصف ساعة
  طريقة الحل:
  يجب أولاً تحويل الساعات إلى ثواني لينتج ما يلي:
  1 ساعة = 3600 ثانية
  0.5 ساعة = 1800 ثانية
  السرعة = 1.7 متر / ثانية
  السرعة = Δ المسافة ÷ Δ الزمن
  المسافة = السرعة × Δ الزمن
  المسافة = 1.7 × 1800
  المسافة = 3060 متر
  المسافة ≈ 3.06 كيلومتر

وفي ختام هذا المقال نكون قد عرفنا أن القانون الرياضي لحساب السرعة هو قسمة معدل التغير في المسافة على معدل التغير في الزمن، كما ووضحنا بالتفصيل ما هي السرعة وما هي السرعة المتجهة والقياسية، وذكرنا جميع أنواع السرعة التي يمكن حسابها أو قياسها في الفيزياء، بالإضافة إلى ذكر بعض الأمثلة العملية على طريقة حساب سرعة الأجسام من خلال القانون الرياضي لحساب السرعة.