السيارة المسرعة هي سيارة يتغير مقدار سرعتها بالزيادة مع الزمن. وعندما تتحرك السيارة في خط مستقيم ويكون متجه التسارع في اتجاه متجه السرعة نفسه، فإن مقدار سرعتها يزداد.
ما الفرق بين السرعة والتسارع؟
السرعة المتجهة تصف معدل تغير موضع السيارة مع تحديد اتجاه الحركة، وتقاس بالمتر لكل ثانية. أما التسارع فيصف معدل تغير السرعة المتجهة مع الزمن، ويقاس بالمتر لكل ثانية مربعة.
قد يتغير التسارع بسبب:
- زيادة مقدار السرعة.
- انخفاض مقدار السرعة.
- تغير اتجاه الحركة، حتى لو ظل مقدار السرعة ثابتًا.
لذلك لا تقتصر كلمة «تسارع» في الفيزياء على زيادة السرعة فقط، وإن كان هذا هو معناها الأكثر شيوعًا في الحياة اليومية.
متى تزداد سرعة السيارة؟
إذا كانت السيارة تتحرك إلى الأمام وكان متجه التسارع إلى الأمام أيضًا، يزداد مقدار سرعتها. ويمكن تمثيل ذلك بأسهم للسرعة يزداد طولها مع مرور الزمن.
أما إذا كان التسارع عكس اتجاه السرعة، فإن السيارة تتباطأ. وقد يسمى هذا تباطؤًا في الاستعمال اليومي، لكنه يظل نوعًا من التسارع في الوصف الفيزيائي لأن السرعة المتجهة تتغير.
قانون التسارع المتوسط
يحسب التسارع المتوسط من العلاقة:
التسارع المتوسط = التغير في السرعة ÷ التغير في الزمن
أي:
a = (السرعة النهائية − السرعة الابتدائية) ÷ الزمن
إذا انطلقت سيارة من سرعة 5 م/ث ووصلت إلى 20 م/ث خلال 3 ثوانٍ، فإن:
a = (20 − 5) ÷ 3 = 5 م/ث²
وهذا يعني أن سرعة السيارة زادت بمقدار 5 م/ث في كل ثانية خلال الفترة المدروسة، إذا افترضنا تسارعًا منتظمًا.
هل يمكن أن تتسارع السيارة بسرعة ثابتة؟
نعم إذا تغير اتجاهها. عندما تدخل السيارة منعطفًا بسرعة مقدارها ثابت، يتغير اتجاه متجه السرعة؛ لذلك تكون متسارعة باتجاه داخل المنعطف. هذه هي فكرة التسارع المركزي في الحركة الدائرية.
كيف نقرأ مخطط الحركة؟
في مخطط مواضع السيارة خلال أزمنة متساوية:
- تزايد المسافة بين المواضع المتتالية يعني أن السيارة تزداد سرعة.
- تناقص المسافة يعني أنها تتباطأ.
- ثبات المسافات في خط مستقيم يعني سرعة ثابتة وتسارعًا يساوي صفرًا.
- تغير اتجاه النقاط يعني وجود تسارع حتى مع تقارب المسافات.
أخطاء شائعة
- الخلط بين السرعة والتسارع؛ فالسرعة ليست هي التسارع.
- الاعتقاد أن الإشارة السالبة تعني دائمًا تباطؤًا؛ الإشارة تعتمد على الاتجاه الموجب المختار.
- استخدام كم/س مع الثواني دون تحويل الوحدات قبل الحساب.
- وصف سيارة عند لحظة واحدة بأنها متسارعة من دون مقارنة سرعتها بين زمنين أو معرفة تغير الاتجاه.
أسئلة شائعة
ما الإجابة المختصرة لوصف السيارة المسرعة؟
هي سيارة يزداد مقدار سرعتها مع الزمن، ويكون تسارعها في اتجاه حركتها في الحالة الخطية البسيطة.
ما وحدة التسارع؟
المتر لكل ثانية مربعة، وتكتب م/ث².
هل الضغط على المكابح يلغي التسارع؟
لا. المكابح تسبب تسارعًا معاكسًا لاتجاه الحركة فينخفض مقدار السرعة.
الخلاصة
لفهم السيارة المسرعة، قارن متجهي السرعة والتسارع. إذا كانا في الاتجاه نفسه زاد مقدار السرعة، وإذا كانا متعاكسين انخفض، وإذا تغير اتجاه الحركة وجد تسارع حتى مع ثبات مقدار السرعة.
