الحركة الدورانية
تشمل الفيزيائية
الكثير من الفروع ويعد علم الحركة فرع من فروع
علم الميكانيكا، ويستخدم لوصف حركة الأجسام والأنظمة المادية، وغالبا يتم التعرف على
علم الحركة عن طريق مفهومين هما ثبات الأبعاد المكانية و استقلالها عن الزمن،أما الحركة
الإنتقالية أو الحركة الخطية ففيها يقوم الجسم بالتحرك في خط مستقيم وفي إتجاه وبعد
واحد، على عكس ما يحدث بالحركة الدورانية حيث يدور الجسم حول نفسه أي بالدوران حول
المركز أو حول محور معين، وتقوم بالتأثير فيه قوة لازمة حتى يحدث الدوران في سرعة ثابتة
على مدار حركة منتظمة أو تكون السرعة غير ثابتة و تتغير حسب الزمن، بينما الحركة الدائرية
يقوم فيها الجسم بالحفاظ على مسافة ثابتة هذه المسافة تقع من مركز يقع خارجه.
أمثلة للحركة الدورانية
1.
حركة مركز المروحة دورانية،
أما أذرعها فحركتها دائرية.
2.
دوران الأرض حول نفسها.
3.
دوران الأفعوانية حول نفسها.
4.
دوران العجلة حول نفسها.
5.
دوران النواعير بفعل المياه
الجارية.
6.
حركة الإلكترونات حول الذرة.
7.
حركة كوكب الأرض ودورانها
حول نفسها.
8.
حركة كوكب الأرض حول الشمس.
المقصود بالحركة الدورانية
يقصد بالحركة
الدورانية حركة الالتفاف حول مركز الجسم ذاته، معتمدا على عزم القوة، وهي مقدار القوة اللازمة التي تؤثر
على الجسم، وذلك من أجل التمكن من دوران الجسم حول المحور أو المركز، ويعبر عن هذا
باستخدام القانون التالي ، العزم= القوة× المسافة×جاهـ.
وتكتسب المسافة
التي تدور حول محورها طاقة حركية، وتكون المسافة هي المسافة بين المحور الذي يدور حوله
الجسم والنقطة التي تعرضت للقوة، أما الزاوية هـ: فهي الزاوية بين القوة والمسافة.
وحدات وقوانين قياس زوايا الدوران
وحدة الدرجة،
o, والتي تعادل, 360درجة،
وتعادل حدة الراديان
rad تعادل, 2π، ولفهم
الحركة الدورانية ووصفها فإننا بحاجة إلى فهم ومعرفة هذه القوانين الفيزيائية
الإزاحة الزاوية
وتعرف بأنها
التغير في الزاوية أثناء دوران الجسم، ويرمز لها بالرمزθ ( ثيتا )، وتقاس
بوحدة الراديان rad، مع ملاحظة أنه إذا كان اتجاه الدوران عكس دوران
حركة عقارب الساعة تكون زاوية الدوران موجبة, وإذا كان اتجاه الدوران في اتجاه حركة
عقارب الساعة تكون زاوية الدوران سالبة، بمعنى أكثر إيضاحا الإزاحة، هي التغيير بالزاوية
خلال حركة دوران الجسم.
العلاقة بين
الإزاحة الزاوية والإزاحة الخطية
تقاس الإزاحة
الخطية (d) بوحدة المتر
m.
القانون
: d = r θ.
السرعة الزاوية المتجهة
تعريف السرعة
الزاوية المتجهة بأنها تساوي الإزاحة الزاوية مقسوماً على الزمن الذي يتطلبه حدوث الدوران،
ويرمز لها بالرمزω( أوميجا ) .
وقانونها
Δθ\Δt = ω ، وتقاس بوحدة rad\s .
العلاقة بين
السرعة الزاوية والسرعة الخطية
تقاس السرعة
الخطية (v) بوحدة
m\s، وقنونها v=rw
وتعد الأرض
مثالاً على حركة جسم صلب حركة دورانية, وعلى الرغم من أن النقاط المختلفة على الأرض
تقطع مسافات مختلفة في كل دورة , إلا أن هذه النقاط جميعها تدور خلال الزاوية نفسها
, وكل اجزاء الجسم الصلب تدور بالمعدل نفسه .
التسارع الزاوي
يعرف التسارع
الزاوي بأنه يساوي التغير في السرعة الزاوية المتجهة مقسوماً على الفترة الزمنية التي
حدث خلالها هذا التغير.
1.
ورمزه
α، وقانونه α=
Δw\ Δt، ويقاس بوحدة rad\s2. α
2.
عندما يدور الجسم بمعدل
ثابت فإن سرعتة الزاوية ثابتة وتسارعة الزاوية صفر.
3.
ولمعرفة العلاقة بين التسارع
الخطي والتسارع الزاوي نستخدم القانون : a = r.
4.
وحدة قياس التسارع الخطي
: m\s2
5.
حيث
a هي
التسارع الخطي و r هي نص القطر, و
α هي
التسارع الزاوي.
السرعة الخاصة
بالزاوية المتجهة، وهي ما تساوي الإزاحة الزاوية بعد أن تُقسم على الزمن المطلوب لحدوث
حركة الدوران.
مثال توضيحي
إذا قمنا بقياس الزاوية
بدلاً من الموضع في الحركة الدورانية ، فإننا نحتاج إلى معرفة كيف تتغير الزاوية كلما
تحركت الأشياء. أدخل السرعة الزاوية (ω) والتسارع الزاوي
(α). يتم
قياس السرعة الزاوية في rad / s ، بنفس الطريقة يتم قياس السرعة الانتقالية في
m / s ، ويمثل تغيير الزاوية في وقت معين.
مثال سيارة
تتحرك بسرعة 30 م / ث ، لكن عجلاتها تدور بسرعة 130 راد / ثانية.
التسارع الزاوي
هو معدل تغير السرعة الزاوية ، يتم قياسه في rad / s2 ، تمامًا كما يتم قياس التسارع التعددي في
m / s2. عندما تسرع السيارة ، تدور العجلات بشكل أسرع.
يمكن أن تكون
السرعة الزاوية والتسارع الزاوي مرتبطين بنظرائهم المتعددين بنفس طريقة اتصال المسافة
القوسية: vt = rω ، في = rα
السرعة الزاوية الثابتة
إن أبسط حالة
للدوران حول محور ثابت هي السرعة الزاوية الثابتة، ويكون مجموع عزم الدوران هو صفر.
على سبيل المثال
من الأرض تدور حول محورها، هناك احتكاك قليل جدا. بالنسبة للمروحة، يطبق المحرك عزم
دوران للتعويض عن الاحتكاك. مثال آخر على غرار المروحة، تظهر المعدات الموجودة في صناعة
إنتاج الإنتاج الضخم دورانًا حول محور ثابت بفعالية، على سبيل المثال يتم استخدام مخرطة
متعددة الدوران لتدوير المواد على محورها لزيادة إنتاج القطع والتشوه والتحول بشكل
فعال، زاوية الدوران هي دالة خطية للوقت ، والتي تعد modulo 360 ° دالة دورية.
