البحث عن الحركة الدورانية من الأبحاث المهمة جدًا التي يجب على الطلاب القيام بها في الفيزياء هي؛ إذ تتحرك الأجسام بأشكال مختلفة، بما في ذلك الحركة الدورانية؛ وبما أنها تصف عادةً حركة جسم صلب حول محور ثابت، فهي حالة خاصة من الحركة الدورانية. سنقدم لكم في هذا المقال بحثاً كاملاً عن الحركة الدورانية يشمل تعريف الحركة الدورانية ومعادلاتها وقوانينها، كما سنقدم لكم أهم تطبيقات الحركة الدورانية في الحياة اليومية.
البحث عن الحركة الدورانية
عادة ما يكون البحث عن الحركة الدورانية مطلوباً من الطلاب في مادة الفيزياء، حيث أن موضوع الحركة من أهم فروع الفيزياء التي يجب الاهتمام بها وإعطاؤها أولوية كبيرة لما لها من تطبيقات عملية في الحياة اليومية. نقدم لكم البحث الكامل التالي عن الحركة الدورانية في الفيزياء.
مقدمة ورقة بحثية عن الحركة الدورانية
إذا سبق لك أن قمت بتدوير عجلة دراجة أو دفع عجلة دراجة، فأنت تعلم أن القوة مطلوبة لتغيير السرعة الزاوية. على سبيل المثال، نحن نعلم أن الباب يفتح ببطء إذا دفعناه بالقرب من مفصلاته، بالإضافة إلى أننا نعلم أنه كلما كان الباب أكبر، كلما كان فتحه أبطأ. يشير المثال السابق إلى أنه كلما تم تطبيق قوة أبعد عن المحور، زاد التسارع الزاوي؛ والنتيجة الأخرى هي أن التسارع الزاوي يتناسب عكسيا مع الكتلة. تبدو هذه العلاقات مشابهة جدًا للعلاقات المألوفة بين القوة والكتلة والتسارع المتجسدة في قانون نيوتن الثاني للحركة.
تعريف الحركة الدورانية
يمكن تعريف الحركة الدورانية بأنها حركة الجسم حول مسار دائري، في مدار ثابت. كما يمكن تعريفها بأنها حركة جسم تتحرك فيه جميع جزيئاته حركة دائرية بسرعة زاوية مشتركة حول نقطة ثابتة، على سبيل المثال دوران الأرض حول محورها. تسمى الطاقة الناتجة عن هذه الحركة الدورانية بالطاقة الدورانية. هناك العديد من المصطلحات الأساسية المرتبطة بالحركة الدورانية مثل عزم الدوران، ولحظة القصور الذاتي، والزخم الزاوي، وما إلى ذلك.
ملخص الحركة الدورانية
لتحديد العلاقة الدقيقة بين القوة والكتلة ونصف القطر والتسارع الزاوي، فكر في ما يحدث إذا طبقنا قوة F على نقطة كتلتها m على مسافة r من نقطة محورية. ولأن القوة عمودية على المسافة، فإن التسارع يكون في اتجاه القوة. يمكننا إعادة ترتيب هذه المعادلة بحيث تصبح F = ma ثم نبحث عن طرق لربط هذا التعبير بتعبيرات الكميات الدورانية.
نلاحظ أن a = rα، نستبدل هذا التعبير بـ F = ma.
وينتج عن ذلك: F = m*r*α
تذكر أن عزم الدوران هو قوة الدوران الفعالة. في هذه الحالة، نظرًا لأن F متعامد مع r، فإن عزم الدوران يكون ببساطة τ = Fr. لذا، إذا ضربنا طرفي المعادلة أعلاه في r، فسنحصل على عزم الدوران في الجانب الأيسر. على النحو التالي:
(RF = السيد2α) أو (τ = السيد2أ)
خاتمة البحث في الحركة الدورانية
المعادلة الأخيرة التي استنتجناها للحركة الدورانية هي المعادلة الدورانية المتماثلة لقانون نيوتن الثاني (F = ma) حيث عزم الدوران يساوي القوة، والتسارع الزاوي يساوي التسارع الانتقالي، وm2 على غرار الكتلة (أو القصور الذاتي). الكمية تسمى السيد2 القصور الذاتي الدوراني أو لحظة القصور الذاتي لنقطة كتلة ma المسافة r من مركز الدوران.
استخدامات الحركة الدورانية في الحياة اليومية
نرى أمثلة على الحركة الدورانية في حياتنا اليومية كثيراً، وسنسرد لكم بعض الأمثلة على تطبيقات الحركة الدورانية في الحياة اليومية:
- دوران الأرض حول محورها يخلق دورة النهار والليل.
- حركة عجلة السيارة والتروس والمحركات وما إلى ذلك هي حركة دورانية.
- حركة شفرات المروحية هي أيضًا دورانية.
- باب يدور على مفصلاته عند فتحه أو إغلاقه.
- حركة حلزونية للعبة الغزل المعروفة في مدينة الملاهي.
معادلات الحركة الدورانية
يمكن استخلاص معادلات الحركة الدورانية من معادلات الحركة الخطية المعروفة، وذلك عن طريق تبديل المتغيرات والثوابت كما ذكرنا سابقاً، وسنضع لكم معادلات الحركة الدورانية التالية قياساً على معادلات الحركة الخطية:
- ω = ω0+αt *** v = v0+في
- θ=ω0ر+(1/2)αt2 *** س = الخامس0ر + (1/2) في2
- ω2=ω02+2αθ *** ت2=v02+2فأس
الحركة الخطية والحركة الدورانية
عندما نتحدث عن الحركة الدورانية، سنتحدث حتماً عن الحركة الخطية؛ حيث تتضمن الحركة الخطية جسمًا يتحرك من نقطة إلى أخرى في خط مستقيم، بينما تتضمن الحركة الدورانية جسمًا يدور حول محور، ومن أمثلة الحركة الدورانية لعبة دوارة، وأرض تدور، ومتزلج يدور، وعجلة تدور، وهذا هو الفرق المفاهيمي بينهما. ولكن تجدر الإشارة إلى أن هناك تشبيهاً مفيداً بين الحركة الخطية والحركة الدورانية، يمكن تلخيصه فيما يلي:
- سرعة الدوران هي سرعة دوران الجسم، ووحداتها هي عدد الدورات في الدقيقة (دورة في الدقيقة)؛ (درجة في الثانية)، وهي تقريبًا نفس السرعة الخطية.
- الإزاحة الدورانية هي المسافة التي يدورها الجسم. ووحدتها هي أجزاء الدورة الكاملة؛ سواء بالدرجات أو بالراديان؛ حيث أن الدورة الكاملة = 360 درجة = 2Π راديان. وهذا مشابه للإزاحة الخطية؛ إنها المسافة المستقيمة التي يقطعها الجسم (بما في ذلك اتجاه الحركة).
- تسارع الدوران هو معدل التغير في سرعة الدوران. ووحدتها: عدد الدورات في الثانية في الثانية (rev/s2) ؛ راديان في الثانية في الثانية (راد/ثانية)2)، وهذا يشبه أيضًا التسارع الخطي الذي وحدته م/ث2)
إلى هنا وصلنا إلى خاتمة هذا المقال، وكتبنا لكم عنه البحث عن الحركة الدورانية من خلال مقدمة وخاتمة مناسبة للبحث، يمكنك استخدام المعلومات الواردة فيه لأداء واجباتك المنزلية بطريقة ممتازة والحصول على أعلى الدرجات.