أبجدية الفيزياء: السرعة

لنفترض أنَّ سيارتين تقطعان مسافةً قدرها 500 متر، سيتبيَّن معنا بالحدس أنَّ السيَّارة التي تقطع هذه المسافة في زمنٍ أقل هي السيَّارة الأسرع. إذًا يرتبط مفهوم السُّرعة بالمسافة المقطوعة وبزمن قطع هذه المسافة، وكلَّما كان الجسم المُتحرِّكُ أسرعَ قلَّ زمن قطع المسافة.

قبل أن تتابع قراءة هذه المعلومة، ضع في ذهنك أربعةَ مفاهيم هي: السُّرعة اللحظيَّة ومتَّجه السُّرعة اللحظية والسُّرعة الوسطيَّة ومتَّجه السُّرعة الوسطيَّة، وما يهمُّنا فيما يأتي هو التَّمييز بين السُّرعة "Speed" (سواء كانت لحظيَة أم وسطيَّة) ومتَّجه السُّرعة "Velocity" (سواء كانت لحظيَّة أم وسطيَّة)؛ فغالبًا ما يُخلَطُ بين مفهومَي السرعة ومتَّجه السرعة، وهنالك فرقٌ بين مفهومي: السُّرعة اللحظيَّة "Instantaneous speed" (ويُعبَّر عنها اختصارًا: السُّرعة "Speed") والسُّرعة الوسطيَّة "Average speed"، وبين مفهومَي مقدار متَّجه السُّرعة اللحظيَّة "Instantaneous velocity" (ويُعَّبر عنها اختصارًا: متَّجه السُّرعة "Velocity") ومتَّجه السُّرعة الوسطيَّة "Average velocity".

تُمثِّلُ السُّرعة "Speed" القيمةَ العدديَّة لمتَّجه السُّرعة "Velocity" في كلِّ لحظة بغضِّ النَّظر عن الاتِّجاه، أما متَّجه السُّرعة فهو المقدار الاتِّجاهي الذي يمتلك عددًا وجهةً؛ وهو الإزاحةُ مقسومةً على زمن هذه الإزاحة في اللحظة نفسها.

بينما لا تُمثِّلُ السُّرعة الوسطيَّة "Average speed" متَّجه السُّرعة الوسطيَّة (Average velocity" (1".

تخيَّل عداءً يقطع مسافةً دائريًّةً قيمتها 40 كيلومترًا. إنَّ إزاحة هذا العدَّاء تساوي الصِفر إذا عاد إلى النُّقطة التي انطلق منها، وبذلك يكون متَّجه سرعته مساويًا الصِّفر وسطيًّا!! وذلك لأنَّ متَّجه السُّرعة الوسطيَّة هو الإزاحة مقسومةً على زمن هذه الإزاحة، لكنَّ العدَاء ركض بسرعة يُمكِن قياسها أو حسابها في كلِّ لحظة، أو خلال زمن قطع المسافة كلها؛ وبذلك فإنَّ السُّرعة الوسطيَّة هي المسافة الكليَّة المقطوعة مقسومةً على زمن قطع تلك المسافة. إذًا ما نقيسه فعليًّا هو السُّرعة "Speed"، وهو أيضًا ما يقيسه عدَّاد السُّرعة في السيَّارات كلَّ لحظةٍ في أثناء حركة السيَّارة (1,2).

(يمكنك الاطِّلاعُ على الفرق بين المسافة والإزاحة هنا)

يميِّزُ الفيزيائيون إذًا بين قيمة السُّرعة "Speed" ومتَّجه السُّرعة "Velocity"، ولذلك ندعوه في الفيزياء المقدار المُتَّجِه؛ وهو مقدارٌ يعتمد قياسه على جهته وقيمته في آنٍ معًا وليس على قيمته فقط، فالعدَّاء في المثال السّابق يتحرَّك على مسار دائريِّ، لذا فإنّه يغيِّر اتّجاه سرعته في كل لحظةٍ في أثناء حركته الدَائريَّة على حلبة السِّباق، وبذلك فإنَّ متَّجه سرعته يأخذ قيمًا سالبةً وموجبةً وفقًأ لجهةِ حركته؛ وبذلك يصبح متَّجه سرعته -وسطيًّا- مساويًا الصِّفر! أمَّا قيمة السُّرعة فلا يمكن أن تكون مقدارًا سالبًا بأيَّة حال من الأحوال، فالعدَّاءُ إمَّا أنَّه يتحرَّكُ بسرعةٍ ما ذات قيمةٍ أعلى من الصِّفر يشير العدَّاد لها، أو أنَّه ساكن؛ أي أنَّ قيمةَ سرعته تساوي الصِّفر، وبذلك لا توجد قيمٌ سالبةٌ للسُّرعة على عدَّاد السُّرعة (بعكس مقياس درجة الحرارة مثلًا) (1,3).

المصادر: