يعد البحث عن الحركة الدورانية أحد الأبحاث المهمة جدًا التي يتعين على الطلاب إكمالها في الفيزياء. عندما تتحرك الأشياء بأشكال مختلفة ، بما في ذلك الحركة الدورانية ؛ نظرًا لأنه عادةً ما يصف حركة جسم صلب حول محور ثابت ، فهي حالة خاصة للحركة الدورانية. في هذه المقالة سنزودك ببحث كامل عن الحركة الدورانية ، بما في ذلك تعريف الحركة الدورانية ومعادلاتها وقوانينها ، بالإضافة إلى تزويدك بأهم تطبيقات الحركة الدورانية في الحياة اليومية.
جدول المحتويات
بحث الحركة الدورانية
عادة ما يُطلب البحث عن الحركة الدورانية من الطلاب في الفيزياء ، حيث يكون موضوع الحركة أحد أهم فروع الفيزياء التي يجب الانتباه إليها وإعطاؤها أولوية كبيرة نظرًا لتطبيقاتها العملية في الحياة اليومية. في ما يلي ، نقدم لك بحثًا كاملاً عن الحركة الدورانية في الفيزياء.
مقدمة ورقة بحثية عن الحركة الدورانية
إذا قمت بتدوير عجلة دراجة أو دفع عجلة دوارة ، فأنت تعلم أن القوة مطلوبة لتغيير السرعة الزاوية. على سبيل المثال ، نعلم أن الباب ينفتح ببطء إذا دفعنا قريبًا جدًا من مفصلاته ، بالإضافة إلى أننا نعلم أنه كلما كان الباب أكبر ، كان فتحه أبطأ. يشير المثال السابق إلى أنه كلما ابتعدت القوة عن المحور ، زاد التسارع الزاوي ؛ والنتيجة الأخرى هي أن التسارع الزاوي يتناسب عكسياً مع الكتلة. تبدو هذه العلاقات مشابهة جدًا للعلاقات المألوفة بين القوة والكتلة والتسارع المتجسد في قانون نيوتن الثاني للحركة. [1]
تحديد الحركة الدورانية
يمكن تعريف الحركة الدورانية بأنها حركة جسم حول مسار دائري ، في مدار ثابت. يمكن تعريفه أيضًا على أنه حركة الجسم حيث تتحرك جميع جسيماته في حركة دائرية بسرعة زاوية مشتركة حول نقطة ثابتة ، على سبيل المثال دوران الأرض حول محورها. تسمى الطاقة الناتجة عن هذه الحركة الدورانية الطاقة الدورانية. هناك العديد من المصطلحات الأساسية المرتبطة بالحركة الدورانية مثل عزم الدوران ، وعزم القصور الذاتي ، والزخم الزاوي ، وما إلى ذلك. [2]
ملخص التناوب
لتطوير العلاقة الدقيقة بين القوة والكتلة ونصف القطر والتسارع الزاوي ، ضع في اعتبارك ما يحدث إذا بذلنا قوة F على نقطة كتلتها m على مسافة r من نقطة محورية. لأن القوة متعامدة مع المسافة ، فإن العجلة تكون في اتجاه القوة. يمكننا إعادة ترتيب هذه المعادلة بحيث تكون F = ma ثم البحث عن طرق لربط هذا التعبير بتعبيرات الكميات الدورانية. [1] نلاحظ أن a = rα ، نستبدل هذا التعبير في F = ma. النتيجة: F = m * r * α
تذكر أن عزم الدوران هو فعالية دوران القوة. في هذه الحالة ، نظرًا لأن F عمودي على r ، فإن عزم الدوران هو ببساطة τ = Fr. لذا ، إذا ضربنا طرفي المعادلة أعلاه في r ، فسنحصل على عزم الدوران في الطرف الأيسر. على النحو التالي: [1] (rF = mr2α) أو (τ = mr2α)
اختتام البحث عن الحركة الدورانية
المعادلة الأخيرة التي نشتقها للحركة الدورانية هي المعادلة التناظرية لقانون نيوتن الثاني (F = ma) حيث يكون عزم الدوران هو نفسه القوة ، والتسارع الزاوي هو نفسه التسارع الانتقالي ، و mr2 هو نفسه الكتلة (أو القصور الذاتي) . تسمى الكمية mr2 بالقصور الذاتي الدوراني أو لحظة القصور الذاتي لنقطة كتلة m مسافة r من مركز الدوران. [1]
متى يكون الجسم في حالة توازن دوراني؟
استخدامات الحركة الدورانية في الحياة اليومية
نرى الكثير من الأمثلة على الحركة الدورانية في حياتنا اليومية ، وسنقوم بإدراجها في بعض الأمثلة التالية لتطبيقات الحركة الدورانية في الحياة اليومية: [3]
- يخلق دوران الأرض حول محورها دورة النهار والليل.
- حركة العجلة داخل أو حول السيارات والتروس والمحركات وما إلى ذلك هي حركة دورانية.
- حركة شفرات الهليكوبتر هي أيضًا حركة دورانية.
- باب يدور على مفصلاته عند فتحه أو غلقه.
- الحركة اللولبية هي لعبة جيروسكوبية معروفة في مدينة الملاهي.
ينص قانون نيوتن الأول للحركة على ذلك
المعادلات الدورانية
يمكن اشتقاق معادلات الحركة الدورانية من معادلات الحركة الخطية المعروفة ، وذلك بتغيير المتغيرات والثوابت كما ذكرنا سابقًا ، وسنقدم لكم في المعادلات التالية الخاصة بالحركة الدورانية قياساً بمعادلات الحركة الخطية: [4]
- ω = ω0 + αt *** v = v0 + at
- θ = ω0t + (1/2) αt2 *** x = v0t + (1/2) at2
- ω2 = ω02 + 2αθ *** v2 = v02 + 2ax
عدد الدورات الكاملة التي يدور بها الجسم في ثانية واحدة
الحركة الخطية والحركة الدورانية
عندما نتحدث عن الحركة الدورانية ، سنتحدث بالتأكيد عن الحركة الخطية ؛ تتضمن الحركة الخطية جسمًا يتحرك من نقطة إلى أخرى في خط مستقيم ، بينما تتضمن الحركة الدورانية جسمًا يدور حول محور. تتضمن أمثلة الحركة الدورانية لعبة الغزل ، والأرض الدوارة ، والمتزلج الدوار ، والعجلة الدوارة ، وهذا هو الفرق بينهما من الناحية المفاهيمية. لكن من الجدير بالذكر أن هناك تشابه مفيد بين الحركة الخطية والحركة الدورانية ، ويمكن تلخيصه على النحو التالي: [5]
- السرعة الدورانية هي سرعة دوران الجسم ، ووحدتها عدد الدورات في الدقيقة (rpm) ؛ (بالدرجات في الثانية) ، وهي تقريبًا نفس السرعة الخطية.
- الإزاحة الدورانية هي المسافة التي يدور بها الجسم. توحدها أجزاء الدورة الكاملة ؛ سواء بالدرجات أو بالتقدير الدائري ؛ حيث ثورة كاملة = 360º = 2Π راديان. هذا مشابه للإزاحة الخطية ؛ إنها مسافة الخط المستقيم التي يقطعها الجسم (بما في ذلك اتجاه الحركة).
- تسارع الدوران هو معدل تغير سرعة الدوران. ووحدتها: عدد الثورات في الثانية في الثانية (rev / s2) ؛ راديان في الثانية في الثانية (راديان / ثانية 2) ، وهو مشابه أيضًا للتسارع الخطي بالوحدات (م / ث 2)
كيف أعرف إذا كان هناك شيء ما يتحرك؟
وصلنا هنا إلى خاتمة هذه المقالة ، وكتبنا لك بحثًا عن الحركة الدورانية مع مقدمة بحثية وخاتمة ختامية.
