تويت
الحركة الخطية، وتسمى أيضًا الحركة المستقيمة، هي حركة أحادية البعد على طول خط مستقيم، وبالتالي يمكن وصفها رياضيًا باستخدام بُعد مكاني واحد فقط. حركة خطية غير منتظمة عندما يتحرك كائن في مسار مستقيم. يمكن وصف حركة الجسيم (جسم شبيه بالنقطة) على طول خط من خلال موضعه x، والذي يختلف باختلاف t (الوقت). مثال على الحركة الخطية هو رياضي يركض لمسافة 100 متر في مسار مستقيم.
يمكن أن تكون الحركة الخطية في نوعين:
- حركة مستقيمة (Rectilinear motion)
- حركة منحنية (Curvilinear motion)
الحركة الخطية هي الحركة الأساسية. وفقًا لقانون نيوتن الأول للحركة، فإن الأجسام التي لا تواجه أي قوة صافية ستستمر في التحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة حتى تتعرض لقوة محصلة. في ظل الظروف اليومية، يمكن أن تتسبب القوى الخارجية مثل الجاذبية والاحتكاك في أن يغير الجسم اتجاه حركته، بحيث لا يمكن وصف حركته بأنها خطية.
يمكن للمرء أن يقارن الحركة الخطية بالحركة العامة. في الحركة العامة، يتم وصف موضع الجسيم وسرعته بواسطة المتجهات التي لها مقدار واتجاه. في الحركة الخطية، تكون اتجاهات جميع المتجهات التي تصف النظام متساوية وثابتة مما يعني أن الكائنات تتحرك على طول نفس المحور ولا تغير الاتجاه. لذلك يمكن تبسيط تحليل هذه الأنظمة من خلال إهمال مكونات الاتجاه للمتجهات المعنية والتعامل مع الحجم فقط.
الإزاحة
تسمى الحركة التي تتحرك فيها جميع جسيمات الجسم عبر نفس المسافة في نفس الوقت بالحركة الانتقالية. هناك نوعان من الحركات الانتقالية: حركة مستقيمة؛ حركة منحنية. نظرًا لأن الحركة الخطية هي حركة في بُعد واحد، فإن المسافة التي يقطعها جسم في اتجاه معين هي نفس الإزاحة. وحدة الإزاحة في النظام الدولي للوحدات هي المتر. إذا كان x1 هو الموضع الأولي لجسم وكان x2 هو الموضع النهائي، فسيتم حساب الإزاحة بحساب:
ما يعادل الإزاحة في الحركة الدورانية هو الإزاحة الزاوية θ المقاسة بالراديان. لا يمكن أن تكون إزاحة الجسم أكبر من المسافة لأنها أيضًا مسافة ولكنها الأقصر. ضع في اعتبارك شخصًا يسافر للعمل يوميًا. الإزاحة الإجمالية عند عودته إلى المنزل تساوي صفرًا، نظرًا لأن الشخص ينتهي به الأمر إلى حيث بدأ، ولكن من الواضح أن المسافة المقطوعة ليست صفرًا.
السرعة
تشير السرعة إلى الإزاحة في اتجاه واحد فيما يتعلق بفترة زمنية. يتم تعريفه على أنه معدل تغيير الإزاحة على التغيير في الوقت المناسب. السرعة هي كمية متجهة تمثل الاتجاه وحجم الحركة. مقدار السرعة يسمى السرعة. وحدة سرعة النظام الدولي للوحدات هي m.s-1أي متر في الثانية.
متوسط السرعة
متوسط سرعة جسم متحرك هو إجمالي إزاحته مقسومًا على الوقت الإجمالي اللازم للوصول إلى جسم من النقطة الأولية إلى النقطة الأخيرة. إنها السرعة المقدرة لمسافة تقطعها. رياضيا، تعطى عن طريق:
أين:
t1 هو الوقت الذي كان فيه الكائن في الموضع x1 و t2 هو الوقت الذي كان فيه الكائن في الموضع x2
مقدار السرعة المتوسطة |vavg| يسمى متوسط السرعة.
السرعة اللحظية
على عكس السرعة المتوسطة، بالإشارة إلى الحركة الكلية في فترة زمنية محدودة، تصف السرعة اللحظية للجسم حالة الحركة في نقطة زمنية محددة. يتم تعريفها من خلال ترك طول الفترة الزمنية Δt تميل إلى الصفر، أي أن السرعة هي مشتق الوقت من الإزاحة كدالة للوقت.
يسمى مقدار السرعة اللحظية |v| بالـ instantaneous speed.
التسارع
يتم تعريف التسارع على أنه معدل تغير السرعة فيما يتعلق بالوقت. التسارع هو المشتق الثاني من الإزاحة، أي يمكن إيجاد التسارع عن طريق تمييز الموضع فيما يتعلق بالوقت مرتين أو التفريق بين السرعة فيما يتعلق بالوقت مرة واحدة. وحدة التسارع في النظام الدولي للوحدات هي m.s-2أو متر لكل ثانية مربعة.
إذا كان aavg هو متوسط التسارع و Δv = v2 – v1 هو التغير في السرعة خلال الفترة الزمنية Δt ثم حسابيا،
التسارع اللحظي هو الحد، مع اقتراب Δt من الصفر، للنسبة Δv و Δt.
معدل تغير التسارع
معدل تغير التسارع (Jerk)، يُعرف المشتق الثالث للإزاحة بالنطر. وحدة SI هي ms-3. تُعرف معدل تغير التسارع في المملكة المتحدة أيضًا باسم النطر اوjolt.
الارتعاش
معدل تغير النطر، المشتق الرابع للإزاحة يُعرف بالارتعاش. وحدة الارتداد في النظام الدولي للوحدات هي ms-4 والتي يمكن نطقها كمتر في الثانية الرباعية.
معادلات الحركة
في حالة التسارع المستمر، يمكن ربط الكميات الأربعة: التسارع والسرعة والوقت والإزاحة باستخدام معادلات الحركة
هنا،
Vi هي السرعة الابتدائية
Vf هي السرعة النهائية
a هو التسارع
d هو الإزاحة
t هو الوقت المناسب
يمكن توضيح هذه العلاقات بيانيا. يمثل انحدار خط على الرسم البياني لوقت الإزاحة السرعة. يعطي انحدار الرسم البياني لوقت السرعة العجلة بينما تعطي المنطقة الواقعة أسفل الرسم البياني لوقت السرعة الإزاحة. تعطي المساحة الواقعة أسفل الرسم البياني الزمني للتسارع التغير في السرعة.
الحركة الترددية | Reciprocating motion
الحركة الترددية، وتسمى أيضًا الحركة بالمثل، هي حركة خطية متكررة صعودًا وهبوطًا أو ذهابًا وإيابًا. يوجد في مجموعة واسعة من الآليات، بما في ذلك المحركات والمضخات الترددية. تسمى الحركتان المتعاكستان اللتان تشكلان دورة تبادل واحدة بالسكتات الدماغية.
يمكن استخدام ذراع التدوير لتحويل الحركة الدائرية إلى حركة ترددية، أو على العكس من ذلك تحويل الحركة الترددية إلى حركة دائرية.
على سبيل المثال، داخل محرك الاحتراق الداخلي (نوع من المحركات الترددية)، يؤدي تمدد الوقود المحترق في الأسطوانات إلى دفع المكبس لأسفل بشكل دوري، والذي يؤدي، من خلال قضيب التوصيل، إلى تدوير العمود المرفقي. يؤدي الدوران المستمر للعمود المرفقي إلى دفع المكبس لأعلى استعدادًا للدورة التالية. يتحرك المكبس بحركة ترددية، والتي يتم تحويلها إلى حركة دائرية للعمود المرفقي، والتي تدفع السيارة في النهاية أو تقوم بعمل مفيد آخر.
تكون الحركة الترددية لمكبس المضخة قريبة من الحركة التوافقية الجيبية البسيطة ولكنها تختلف عنها. بافتراض أن العجلة مدفوعة بسرعة دوران ثابتة مثالية، فإن النقطة الموجودة على العمود المرفقي والتي تتصل بقضيب التوصيل تدور بسلاسة بسرعة ثابتة في دائرة. وبالتالي، فإن إزاحة تلك النقطة، هي بالفعل جيبية بالتعريف. ومع ذلك، خلال الدورة، تتغير زاوية قضيب التوصيل باستمرار. لذلك، فإن الإزاحة الأفقية للنهاية “البعيدة” لقضيب التوصيل (أي المتصلة بالمكبس) تختلف قليلاً عن الإزاحة الجيبية. إن الظروف التي لا تدور فيها العجلة بسرعة دوران ثابتة مثالية، مثل قاطرة بخارية تبدأ من نقطة توقف، هي إلى حد كبير ليست جيبية.
