الحركة والسرعة

1- تمهيد :

الميكانيك مجال العلوم الفيزيائية الذي يهتم بدراسة سكون و حركة الأجسام.مثال1 : كتاب فوق طاولة .مثال2 : كرة متدحرجة...

في وضعية ميكانيكية ,عندما نهتم بدراسة موضع , سرعة , تسارع جسم ما ...فإننا نقوم بالدراسة الحركية Etude cinématique للوضعية الميكيانيكية .وعندما نهتم بدراسة أسباب (القوى التي يخضع لها الجسم) سكون أو حركة الجسم فإننا نقوم بالدراسة التحريكية Etude dynamique . ندرس كذالك الوضعية الميكانيكية على المستوى الطاقي(طاقة الوضع , الطاقة الحركية , الطاقة الميكانيكية... ) : الدراسة الطاقية Etude énérgitique .

بفضل الميكانيك تحسنت وتطورت:

أساليب التنقل (الدراجات , السيارات ,الطائرات , المركبات الفضائية ...)
أساليب الإتصال (وضع الاقمار الصناعية في مدراتها ...)
أساليب البناء و الهندسة المعمارية (السدود , ناطحات السحاب , الجسور ... )
...

في هذا الفصل سنبدأ بالحركة والسرعة ...

2- الحركة: 1-2- نسبية الحركة : أ - الجسم المرجعي :

نعتبر الوضعية التالية (أنظر الشكل جانبه) : شخص راكب على سيارة . كيف يمكن للشخص ان يدرك انه يتحرك؟( دون الاعتماد على اهتزازات السيارة أو صوت المحرك)

الحل بسيط , يمكن الاعتماد على الشجرة (C) ,حيث ان الشخص "يتحرك" إذا تغيرت المسافة بينه وبين الشجرة .اذن نستنتج مايلي :

تتزود الطائرة المقاتلة (2) بالوقود في السماء من الطائرة (1). الطائرتين معا في حركة بالنسبة للأرض , لكنهما في سكون بالنسبة لبعضعا البعض.

الشخص (A) في حركة بالنسبة للشجرة (C) اذا تغيرت المسافة AC .
الشخص (A) في سكون بالنسبة للشجرة (C) اذا بقيت المسافة AC تابثة .
الشخص (A) في سكون بالنسبة للمركبة (B) : المسافة AB تابثة .

الشخص قد يكون في حركة أو يكون في سكون وهذا حسب الجسم الأخر الذي نعتبره مرجعا (الشجرة -السيارة).

∗خلاصة : الحركة نسبية حيث إن حركة أو سكون جسم تتعلق بجسم نعتبره كمرجع هذا الاخير نسميه الجسم المرجعي Le référentiel. ب - الجسم المرجعي - المعلم (Le repère) :

∗ النقطة المادية Point matériel : النقطة (أي بدون أبعاد ) المادية هي نقطة تخصص لها كتلة . عمليا نعتبر نقطة مادية كل جسم ذي أبعاد صغيرة مقارنة مع الاجسام الاخرى المتفاعلة معه .

∗أمثلة : طائرة في السماء , قمر اصطناعي في مداره , كوكب من المجموعة الشمسية ...

ان حركة او سكون جسم تتعلق بالجسم المرجعي , هذا الاخير يتم تزويده بمعلم.

لدراسة حركة الفراشة نختار كجسم مرجعي الشجرة , هذه الاخيرة مزودة بمعلم وبالتالي يمكن تحديد موقع الفراشة في الفضاء بدقة :مثلا موقع الفراشة محدد باحداثياتها (x , y , z).

بصفة عامة يكون جسم في حركة بالنسبة لجسم مرجعي مزود بمعلم إذا تغيرت على الأقل إحداثية من اخداثيا تالجسم في المعلم.

∗- المسار La trajectoire :

مجموع المواضع (Positions) المتتالية التي تحتلها النقطة المادية اثناء حركتها تسمى المسار . (الخط المتقطع باللون الاحمر يمثل مسار الفراشة)

2-2- نوع حركة: (مشاهدة فيديو) أ - حركة ازاحة : في هذه الحركة يكون اتجاه كل قطعة من الجسم الصلب (غير قابل للتشويه) تابثا.

∗ حركة ازاحة مستقيمية Mouvement de translation réctiligne : في هذه الازاحة يكون لكل نقطة من المتحرك (الجسم الصلب) مسارا مستقيميا . ( ش1 أسفله )
∗∗ حركة ازاحة دائريةMouvement de translation cerculaire :في هذه الازاحة يكون لكل نقطة من المتحرك مسارا دائريا (أو جزء او اجزاء من دائرة وفي هذه الحالة نسمي الحركة حركة ازاحة منحنية Mouvement de translation curviligne) .( ش2 أسفله )


ش 1 :حركة الرافعة حركة ازاحة مستقيمية	ش 2 :حركة العارضة المرتبطة بالعجلات حركة ازاحة دائرية

ب - حركة دوران Mouvement de rotation : في هذه الحركة اتجاه قطعة واحدة على الاقل من قطع الجسم الصلب يتغير.

في حركة دوران يكون لجميع نقط المتحرك حركة دائرية ممركزة حول محور الدوران (ماعدا النقط المنتمية للمحور ,تكون ساكنة بالنسبة إليه): أنظر الصورة جانبه.جميع نقط المروحة تدور حول محور الدوران

ملحوظة:

يمكن تحويل حركة إزاحة إلى حركة دوران (أو تحويل حركة دوران إلى حركة إزاحة) , انظر الأمثلة في الجدول أسفله . يمكنك ملاحظة الآلات الميكانيكية في محيطك ( ألعاب الأطفال ,دراجات , نظام توجيه هوائي استقبال القنوات الفضائية ,آلة الخياطة ...) -إحدر لمس العناصر الميكانيكية (العجلات المسننة , السلاسل ...أثناء حركتها ) - لاحظ وتتبع تحول الحركة بين حركة دوران وإزاحة...


حركة دوران العجلة المسننة الصغيرة تسبب حركة دوران العجلة المسننة الكبيرة. العجلة المسننة الصغيرة تدور في منحى دوران عقارب الساعة بينما العجلة المسننة الكبيرة تدور في المنحى المعاكس.	حركة دوران العجلة المسننة تسبب إزاحة العارضة (حركة إزاحة) . يمكن عكس العملية .	حركة إزاحة للمكبس تتحول إلى حركة دوران.يمكن عكس العملية

حركة الدوران حركة متكررة: إذا وضعنا علامة على عجلة في حركة دوران فإنك تلاحظ أن العلامة تدور لتكمل دورة ثم تبدأ دورة جديدة ( تجد هنا مفهوم التردد الذي درسته في المستوى السابق ) . تردد الدوران هو عدد الدورات في الثانية ( نعبر عن هذا التردد ب (tr/s) الحرفين tr يرمزان لدورة) : نكتب إذن f = n ⁄ t بحيث n عدد الدورات و t المدة الزمنية,يمكن كذالك التعبير عن هذا التردد بدورة في الدقيقة (tr/mn). إذا عدت للمثالين 2 و 3 في الجدول أعلاه تلاحظ أنه يمكن كذالك لحركة إزاحة أن تكون متكررة (المكبس يعود إلى موقعه البدئي بعد كل ذهاب و إياب يقوم به) . عادة نحتاج إلى معرفة,تتبع (أو ضبط) تردد دوران جسم :مثلا في السيارة معرفة السائق لعدد دورات المحرك في وحدة الزمن (الدقيقة عادة) تمكنه من اختيار الوقت المناسب(كي يكون نظام اشتغال محرك السيارة عاديا) لتبديل السرعة عبر علبة السرعات (Boite de vitesses) إن كنت تلعب ألعاب السيارات كلعبة Need for speed هذا سيساعدك في الفهم , قم في إعدادات اللعبة بإبطال نقل السرعة التلقائي (التحول إلى اليدوي) . مثال 2 : تتوفر آلة غسل الملابس على زر أو أزرار لضبط تردد دوران محركها أثناء عملية تجفيف الملابس. تردد الدوران معلومة مهمة كذالك في المنشئات الصناعية حيث تتواجد المحركات. * تردد دوران القرص الصلب للحاسوب بين 1500tr/mn و 7200tr/mn ; تردد دوران محرك آلة غسل الملابس 3000
بصفة عامة أقصى عدد من الحركات الممكنة لجسم صلب هو 6 ( 3 إزاحات تبعا للمحاور ox,oy و oz بالاظافة إلى 3 حركات دوران حول نفس المحاور) هذا العدد نسميه درجة حرية(Degré de liberté) للجسم . خذ جسما صلبا (تفاحة مثلا كما حدث مع نيوتن)وجرب هذا بنفسك . لاحظ الحركات التي تحدث في جسدك ,صنفها إلى حركات إزاحة ودوران ,حدد محور الدوران لكل حركة دوران.

3 - السرعة : 1-3-تحديد السرعة المتوسطة : أ - تجربة:

نسجل المسافة المقطوعة والمدة الزمنية المستغرقة من طرف كرة في سقوط داخل انبوب يحتوي زيت المحرك ونحصل على النتائج التالية:

ب - ملاحظة وتفسير:

دور زيت المحرك في هذه التجربة هو جعل سقوط الكرة بطيئا حتى يمكننا أخد القياسات.

جدول النتائج :

المسافة ب (cm)	0	3	6	9	12	15
المدة ب (s)	0	18	37	56	75	93

التمثيل المبياني للنتائج :

نلاحظ ان الدالة d=f(t) دالة خطية (مستقيم يمر بأصل المعلم) , اذن يوجد عدد حقيقي a موجب (a ∈ℜ+) بحيث d=a.t , نسمي العدد a السرعة ونرمز لها ب V ونكتب : d=v.t

ج - استنتاج:

السرعة المتوسطة هي خارج المسافة المقطوعة d والمدة الزمنية t المستغرقة ونكتب : v = d ⁄ t بحيث : d بالمتر و t بالثانية و v بالمتر على الثانية .

ملحوظة:

في حركة إزاحة يكون لجميع نقط المتحرك نفس السرعة . بالنسبة لحركة دوران ليست لجميع نقط المتحرك نفس السرعة , كما أن النقط المنتمية لمحور الدوران سرعتها منعدمة .(ستتبث هذا عند إجابتك على التمرينين1 و 2) كذالك ألق نظرة هنا.
السرعة اللحظية: هي السرعة في لحظة معينة ,مثلا عداد سرعة السيارة يعطي للسائق سرعة سيارته في لحظة معينة . كذالك نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والردار يعطي السرعة اللحظية...

2-3-طبيعة حركة : أ - تجربة : نعتمد الدراسة التحليلية للحركة أي تصوير مواقع متحرك على نفس الشريط دوريا . نحاكي هذه الطريقة باستعمال الحاسوب. ب - ملاحظة وتفسير: الحالة 1 :

السرعة ب (cm/s)	0	4	6	8	10	12
المسافة بين تسجيلين متتاليين ب (cm)	0	1	2	3	4	5

الحالة 2 :

السرعة ب (cm/s)	0	6	6	6	6	6
المسافة بين تسجيلين متتاليين ب (cm)	4	4	4	4	4	4

الحالة 3 :

السرعة ب (cm/s)	20	19	18	17	16	15
المسافة بين تسجيلين متتاليين ب (cm)	5	4,5	4	3,5	3	2,5

ج - استنتاج:

انطلاقا من التجربة السابقة نستنتج طبيعة حركة:

حركة متسارعة Mouvement accéléré : خلالها تتزايد السرعة عبر الزمن .
حركة منتظمة Mouvement uniforme : تبقى السرعة تابثة .
حركة متباطئة Mouvment retardé : خلالها تتناقص السرعة عبر الزمن .

4- السلامة الطرقية Securité routiere :(مشاهدة شريط)

يعتبر المغرب من بين الدول التي تحصد فيها حوادث السير أرواح المواطنين و تضعف إقتصاد البلاد , تتعدد أسباب هذه الحوادث فمنها ماهو بشري ومنها ما هو مادي لكن العامل البشري هو الحاسم:

عدم احترام قانون السير : احترام تحديد السرعة , عدم احترام الحمولة القانونية للعربة (تزداد الطاقة الحركية للعربة إطرادا مع مربع السرعة والكتلة :E_c=(1 ⁄2)mv² وبالتالي صعوبة التحكم في العربة و تزداد مسافة التوقف), عدم احترام علامات الوقوف , عدم احترام الاسبقية , التجاوز في الاماكن غير المسموح فيها ... السياقة تحث تأثير الكحولات , المخدرات أو بعض الأدوية , السياقة في حالة العياء , استعمال الهاتف النقال اثناء السياقة , التحدث مع الاخرين أثناء السياقة ... ( كلها عوامل تشتت التركيز) مسافة التوقف Distance d'arret ( d_A ): هي المسافة التي تقطعها العربة بين اللحظة التي يظهر فيها الخطر و اللحظة التي تتوقف فيها العربة . تنقسم هذه المسافة إلى جزئين :

مسافة رد الفعل Distance de réaction ( d_R ): هي المسافة التي تقطعها العربة بين لحظة التقاط الخطر ولحظة الضغط على الفرامل :d_R=V.t_Rبحيث tR مدة رد الفعل, متوسط مدة ردة الفعل هو ثانية .( بالإظافة إلى السرعة ,هذه المسافة تزداد بسبب العوامل المشتتة للتركيز المذكورة سابقا والتي تجعل مدة رد الفعل أكبر)
مسافة الفرملة Distance de freinage ( d_F ): هي المسافة التي تقطعها العربة بين لحظة الضغط على الفرامل ولحظة توقف العربة :d_F=0.05.V²⁄K(بالإظافة إلى السرعة(مربع السرعة),هذه المسافة تتأثر بالحالة الميكانيكية للعربة , حالة الطريق و الحالة الجوية التي تجعل انزلاق العربة أكبر ) k معامل يتعلق باحتكاك العجلات على الأرض .