شارح الدرس: وحدات السرعة الفيزياء • الصف الأول الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نستخدم وحدات مختلفة للسرعة، وكيف نحوِّل فيما بينها.

وحدة السرعة في النظام الدولي للوحدات هي: متر لكل ثانية (m/s).

لا يُعبَّر عن السرعة دائمًا بوحدة متر لكل ثانية.

على سبيل المثال، عند التعامل مع الأجسام الصغيرة التي تتحرَّك على أسطح الطاولات، كما هو الحال في التجارب العملية، تُستخدَم أحيانًا وحدة سنتيمتر لكل ثانية (cm/s).

المسافات المقيسة بوحدة متر وسنتيمتر يمكن التحويل فيما بينها بتذكُّر أن حاصل ضرب القيمة ووحدة القياس يجب أن يكونا متساويين بالنسبة لنفس القياس أيًّا كانت الوحدة المستخدَمة.

يوجد 100 سنتيمتر في المتر. ومن ثَمَّ يمكن تحويل المسافة بين وحدتَي متر وسنتيمتر كالتالي:

بالنسبة لوحدات السرعة التي تتغيَّر فيها وحدة المسافة فقط مثل: سنتيمتر لكل ثانية (cm/s)، وملليمتر لكل ثانية (mm/s)، وكيلومتر لكل ثانية (km/s)؛ تتطلَّب فقط ضرب قيمة السرعة في معامل التحويل الذي يربط وحدتَي المسافة المراد التحويل فيما بينهما.

دعونا نلقِ نظرة على هذا المثال.

لا تتكوَّن وحدات السرعة دائمًا من مسافة مقسومة على زمن مقيس بوحدة الثانية. ويمكن استخدام وحدات أخرى للزمن.

الوحدة المستخدمَة عادةً للسرعة التي لا تقيس الزمن بوحدة الثانية، هي وحدة «كيلومتر لكل ساعة»، وهي التي تُكتَب على الصورة: kph؛ حيث يمثِّل الحرف «p» كلمة «لكل». ويمكن أيضًا كتابة هذه الوحدة على الصورة: km/h؛ وهي صورة مكافئة.

هذه الوحدات مناسبة لمستخدمي المركبات؛ لأن المسافات في الرحلات المقطوعة بالمركبات تُقَاس عادة بوحدة الكيلومتر أكثر من وحدة المتر، ويُقَاس زمن الرحلات بوحدة الساعة أكثر من الثانية. يمكن أن يكون اعتياد كثير من الأشخاص على الكيلومتر لكل ساعة وحدة للسرعة مفيدًا لتحديد إذا ما كانت السرعة المحسوبة لجسمٍ ما صحيحة في حالة إذا ما كانت السرعة التي يتحرَّك بها هذا الجسم بوحدة الكيلومتر لكل ساعة مألوفة.

على سبيل المثال، يحاول شخص ما حساب سرعة سيارة بوحدة المتر لكل ثانية. فحصل على الإجابة 90 m/s.

قد لا يكون واضحًا لدى الشخص إذا ما كانت هذه السرعة واقعية بالنسبة إلى سيارة أم لا. ليس واضحًا إذا ما كانت سرعة 90 m/s بطيئة، أم سريعة، أم سريعة للغاية، أم سريعة بطريقة باعثة على السخرية لشخص ليس على دراية بسرعات السيارات بوحدة المتر لكل ثانية.

السرعة التي تبلغ 90 m/s تكافئ في الواقع سرعة مقدارها 324 kph. ويمكن الحكم على هذه السرعة بسهولة لأنها أسرع بكثير من قدرة معظم السيارات.

عند تحويل سرعة بوحدة المتر لكل ثانية إلى سرعة بوحدةٍ تتغيَّر فيها وحدة المسافة ووحدة الزمن، يجب وضع تغيير كلِّ وحدة في الاعتبار.

يمكن تحويل مسافة قدرها 90 m إلى 90 km بالقسمة على 1‎ ‎000 كما يلي:

ومن ثَمَّ نجد أن:

يعتمد التحويل بين ثانية وساعة على حقيقة أن: وأن:

ومن هذا، نجد أن:

بعبارة أخرى ساعة واحدة تساوي 3‎ ‎600 ثانية.

لتحويل سرعة قدرها 0.09 km/s إلى سرعة بوحدة الكيلومتر لكل ساعة، يجب تحويل الزمن بوحدة الثانية إلى الزمن بوحدة الساعة.

معامل تحويل ثانية إلى ساعة موضَّح أدناه:

بالتعويض بقيمة ساعة التي تكافئ ثانية واحدة نحصل على:

يحتوي هذا التعبير الآن على حدٍّ كسري:

في هذه الحالة:

أي إن في مقام الحدِّ الكسري تساوي 3‎ ‎600 في بسط الحدِّ، ومن ثَمَّ يمكن كتابة تعبير السرعة على الصورة:

يمكننا الآن فصل حدود القيمة (أي الحدود العددية) عن الوحدات، وهو ما يعطينا:

وهذا يعطينا سرعة 324 kph.

لنتناول الآن مثالاً يتضمَّن التحويل فيما بين وحدات السرعة وتتغيَّر فيه وحدة الزمن ووحدة المسافة.

لنتناول الآن مثالاً يتضمَّن العملية العكسية للمثال السابق.

بالإضافة إلى الوحدة «كيلومتر لكل ساعة»، فالوحدة «ميل لكل ساعة» وحدة قياس أخرى للسرعة شائعة الاستخدام. وعادة ما تُكتَب هذه الوحدة على الصورة: mph، وليس m/h.

معامل التحويل بين ميل وكيلومتر له قيمة تقريبية تُعطَى بالعلاقة:

يُكتَب الميل على الصورة: mi؛ لئلا نخلط بين ميل ومتر.

لنتناول الآن مثالاً يتضمَّن التحويل من سرعة معطاة بوحدة متر لكل ثانية إلى السرعة نفسها بوحدة ميل لكل ساعة.

وأخيرًا، لنلقِ نظرة على مثال لا تتغيَّر فيه وحدة المسافة لكن تتغيَّر فيه وحدة الزمن.

لنلخِّص الآن ما تعلَّمناه في هذه الأمثلة.