جدول ال
إن المسافة الافقية التي يقطعها المقذوف تعتمد على مقدار المسافة العامودية للمقذوف، كما وتعتمد على قوة المقذوف وعلى تأثير قوة الجاذبية الأرضية عليه، وفي هذا المقال سنوضح بالتفصيل كافة المعلومات والقوانين الفيزيائية التي تشرح حركة المقذوف، كما وسنذكر قانون المسافة الافقية التي تقطعها المقذوفات.
ما هي حركة المقذوفات
حركة المقذوفات (بالإنجليزية: Projectile Motion)، هي حركة جسم تم رميه في الهواء بقوة، وتكون شكل حركة الأجسام المقذوفة على شكل منحنى، وهناك مقذوفات عمودية وهي التي يتم قذفها بشكل عامودي أي بزاوية 90 درجة عن سطح الأرض، وهناك مقذوفات أفقية أو مائلة، وهي التي يتم قذفها بشكل مائل عن سطح الأرض، بحيث تصنع حركة المقذوف زاوية أقل من 90 درجة مع سطح الأرض، ويخضع المقذوف فقط لتسارع الجاذبية الأرضية.
ويسمى الجسم المقذوف بالقذيفة، ويسمى مساره بمسار المقذوف، ولوصف الحركة للجسم المقذوف، يجب علينا التعامل مع السرعة والتسارع للجسم في كل لحظة من لحظات الحركة المنحنية، وكذلك يحب التعامل مع الإزاحة للجسم، حيث إن للجسم المقذوف نوعين من الإزاحة، وهما الإزاحة الأفقية وهي بعد الجسم عن موضعه الأصلي بعد سقوطه مرة أخرى على الأرض، وهناك الإزاحة العامودية وهي مقدار إرتفاع المقذوف عن سطح الأرض.[1]
قوانين المقذوفات العامودية
إن المقذوفات العامودية هي المقذوفات التي تتحرك بشكل رأسي، بحيث يتم قذفها بزاوية عامودية عن سطح الأرض، ويبدء ذلك عندما يتم التأثير على جسم ما بقوة عامودية للأعلى، وعندها سيرتفع الجسم بسرعة ستقل تدريجياً إلى أن تصل إلى أعلى إرتفاع ممكن، وعند أعلى إرتفاع ستكون سرعة الجسم المقذوف تساوي صفر، وبعدها سيسقط الجسم من جديد إلى الأرض تحت تأثير تسارع الجاذبية الأرضية، وهناك قوانين تمكننا من دراسة هذه الحركة للمقذوفات، وهذه القوانين هي:[2]
القانون الأول
السرعة النهائية = السرعة الإبتدائية – ( تسارع الجاذبية الأرضية × الزمن الكلي )
ع2 = ع1 – ( جـ × ز)
حيث إن:
- السرعة النهائية ← ع2: هي مقدار السرعة النهائية للجسم، وتقاس بوحدة متر/ثانية.
- السرعة البدائية ← ع1: هي مقدار السرعة البدائية للجسم، وتقاس بوحدة متر/ثانية.
- تسارع الجاذبية الأرضية ← جـ: هي مقدار تسارع الجاذبية الأرضية، والتي تساوي 9.81 متر/ثانية².
- الزمن الكلي ← ز: هو مقدار الزمن عند قياس السرعة النهائية، ويقاس بوحدة الثانية.
القانون الثاني
التغير في الإزاحة الرأسية = ( السرعة الإبتدائية × الزمن الكلي ) – ( ½ تسارع الجاذبية الأرضية × الزمن الكلي²)
Δص =
( ع1 × ز ) – ( ½جـ × ز² )
حيث إن:
- التغير في الإزاحة الرأسية ← Δص: هي مقدار التغير في الإزاحة الرأسية، وتقاس بوحدة متر.
- السرعة البدائية ← ع1: هي مقدار السرعة البدائية للجسم، وتقاس بوحدة متر/ثانية.
- تسارع الجاذبية الأرضية ← جـ: هي مقدار تسارع الجاذبية الأرضية، والتي تساوي 9.81 متر/ثانية².
- الزمن الكلي ← ز: هو مقدار الزمن عند قياس السرعة النهائية، ويقاس بوحدة الثانية.
القانون الثالث
السرعة النهائية² = السرعة الإبتدائية² – ( 2 × تسارع الجاذبية الأرضية × التغير في الإزاحة الرأسية)
ع²2 = ع²1 – ( 2 × جـ × Δص )
حيث إن:
- التغير في الإزاحة الرأسية ← Δص: هي مقدار التغير في الإزاحة الرأسية، وتقاس بوحدة متر.
- السرعة البدائية ← ع1: هي مقدار السرعة البدائية للجسم، وتقاس بوحدة متر/ثانية.
- السرعة النهائية ← ع2: هي مقدار السرعة النهائية للجسم، وتقاس بوحدة متر/ثانية.
- تسارع الجاذبية الأرضية ← جـ: هي مقدار تسارع الجاذبية الأرضية، والتي تساوي 9.81 متر/ثانية².
المسافة الافقية التي يقطعها المقذوف
إن المسافة الأفقية التي يقطعها الجسم في حركة المقذوفات الأفقية، تعتمد على مقدار وقوة القذف، كما وتعتمد على تأثير قوة الجاذبية الأرضية، وعلى سرعة وتسارع الجسم في الهواء، ويمكن حساب المسافة الأفقية التي يقطعها الجسم المقذوف من خلال القوانين الفيزيائية التالية:[3]
القانون الأول
السرعة في محور السينات = السرعة × جيب تمام الزاوية للحركة
ع س = ع × جتا∅
حيث إن:
- السرعة في محور السينات ← ع س: هي مقدار السرعة على محور السينات للجسم، وتقاس بوحدة متر/ثانية.
- السرعة ← ع: هي مقدار السرعة الكلية للجسم، وتقاس بوحدة متر/ثانية.
- جيب تمام الزاوية للحركة ← جتا∅: هو مقدار جيب تمام الزاوية بين حركة المقذوف ومحور السينات.
القانون الثاني
السرعة في محور الصادات = السرعة × جيب الزاوية للحركة
ع ص = ع × جا∅
حيث إن:
- السرعة في محور الصادات← ع ص: هي مقدار السرعة على محور الصادات للجسم، وتقاس بوحدة متر/ثانية.
- السرعة ← ع: هي مقدار السرعة الكلية للجسم، وتقاس بوحدة متر/ثانية.
- جيب الزاوية للحركة ← جا∅: هو مقدار جيب الزاوية بين حركة المقذوف ومحور السينات.
القانون الثالث
الإزاحة الأفقية للجسم = السرعة الأفقية الإبتدائية × الزمن الكلي
ف = ع س × ز
حيث إن:
- الإزاحة الأفقية للجسم ← ف: هي مقدار إزاحة الجسم عن موضع الأصلي، وتقاس بوحدة المتر.
- السرعة الأفقية الإبتدائية ← ع س: هي مقدار السرعة الأفقية للجسم، وتقاس بوحدة متر/ثانية.
- الزمن الكلي ← ز: هو مقدار الزمن عند قياس السرعة، ويقاس بوحدة الثانية.
وفي ختام هذا المقال نكون قد عرفنا أن المسافة الأفقية التي يقطعها المقذوف تعتمد على قوة القذف وسرعة المقذوف وتسارعه في الهواء، كما ووضحنا ما هي المقذوفات في الفيزياء، وذكرنا قوانين المقذوفات العامودية، وقوانين المقذوفات الرأسية.
