حرکت غیر یکنواخت: حرکتی با تغییر تندی یا جهت

بروزرسانی شده در: 19:41 1404/09/19 مشاهده: 6 دسته بندی: کپسول آموزشی

حرکت غیر یکنواخت: وقتی سرعت یا جهت تغییر می‌کند

آشنایی با انواع حرکت در زندگی روزمره و فیزیک پایه نهم

خلاصه: حرکت غیر یکنواخت به حرکتی گفته می‌شود که در آن، جسم یا تندی¹ خود را تغییر می‌دهد یا مسیرش عوض می‌شود. برخلاف حرکت یکنواخت که سرعت ثابت و مسیر مستقیم است، بیشتر حرکت‌های اطراف ما مانند دویدن با سرعت‌متغیر²، پیچیدن ماشین یا افتادن یک برگ از درخت، غیر یکنواخت هستند. در این مقاله با مفاهیم شتاب³ و سرعت‌متوسط⁴، انواع حرکت غیر یکنواخت و مثال‌های ملموس از زندگی روزمره آشنا می‌شویم.

حرکت یکنواخت در مقابل غیر یکنواخت

برای درک حرکت غیر یکنواخت، اول باید ببینیم حرکت یکنواخت چیست. حرکت یکنواخت، حرکتی است با سرعت ثابت در یک خط راست. در این حرکت، جسم در بازه‌های زمانی مساوی، مسافت‌های مساوی را طی می‌کند. مثلاً حرکت عقربه ثانیه‌شمار ساعت یک حرکت تقریباً یکنواخت است. اما اگر سوار دوچرخه شوید و گاهی پدال بزنید، گاهی سر بالایی بروید و گاهی ترمز کنید، دیگر حرکت شما یکنواخت نیست. شما هم تندی (مثلاً 10 کیلومتر بر ساعت یا 15 کیلومتر بر ساعت) و هم جهت (پیچیدن در خیابان) را تغییر می‌دهید. این همان حرکت غیر یکنواخت است.

نکته کلیدی: هر تغییری در اندازه سرعت (تندی) یا جهت حرکت، باعث می‌شود حرکت از حالت یکنواخت خارج شود و به حرکت غیر یکنواخت تبدیل گردد.

چرا حرکت غیر یکنواخت اتفاق می‌افتد؟ مفهوم شتاب

علت اصلی تغییر در سرعت، وجود شتاب است. شتاب، معیاری است برای سنجش اینکه سرعت یک جسم چقدر سریع تغییر می‌کند. وقتی گاز ماشین را فشار می‌دهید، شتاب مثبت است و سرعت افزایش می‌یابد. وقتی ترمز می‌گیرید، شتاب منفی است (که گاهی کندشونده⁵ نامیده می‌شود) و سرعت کاهش می‌یابد. حتی وقتی در پیچ جاده می‌پیچید، اگرچه ممکن است تندی ثابت بماند، اما چون جهت حرکت عوض شده، سرعت (که یک کمیت برداری و شامل جهت است) تغییر کرده و شتاب دارید.

فرمول محاسبه شتاب متوسط به این صورت است:

$ a = \frac{\Delta v}{\Delta t} = \frac{v_2 - v_1}{t_2 - t_1} $
که در آن: $ a $ شتاب، $ \Delta v $ تغییر سرعت و $ \Delta t $ بازه زمانی این تغییر است. واحد شتاب $ m/s^2 $ (متر بر مجذور ثانیه) است.

دسته‌بندی حرکت‌های غیر یکنواخت

حرکت‌های غیر یکنواخت را می‌توان بر اساس نوع تغییر سرعت به دو دسته اصلی تقسیم کرد:

نوع حرکت	ویژگی اصلی	مثال ملموس	نمودار سرعت-زمان
حرکت با شتاب ثابت	میزان تغییر سرعت در هر ثانیه، عدد ثابتی است. شتاب ثابت است.	سقوط آزاد یک جسم (مثل انداختن توپ از بالای پله‌ها) در غیاب مقاومت هوا، یا حرکت ماشینی که با گاز ثابت از حالت سکون شروع به حرکت می‌کند.	یک خط راست با شیب ثابت (مثبت یا منفی).
حرکت با شتاب متغیر	میزان تغییر سرعت، خودش در حال تغییر است. شتاب متغیر است.	حرکت یک اتومبیل در ترافیک شهری (پر کردن گاز، ترمزهای مکرر)، پرواز یک پرنده که مدام بال می‌زند، یا حرکت یک قطار شهری بین ایستگاه‌ها.	یک خط منحنی یا شکسته.

همچنین، حرکت روی مسیر منحنی (مانند دایره) حتی با تندی ثابت، به دلیل تغییر مداوم جهت، یک حرکت شتابدار و غیر یکنواخت محسوب می‌شود.

حرکت غیر یکنواخت در اطراف ما: از ورزش تا حمل و نقل

بیایید با چند مثال ساده، این مفهوم را در زندگی روزمره رصد کنیم:

مثال ۱: مسابقه دو 100 متر
دونده در لحظه شروع (با شنیدن تیر) از حالت سکون، با شتاب زیادی سرعت می‌گیرد (حرکت با شتاب ثابت یا متغیر). در میانه مسیر ممکن است به حداکثر سرعت تقریباً ثابتی برسد (بخشی کوتاه شبیه یکنواخت). در نزدیکی خط پایان برای حفظ انرژی ممکن است کمی سرعتش تغییر کند و بعد از خط پایان با ترمز (شتاب منفی) می‌ایستد. کل این حرکت یک حرکت غیر یکنواخت پیچیده است.

مثال ۲: سفر با اتوبوس در شهر
اتوبوس از ایستگاه با شتاب حرکت می‌کند، سپس ممکن است در بخشی از خیابان خلوت با سرعت تقریباً ثابتی برود، بعد برای ایستادن در ایستگاه بعدی ترمز می‌گیرد (شتاب منفی). این چرخهٔ «شتاب گرفتن-حرکت تقریباً یکنواخت-کند شدن» یک الگوی متداول حرکت غیر یکنواخت با شتاب متغیر است.

مثال ۳: تاب خوردن در پارک
وقتی شما روی تاب می‌نشینید و دیگری شما را هل می‌دهد، سرعت شما در پایین‌ترین نقطه مسیر بیشترین و در بالاترین نقطه‌ها کمترین است. جهت حرکت نیز دائماً از چپ به راست در حال تغییر است. بنابراین حرکت تاب، یک حرکت غیر یکنواخت متناوب است.

چگونه سرعت متوسط را در حرکت غیر یکنواخت حساب کنیم؟

از آنجا که سرعت در حرکت غیر یکنواخت ثابت نیست، معمولاً از مفهوم سرعت متوسط استفاده می‌کنیم. سرعت متوسط نشان می‌دهد اگر جسم به جای حرکت غیر یکنواخت، با یک سرعت ثابت حرکت می‌کرد، همان مسافت را در همان زمان طی می‌کرد. فرمول آن بسیار ساده است:

$ v_{ave} = \frac{\text{جمع کل مسافت طی شده}}{\text{کل زمان سپری شده}} $

مثال: اگر شما با دوچرخه مسافت 6 کیلومتر را در مدت 30 دقیقه (0.5 ساعت) طی کنید، سرعت متوسط شما می‌شود: $ v_{ave} = \frac{6}{0.5} = 12 $ کیلومتر بر ساعت. این بدان معنا نیست که شما در هر لحظه دقیقاً 12 کیلومتر بر ساعت سرعت داشتید، بلکه میانگین سرعت شما این مقدار بوده است.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

سوال ۱: آیا اگر جسمی روی مسیر دایره‌ای با تندی ثابت حرکت کند، حرکتش یکنواخت است؟

خیر. در حرکت یکنواخت، هم اندازه سرعت (تندی) و هم جهت آن باید ثابت باشد. در حرکت دایره‌ای حتی با تندی ثابت، جهت سرعت در هر لحظه تغییر می‌کند (مماس بر دایره است). بنابراین سرعت (که یک کمیت برداری است) تغییر کرده و حرکت، غیر یکنواخت و شتابدار است.

سوال ۲: اگر نمودار مکان-زمان یک جسم خط راست نباشد، آیا حرکت حتماً غیر یکنواخت است؟

بله. نمودار مکان-زمان برای حرکت یکنواخت روی خط راست، حتماً باید یک خط راست باشد. اگر این نمودار منحنی یا خط شکسته باشد، نشان می‌دهد که جسم در واحد زمان‌های مساوی، مسافت‌های نامساوی طی کرده که تعریف حرکت غیر یکنواخت است.

سوال ۳: تفاوت «سرعت متوسط» و «سرعت لحظه‌ای» در حرکت غیر یکنواخت چیست؟

سرعت متوسط یک میانگین است و برای کل مسیر محاسبه می‌شود. اما سرعت لحظه‌ای، سرعت جسم در یک لحظه خاص و بسیار کوتاه است. مثلاً سرعتی که عقربه سرعت‌سنج ماشین در یک لحظه نشان می‌دهد، سرعت لحظه‌ای است. در حرکت غیر یکنواخت، سرعت لحظه‌ای مدام در حال تغییر است.

جمع‌بندی: حرکت غیر یکنواخت، رایج‌ترین نوع حرکت در جهان اطراف ماست. هرجا تغییری در تندی (شتاب گرفتن یا کند شدن) یا تغییری در جهت حرکت (پیچیدن، چرخیدن) رخ دهد، با این نوع حرکت روبرو هستیم. درک مفاهیم شتاب و سرعت متوسط به ما کمک می‌کند این حرکات را بهتر تحلیل کنیم. از پرواز پرندگان تا حرکت وسایل نقلیه و حتی بازی‌های کودکان، همه جلوه‌هایی از حرکت غیر یکنواخت هستند که با نگاه علمی می‌توانیم رازهایشان را کشف کنیم.

پاورقی

¹ تندی (Speed): اندازه‌ی مسافت طی شده در واحد زمان. یک کمیت نرده‌ای (فقط عدد و واحد). معادل انگلیسی: Speed.
² سرعت متغیر (Variable Velocity): سرعتی که مقدار یا جهت آن (یا هر دو) با زمان تغییر کند. معادل انگلیسی: Variable Velocity.
³ شتاب (Acceleration): نرخ تغییرات سرعت نسبت به زمان. معادل انگلیسی: Acceleration.
⁴ سرعت متوسط (Average Velocity): کل جابجایی تقسیم بر کل زمان. در این مقاله برای سادگی، گاهی به جای آن از «سرعت متوسط» با مفهوم متوسط تندی استفاده شده است. معادل انگلیسی: Average Velocity.
⁵ کندشونده (Decelerated): حرکتی که در آن اندازه سرعت کاهش می‌یابد. شتاب در جهت مخالف حرکت است. معادل انگلیسی: Decelerated Motion.

شتاب در فیزیک حرکت با سرعت متغیر حرکت یکنواخت و غیریکنواخت سرعت متوسط مثال حرکت غیر یکنواخت

پایهٔ نهم علوم نهم حرکت غیر یکنواخت

اطلاع از تغییرات در بسته‌های گاما

کاربر عزیز سلام!