شتاب مثبت: وقتی تندتر میروی!
شتاب چیست و شتاب مثبت به چه معناست؟
در زندگی روزمره، ما زیاد از کلمهی "تند" یا "آهسته" استفاده میکنیم. در فیزیک، برای توصیف دقیقتر این تغییرات از مفهوم شتاب۴ استفاده میشود. شتاب یعنی میزان تغییر سرعت در واحد زمان. حالا اگر این تغییر سرعت به گونهای باشد که جسم تندتر برود، یعنی سرعتش افزایش پیدا کند، به آن شتاب مثبت میگوییم.
برای درک بهتر، فرض کن سوار دوچرخهای هستی و شروع به پدال زدن میکنی. در لحظهی اول سرعتت کم است، اما هر چه بیشتر پدال میزنی، سرعتت بیشتر میشود. در این بازهی زمانی، تو شتاب مثبت داری چون در جهت حرکتت (مثلاً به سمت پارک) در حال سریعتر شدن هستی.
تفاوت شتاب مثبت، منفی و سرعت ثابت
برای اینکه موضوع کاملاً جا بیفتد، باید این سه حالت را کنار هم ببینیم. جدول زیر این مقایسه را به روشنی نشان میدهد:
| نوع حرکت | معنی و مفهوم | مثال ملموس | وضعیت در جدول |
|---|---|---|---|
| شتاب مثبت | افزایش سرعت در جهت حرکت. جسم دارد تندتر میشود. | فشردن پدال گاز خودرو وقتی چراغ سبز میشود. | افزایش سرعت |
| شتاب منفی (کندشونده) | کاهش سرعت در جهت حرکت. جسم دارد آهستهتر میشود. | فشردن پدال ترمز خودرو هنگام نزدیک شدن به چراغ قرمز. | کاهش سرعت |
| سرعت ثابت | عدم تغییر در سرعت. جسم نه تندتر میشود و نه آهستهتر. شتاب صفر است. | راندن خودرو در یک جادهی خلوت با سرعت کروز ثابت. | بدون تغییر |
چگونه شتاب مثبت را حساب کنیم؟ (یک فرمول ساده)
برای محاسبهی شتاب، از یک فرمول نسبتاً ساده استفاده میکنیم. این فرمول تغییرات سرعت را بر مدت زمان آن تغییر تقسیم میکند:
در این فرمول:
• a شتاب (بر حسب متر بر مجذور ثانیه m/s$^2$) است.
• $v_2$ سرعت نهایی (بر حسب متر بر ثانیه m/s) است.
• $v_1$ سرعت اولیه (بر حسب متر بر ثانیه m/s) است.
• t مدت زمانی است که این تغییر سرعت در آن رخ داده (بر حسب ثانیه، s).
مثال عددی: تصور کن یک ماشین اسباببازی از حالت سکون (سرعت اولیه = 0 m/s) شروع به حرکت کند و بعد از 5 ثانیه، سرعتش به 10 m/s برسد. شتاب آن چقدر است؟
طبق فرمول: $ a = \frac{10 - 0}{5} = \frac{10}{5} = 2 $. یعنی شتاب ماشین اسباببازی 2 m/s$^2$ است. این یک شتاب مثبت است، چون سرعت از صفر به یک عدد مثبت افزایش یافته است.
شتاب مثبت در اطراف ما: از ورزش تا فناوری
شتاب مثبت فقط یک مفهوم کتابی نیست. ما هر روز آن را تجربه میکنیم یا اثراتش را میبینیم:
۱. وسایل نقلیه وقتی سوار آسانسور میشوی و به سمت بالا حرکت میکند، در لحظهی شروع حرکت، آسانسور شتاب مثبت دارد تا سرعتش از صفر افزایش پیدا کند. همین اتفاق در مترو، خودرو و هواپیما هنگام برخاستن میافتد.
۲. ورزشها یک دوندهی دوی سرعت در لحظهی شنیدن سوت استارت، با تمام نیرو خود را به جلو پرتاب میکند. در ثانیههای اول، سرعت او به شدت افزایش مییابد؛ یعنی شتاب مثبت بزرگی دارد. پرتاب توپ توسط یک بازیکن بسکتبال به سمت حلقه نیز در لحظهی جدا شدن از دست، شتاب مثبت دارد.
۳. سرگرمی و بازی وقتی روی ترمز واشر (تایر) پارک آبی سُر میخوری، در بخشهای شیبدار سرعتت لحظه به لحظه بیشتر میشود. این همان شتاب مثبت لذتبخش است! یا در بازیهای رایانهای، وقتی شخصیت بازی دکمهی دویدن را میگیرد، سرعتش افزایش مییابد.
سؤالات رایج درباره شتاب مثبت
پاورقی
۱شتاب مثبت (Positive Acceleration): حالتی که در آن سرعت یک جسم در امتداد جهت حرکتش افزایش مییابد.
۲شتاب منفی (Negative Acceleration) / کندشونده (Deceleration): حالتی که در آن سرعت یک جسم در امتداد جهت حرکتش کاهش مییابد. اغلب به آن "کندی" یا "ترمز" نیز گفته میشود.
۳سرعت ثابت (Constant Velocity): حالتی که هم بزرگی (تندی) و هم جهت سرعت جسم تغییر نمیکند. در این حالت شتاب صفر است.
۴شتاب (Acceleration): یک کمیت برداری که نرخ تغییرات سرعت را نسبت به زمان نشان میدهد. یکای آن متر بر مجذور ثانیه (m/s$^2$) است.
