سرعت و تندی
سرعت چیست؟
مثلی قدیمی می‌گوید: «کسی که حرکت را نمی‌شناسد، طبیعت را را نمی‌شناسد». مردم قبل از زمان گالیله، چیزهای متحرک را صرفاً به صورت کُند یا تُند توصیف می‌کردند. برای عموم مردم هنوز هم سرعت جسم متحرک توصیفی از این است که یک جسم چقدر سریع یا کند حرکت می‌کند. اما برای آنکه بتوانیم حرکت اجسام را به درستی بررسی کنیم به تعریفی دقیق و علمی نیاز داریم. گالیله از اولین دانشمندانی بود که سرعت اجسام متحرک را مورد توجه و آزمایش قرار داد.
سرعت و تندی
– جریمه سرعت غیر مجاز برام اومده
– ماشینه عجب سرعتی داشت
– چقدر تند میری
کلمات سرعت و تندی که در این جمله‌ها و جمله‌های مشابه در گفتار روزمره به کار می‌بریم، هر دو برایمان به یک معنا است، اینکه متحرکی چقدر سریع یا کند می‌رود. در فیزیک اما این توصیف مبهم است. چنین درکی از مفهوم سرعت نمی‌تواند به سوالاتی مانند چقدر تند و یا چه قدر کند پاسخ دهد و حتی نشانی هم از جهت حرکت جسم در خود ندارد. علاوه بر آن ما معمولاً سرعت و تندی را به جای یکدیگر به کار می‌بریم و تفاوتی بین آن دو متصور نیستیم.
برای شناخت این دو کمیت بهتر است اول تعریفی از اندازه سرعت را از زبان «پل.جی. هیوئیت» در کتاب «فیزیک مفهومی» بخوانیم:
«شهرت گالیله به خاطر آن است که نخستین کسی بود که اندازه سرعت را با تقسیم مسافت پیموده شده بر زمان سپری شده اندازه گرفت»
فرض کنید در خودروی در حال حرکتی نشسته‌اید که هر 40 متر را در دو ثانیه می‌پیماید. اگر 40 متر را بر مدت زمان 2 ثانیه تقسیم کنیم، عددی حاصل می‌شود که به آن اندازه سرعت یا تندی جسم گفته می‌شود.
اما باید توجه کنیم در فیزیک سرعت و تندی با هم متفاوت‌ند. تندی در فیزیک کمیتی نرده‌ای است. یعنی تنها گزارشی از اندازه‌ی سرعت جسم می‌دهد. اما سرعت کمیتی برداری است، یعنی علاوه بر اینکه گزارشی از اندازه سرعت می‌دهد، جهت آن را نیز بیان می‌کند.
اندازه سرعت جسم معمولاً تغییر می‌کند. مثلاً یک خودرو در خیابانی خلوت با سرعت 80 کیلومتر بر ساعت می‌راند، کمی جلوتر که در ترافیک گیر می‌افتد اندازه سرعت خود را کاهش می‌دهد و با سرعت 30 کیلومتر بر ساعت حرکت می‌کند. این اندازه سرعت خودرو که در هر لحظه تغییر می‌کند، اندازه سرعت لحظه‌ای یا تندی لحظه‌ای نامیده می‌شود. دقت کنید اگر به جای اندازه سرعت، سرعت را به کار ببرید باید حتما به جهت حرکت نیز اشاره کنید. سرعت سنج اتومبیل اندازه سرعت لحظه‌ای یا تندی لحظه‌ای خودرو را نشان می‌دهد. جریمه سرعت غیر مجاز هم معمولاً بر اساس اندازه سرعت لحظه‌ای است.
یادتان باشد در فیزیک، وقتی هم اندازه و هم جهت جسمی را بدانیم؛ سرعت آن را می‌دانیم؛ مثلاً اگر خودرویی با 80 کیلومتر بر ساعت حرکت کند، اندازه سرعت یا تندی آن را می‌دانیم. اما اگر بگوییم اتومبیل با سرعت 80 کیلومتر بر ساعت به سمت غرب در حرکت است، سرعت آن را مشخص کرده‌ایم. اندازه سرعت توصیف سریع بودن جسم است. اما سرعت میزان سریع بودن و جهت آن است.
تندی متوسط
فرض کنید خودرویی با اندازه سرعت 20متر بر ثانیه در حرکت است، به دست انداز وسط خیابان که می‌رسد سرعت خود را به 5 متر بر ثانیه کاهش می‌دهد. بعد از آن سرعت خود را به 30 متر بر ثانیه افزایش می‌دهد. به چراغ قرمز نزدیک می‌شود و سرعت خود را کاهش می‌دهد تا به صفر برساند و بایستد. اگر بخواهیم برای توصیف کلی حرکت این خودرو تنها یک عدد از سرعت گزارش دهیم باید چه کنیم؟ پاسخ این است که اگر کل مسافتی که خودرو از ابتدای حرکت تا رسیدن به پشت چراغ قرمز پیموده است را حساب کنیم و بر کل زمان حرکت تقسیم کنیم، کمیتی حاصل می‌شود که به آن اندازه تندی متوسط متحرک می‌گویند.
برای اینکه به درک بهتری از مفهوم تندی متوسط یا اندازه سرعت متوسط برسیم، مثالی دیگری را با هم بررسی می‌کنیم. شناگری در یک مسابقه ورزش باید طول استخری را دو بار طی کند. طول این استخر 30 متر است. این شناگر این مسیر را در 40 ثانیه پیمود. مجموع مسافت که او طی کرده 60 متر است که اگر آن را بر مدت زمان حرکت یعنی 40 ثانیه تقسیم کنیم، اندازه سرعت متوسط یا تندی متوسط شناگر 1.5 متر بر ثانیه خواهد شد. آیا این عدد به ما خواهد گفت که شناگر دو طول استخر را با همین سرعت پیموده است؟ آیا می‌دانیم بیشترین سرعت شناگر در کل حرکتش چقدر بوده است؟ یا اینکه وقتی او نصف مسیر را پیمود دارای چه سرعتی بود؟ ما پاسخی برای این پرسش‌ها نداریم زیرا اندازه سرعت متوسط یا تندی متوسط برای توصیف کلی حرکت در یک بازه زمانی معین استفاده می‌شود.
شاید برایتان پیش آمده باشد که برای دانستن مسافت دو شهر یا دو مکان در یک شهر و همچنین زمان رسیدن تا مقصد‌تان از نرم‌افزارهای مسیریاب استفاده کنید. تا حالا به این فکر کردید آن نرم‌افزارها چگونه زمان را تخمین می‌زنند؟ اطلاعاتی که در اختیار این نرم‌افزارها گذاشته می‌شود، یکی تندی متوسط مجازخودروها (یا همان اندازه سرعت متوسط) در مناطق مختلف است و دیگری مسافت شهرها و مکان‌های مختلف نسبت به یکدیگر است. نرم‌افزار با داشتن این اطلاعات می‌تواند زمان شما تا رسیدن به مقصد را تخمین بزند.
در این مثال‌ها، آنچه مورد توجه بود اندازه مسیر طی شده در یک بازه زمانی معین است. اندازه مسیر طی شده کمیتی نرده‌ای است و جهت ندارد. پس با تقسیم مسیر طی شده در یک بازه‌ی زمانی مشخص تندی متوسط که کمیتی نرده‌ای است حاصل می‌شود.
سرعت متوسط
اگر در توصیف کلی حرکت جهت حرکت را در نظر بگیریم، به جای مسافت پیموده شده توسط متحرک باید مقدار جابه‌جایی را بر بازه‌ی زمانی تقسیم کنیم. برای روشن شدن این مطلب به مثال زیر توجه کنید: دونده‌ای را در نظر بگیرید که مسیری مستقیم را تا انتها می‌دود. در انتهای مسیر دور می‌زند بعد از طی مسافتی آسیب می‌بیند و حرکتش متوقف می‌شود. برای محاسبه‌ی سرعت متوسط این دونده باید جابه‌جایی او را تعیین کنیم. جابه‌جایی برداری است که نقطه شروع را به مکان پایانی حرکت وصل می‌کند. در اینجا جابه‌جایی در مقایسه با کل مسافت طی شده توسط دونده، کمتر است. اگر آن را بر زمان حرکت تقسیم کنیم سرعت متوسط حاصل می‌شود که هم عدد و یکا و هم جهت حرکت دونده را گزارش می‌دهد. اگر دونده آسیب نمی‌دید و به مکان شروع مسابقه باز می‌گشت، جابه‌جایی او در کل مسیر برابر صفر می‌شد. چرا که نقطه شروع و پایان حرکتش یکی است. پس سرعت متوسط دونده صفر می‌شد.
پس سرعت متوسط توصیف حرکت در یک بازه‌ی زمانی معین است که علاوه بر اندازه، جهت حرکت را نیز گزارش می‌دهد. یادمان باشد که سرعت متوسط هم مانند تندی متوسط یک توصیف کلی از حرکت است و نمی‌تواند گزارشی از سرعت و جهت جسم در لحظه‌های مختلف دهد.
مثال‌های بیشتری از مفهوم سرعت متوسط و تندی متوسط و مقایسه‌ی تفاوت‌های آنها در شرایط مختلف را می‌توانید در آموزش فصل اول فیزیک دوازدهم ریاضی و آموزش فصل اول فیزیک دوازدهم تجربی مشاهده کنید.
سرعت ثابت
جاده تهران – قم را در نظر آورید که راننده‌ها مسیری طولانی را بدون تغییر جهت در امتداد خطی مستقیم حرکت می‌کنند. ( البته که می‌توانید جاده‌های طولانی بین شهری دیگری را هم فرض کنید) اگر راننده‌ای در طول مسیری که جهتش تغییر نمی‌کند، اندازه سرعت‌ش را هم تغییر ندهد، سرعت او ثابت می‌ماند. پس می‌توان گفت اگر متحرکی دارای اندازه سرعت ثابت و جهت ثابت باشد, سرعت‌ش ثابت است. این متحرک دارای حرکت یکنواخت است. در این نوع حرکت اندازه سرعت لحظه‌ای با اندازه‌ی سرعت متوسط در کل مسیر برابر است.
سرعت متغییر
در حرکت‌هایی که در زندگی روزمره‌مان شاهد هستیم، معمولاً اندازه سرعت و یا جهت سرعت تغییر می‌کند. مثلا خودرروی که دور میدان دور می‌زند یا دونده‌ای که مسیر پر پیچ و خم کوهستان را می‌دود، دایم در حال تغییر اندازه یا جهت سرعت خود هستند. البته سرعت متغییر می‌تواند دارای اندازه سرعت ثابت باشد و فقط جهت آن حرکت کند، مانند حرکت ماه دور زمین یا حرکت زمین دور خورشید. همچنین سرعت متغییر می‌تواند تنها ناشی از تغییر اندازه‌ی سرعت باشد مانند حرکت خودرویی در حرکت بر خط راست.
سرعت و تندی هر دو نتیجه‌ی حرکت اجسام هستند. در حرکت، مکان متحرک در طی زمان تغییر می‌کند. پس می‌توان گفت سرعت زاده‌ی تغییر و ناپایداری در مکان و زمان است. شاهد این مدعا را هم می‌توان در خود کلمه سرعت جست. سرعت با سین آغاز می‌شود و به گمانم بیشترِ ماهیت خود را هم مدیون همین حرف است. منصور مومنی در کتاب «درباره‌ی معنای حروف» از حرف س این گونه نوشته است: «سبک‌بارترین و سهل‌انگارترین حروف همین س است. س با سستی، نرمش و ناپایداری همراه است؛ و آنچه می‌سازد چندان که می‌خواهیم نخواهد پایید. کلماتی که با س ساخته می‌شوند، گذرا و موقتی هستند و حتا اگر نابود نشوند به سرعت جای خود را به دیگری می‌دهند. وضعیت ناپایدار س به این کلمات ماهیتی متزلزل و همواره در حال تغییر می‌دهد، به گونه‌ای در هر لحظه ممکن است موقعیتی متفاوت به خود گرفته یا در شرایطی تازه قرار بگیرند.»
دیدگاهتان را بنویسید