بحث عن السرعة النسبية وأمثلة عليها

بحث عن السرعة النسبية

يوجد نوعان من السرعة في حياتنا، إذ أننا نقوم باستخدامهم من اجل أثبات شئ واحد، فيما تتواجد السرعة المتجهة والسرعة القياسية.

الكمية القياسية

هي كمية فيزيائية لا تحتاج إلا لسمة واحدة وهي المقدار حتى يتم تحديدها، فيما يتم أجراء عملية رياضية خاصة بها عن طريق الشكل المألوف أثناء استخدام الأرقام الحقيقة لتنفيذ عملية حسابية، نوضح فيما يلي اهم أمثلة الكميات القياسية:

• الطول: قد يستخدم لقياس الوقت أو الزمن، فطول اليوم يعني 24 ساعة، أو لقياس ارتفاع مثل الجبل، بالإضافة إلى قياس طول الشارع الذي يتم قياسه بالمتر.
• المساحة: هي مغرفة قياس منطقة محصورة في مكان معين، ويتم حسابها من خلال وحدة عدد مربعات وحدة المساحة الكاملة والمساحة الجزئية.
• الحجم: هو مقياس فيزيائي لقياس شغل جسم ما لحيز، فيما يختلف عن المساحة كونه مقياس لحيز ثلاثي الأبعاد.
• المسافة: تعرف بأنها طول للخط المستقيم بين نقطتين ما، وتقدر المسافة الفلكية بالسنين الضوئية.
• الزمن: عملية تقدم من خلالها الأحداث بصورة مستمرة وإلى اجل غير مسمى، حيث أنها عملية لا يمكن الرجوع فيها وتختلف تعريفاته باختلاف وجهات النظر.
• الكتلة: هي مقدار فيزيائي لما يحتويه الجسم من المواد، تعتمد على قوة الجاذبية ويتم قياسها بوحدة الجرام والكيلو جرام.
• الكثافة: صفة فيزيائية تعب عن علاقة الحجم بالكتلة في جسم ما، فكلما ازدادت كتلة الأحجام زادت كثافتها.
• القدرة: يتم تعريفها بأنها معدل بذل الشغل فيما تتساوى مع الطاقة المستهلكة في فترة زمنية محددة.
• درجة الحرارة: تشير إلى الطاقة الحرارية التي يقوم الجسم باختزانها، يتم قياسها عن طريق العديد من الوحدات مثل السيلزيوس والكلفن.

الكمية المتجهة

هي كمية فيزيائية يتم التعبير عنها من خلال سمي المقدار والاتجاه، حيث تستخدم في دراسة المشكلات الفيزيائية المتواجدة في اكثر من بعد، يمكن من خلالها تقسيم المشكلة إلى عدة مشكلات ولكن بصورة ابسط، نوضح فيما يلي دور المتجهات في دراسة الكون:

• يتكون الكون الذي نعيش فيه من 4 أبعاد على الأقل، إذ أن 3 أبعاد مكانية وهي الأمام والخلف والأعلى والأسفل واليمين واليسار، فضلا عن بعد واحد زمني.
• تستخدم في أجراء مقارنة بين كميتين من نوع واحد، فمن الخطأ مقارنة التسارع بالسرعة لأنهم نوعين مختلفين من المتجهات.
• أثناء أجراء علية رياضية للكميات المتجهة يتم أجراؤها مرتين، مرة للمقدار ومرة للاتجاه.
• تعد الكميات المتجهة اكثر تعقيدا من الكميات القياسية، بينما هي خاضعة لاحد انواع الخاصة من القواعد والعمليات الرياضية.
• تتعدد أمثلة الكميات المتجهة، إذ يوجد الموقع والإزاحة والسرعة المتجهة، فضلا عن التسارع والقوة.
• تعتبر الكميات التي تعتمد على الاتجاه هي عمليات متجهة، فيما تحتاج إلى مقدار ليتم التعبير عنها.

ما هي السرعة النسبية

ظهرت العديد من التعريفات والصيغ التي تقوم بتوضيح مفاهيم السرعة النسبية، نستعرضها فيما يلي:

• تمثل جزء من سرعة الضوء، ويتم حسابها من خلال تقدير علمي يقوم باستخدام النسبية الخاصة.
• من غير الممكن الوقوف على الحد الذي يصير الجسم عنده نسبيا، لكن يتم وصف الجسم بأنه اصبح نسبا عندما تكون ميكانيكا نيوتن غير قادرة على إعطاء وصف دقيق للسرعة بنسبة خطأ لا تتجاوز 1%.
• يعرف مصطلح السرعة النسبية بأنه مصطلح دال على كمية ما متجهة مساوية لناتج قسمة المسافة المقطوعة لجسم يتحرك والمدة الزمنية في قطعها.
• تعتبر النسبة احد الخواص الهامة للسرعة، بينما هي عبارة قيمة محددة يتم تقديرها بالمتر/ثانية.
• هي السرعة الخاصة بكائن أو جسم ما C في باقي الإطار لجسم أخر A، حيث أن السرعة C بالنسبة للسرعة D تساوي v⃗ c− v⃗ d، إذ أنها الصيغة الوحيدة التي توضح مفهوم السرعة النسبية عندما يقوم جسمين بالتحرك في نفس الاتجاه.
• بينما نحصل على v⃗ DC= v⃗ D+ v⃗ C، فيما يتم حساب النسبة لجسمين يتحركان في اتجاه معاكس بـv⃗ dc= v⃗ d− v⃗ c.

السرعة النسبية ميكانيكا

يتم دراسة السرعة النسبية فيزيائيا عن طريق دراسة الميكانيكا الكلاسيكية، نوضح ذلك فيما يلي:

• تهتم الميكانيكا الكلاسيكية بدراسة علم الحركة، إذ يعرف بالكينماتيكا.
• يقوم الدارس من خلاله بمعرفة مفهوم جسم الحركة بصورة مفصلة ودقيقه.
• يبدأ الدارس لعلم الحركة بتعريف موقع الجسم على انه موضع الجسم بالنسبة لنقطة مرجعية معينة، وتكون اقصر مسافة مقطوعة بين موضع الجسم الأصلي القديم وموضعه الجديد هي إزاحة الجسم.
• فيما تعد المسافة هي طول الخط الذي تحرك الجسم من خلاله.
• اصبح علم الميكانيك اكثر شمولا للجسيمات المنتقلة بسرعات فائقة، حيث تحتوي على مقادير مختلفة من الطاقة.
• يتم حساب الميكانيك النسبي الكمومي من خلال توحيد النسبية الخاصة مع ميكانيكا الكم.

السرعة القياسية

هي كمية فيزيائية قياسية لا تحتاج إلى مقدر ليعبر عنها، إذ تتواجد في نوعان، نبرزهم فيما يلي:

• السرعة القياسية المتوسطة: وهي التي تستنج من خلال قسمة المسافة المقطوعة خلال رحلة معينة على الزمن اللازم لتلك الرحلة ككل.
• السرعة القياسية اللحظية: هي مقدار للسرعة عند لحظة ما، او مقدار للسرعة الثابتة عبر فترة زمنية قصيرة.

مسائل عن السرعة النسبية

توجد العديد من لمسائل لحساب السرعة النسبية، نستعرض فيما يلي بعض من مسائل السرعة النسبية مع إيجاد حلها:

• ركب رجل قطار يتحرك بسرعة تقدر بـ20.0 م/ثانية بالنسبة للأرض، ثم ركض رغبة في الوصول إلى مقدمة القطار بسرعة تبلغ 3.0 بالنسة له فإن السرعة  النسبية تكون 23 نتيجة لحاصل جمع سرعة القطار مع سرعة الرجل.
• تحرك قارب نهري بسرعة 3 م/ثانية بالنسبة للماء، فيما يقوم راصد بتسجيل سرعة القارب من على الشاطئ فيجد أنها 0.5 م/ثانية، فإن سرعة ماء النهر تساوي

v _b/g = v _b/w + v _w/g

v _w/y  = v _b/g – v _b/w

v _w/y  = 1 – 3

v _w/y  = 2.

• اتجهت طائرة جوية نحو الشمال بسرعة تبلغ 150كم/ساعة، وهبت عليها رياح متجهة للشرق سرعتها 75 كم/ساعة بالنسبة للأرض، فإن سرعة الطائرة بالنسبة للأرض تساوي حاصل ناتج جذر (150 كم/ساعة) +(75 كم/ساعة)= 1.7× (10× 2)= 34 كم/ساعة.