الحركة الدورانية

الحركة الدورانية هي أحد الأمور الهامة في علم الفيزياء وفي الحياة اليومية ، وهي عبارة عن دوران أو التفاف جسم ما حول مركزه فهي بذلك عكس الحركة الدائرية ، وذلك لأن الحركة الدائرية يدور الجسم فيها حول مركز يقع خارجه بمسافة ثابتة ، وفي السطور التالية شرح الحركة الدورانية بالتفصيل مع استخداماتها وأمثلة لها .

مقدمة في الحركة الدورانية

المقصود بالحركة الدورانية أو حركة الاستدارة هو التفاف الجسم حول مركزه ، وتعتمد هذه الحركة على عزم القوة ، وهو مقدار القوة اللازمة التي تؤثر على الجسم حتى يتمكن من الدوران حول محوره أو مركزه ، ومن أمثلة الحركة الدورانية حركة الإلكترونات حول الذرة ، وكذلك حركة كوكب الأرض فهو يدور حول نفسه ، وأيضا حركة كوكب الأرض حول الشمس .

استخدامات الحركة الدورانية في الحياة اليومية

هناك بعض الأمثلة للحركة الدورانية من حياتنا اليومية ، والأشياء التي تدور من حولنا وتستخدم هذه الحركة ، مثل حركة المروحة فهي تتحرك حركة دورانية ولكن أذرعها تدور في حركة دائرية ، وكذلك حركة عجلة السيارة أو الدراجة تدور في حركة دورانية ، وحركة الطواحين الهوائية التي تعمل بقوة المياه الجارية فهي تتحرك حركة دائرية ، وأيضا حركة بعض ألعاب الأطفال في الملاهي التي تدور حول نفسها .

معادلة الحركة الدورانية

تستخدم هذه المعادلة في التعبير عن الحركة الدورانية :

( العزم = القوة X المسافة X جا هـ) .

حيث أن المسافة يقصد بها المسافة بين الجسم وبين المركز أو المحور الذي يدور حوله هذا الجسم ، وهـ تمثل الزاوية بين المسافة والقوة ، وبهذا القانون نستطيع القول أنه يمكن للجسم اكتساب طاقة وقوة حركية من خلال دورانه حول مركزه ، وتعتبر الحركة الدورانية من أبسط أشكال الحركة ، فالجسم يستطيع بكل سهولة أن يتحرك حول محوره بسرعة .

حل مسائل الحركة الدورانية

س1- إذا تطلب تدوير جسم عزماً مقدارها 55.0 N .m ، في حين كانت أكبر قوة يمكن التأثير بها 135 N فما طول ذراع القوة الذي يجب استخدامه ؟
جـ : 0.407 m

س2 – لديك مفتاح شد طوله 0.234 m ، وتريد أن تستخدمه في إنجاز مهمة تتطلب عزماً مقداره 32.4 N.m ، عن طريق التأثير بقوة مقدارها 232 N ، ما مقدار أقل زاوية تصنعها القوة المؤثرة بالنسبة للرأسي ، وتسمح بتوفير العزم المطلوب ؟
جـ : 36.6

س3 – إذا كانت كتلتك 65 kg ووقفت على بدالات دراجة هوائية ، بحيث تصنع البدالة زاوية مقدارها ˚ 35 درجة على الأفقي ، وتبعد مسافة 18 cm عن مركز حلقة السلسلة فما مقدار العزم التي تؤثر فيه ؟ وما مقدار العزم الذي تؤثر فيه إذا كانت البدالات رأسية ؟
جـ :  N.m 0 ، 94 N.m

س4 – يجلس علي على بعد 1.8 m من مركز لعبة الميزان ،  فعلى أي بعد من مركز اللعبة يجب أن يجلس عبد الله حتى يتزن ؟ علما بأن كتلة علي 43kg وكتلة عبد الله .52kg
جـ : 1.5M

س5 – إذا كان نصف قطر إطار دراجة هوائية 7.70cm ، وأثرت السلسلة بقوة مقدارها 35.0N في الإطار في اتجاه حركة عقارب الساعة فما مقدار العزم لمنع الإطار من الدوران ؟
جـ : N.m 2.7

س6 – يقف شخص كتلته 65.0kg على بدالة دراجة هوائية ، فإذا كان طول ذراع التدوير 0.170m ويصنع زاوية45.0˚ بالنسبة للرأسي كما في الشكل 1-7. وكان ذراع التدوير متصلاً بالإطار الخلفي (الذي تديره السلسلة عادة) فما مقدار القوة التي يجب أن تؤثر فيها السلسلة لمنع الإطار من الدوران ، علماً بأن نصف قطر الإطار 97.0 cm ؟
جـ : 789 N

س7- العزم يريد عبد الرحمن أن يدخل من باب دوار ساكن ، وضح كيف يدخل الباب ليولد عزماً بأقل مقدار من القوة المؤثرة ؟ وأين ؟
جـ: لتوليد عزم بأقل قوة عليك دفع الباب مقتربا ما أمكن من الحافة وبزاوية قائمة بالنسبة للباب

س8- ذراع القوة حاولت فتح الباب ، ولم تستطع دفعه بزاوية قائمة بالنسبة لة ، فدفعته بزاوية 55˚ بالنسبة للرأسي ، قارن بين قوة دفعك للباب في هذه الحالة وبين القوة اللازمة لدفعه عندما تكون القوة عمودية علية ( 90˚ ) مع تساوي سرعة الباب في الحالتين .
جـ: للحصول علي العزم نفسه يجب زيادة القوة بنسبة 1/(0.57)=1.75

س9- محصلة العزم يسحب شخصان حبلين ملفوفين حول إطار كبير ، فإذا كانت كتلة الإطار 12kg وقطره 2.4m ويسحب أحد الشخصين الحبل الأول في اتجاه حركة عقارب الساعة بقوة 43N ، ويسحب الشخص الآخر الحبل الثاني في اتجاه معاكس لاتجاه حركة عقارب الساعة بقوة 67N ، فما محصلة العزم على الإطار ؟
جـ: 29 N.m

س10- التفكير الناقد إذا وضعت كرة عند أعلى سطح مائل مهمل الاحتكاك فسوف تنزلق إلى أسفل السطح دون دحرجة ، ولكن إذا كان السطح خشناً فإن الكرة سوف تتدحرج في أثناء انزلاقها إلى أسفل ، وضح سبب ذلك مستخدماً مخطط الجسم الحر .
جـ: العزم=τ=Fr sin θ ، قوة الاحتكاك توازي السطح وتتعامد مع محور دوران الكرة فنولد عزما يجعل الكرة تدور وإذا كان السطح أملسا ، فلا توجد قوة موازية للسطح في هذه الحالة ولا يوجد عزم ولا دوران .

الوسوم

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى