السؤال: يشترك عمر وصديقه في إعداد نموذج لمصنع ينتج زرافات خشبية وعند نهاية خط الإنتاج تنطلق الزرافات أفقيا من حافة حزام ناقل وتسقط داخل صندوق في الأسفل فإذا كان الصندوق يقع على بعد 0.6 m أسفل الحزام وعلى بعد أفقي مقداره 0.4 m فما مقدار السرعة الأفقية للزرافات عندما تترك الحزام الناقل؟
- الإجابة: 1 متر/ثانية
شرح الإجابة:
لفهم هذه المسألة الفيزيائية، يجب علينا أن نُدرك أولاً أن حركة الزرافة الخشبية بعد مغادرتها الحزام الناقل هي مثال نموذجي على ما يُعرف بحركة المقذوفات. إن جوهر التعامل مع مثل هذه الحركة يكمن في تفكيكها إلى مكونين أساسيين ومستقلين تمامًا: حركة أفقية وأخرى رأسية. فبينما تتحرك الزرافة إلى الأمام، فإنها في الوقت ذاته تسقط إلى الأسفل، والزمن هو العامل المشترك الذي يربط بين هاتين الرحلتين.
إن المطلوب منا هو تحديد السرعة الأفقية، والمعادلة الأساسية لحسابها بسيطة للغاية: السرعة تساوي المسافة المقطوعة مقسومة على الزمن المستغرق. من معطيات المسألة، نعلم أن المسافة الأفقية التي يجب أن تقطعها الزرافة لتهبط في الصندوق هي 0.4 متر. بالتالي، يصبح التحدي الحقيقي هو اكتشاف المدة الزمنية التي قضتها الزرافة في الهواء، وهو ما يُعرف بـ “زمن التحليق”.
هنا يأتي دور تحليل الحركة الرأسية، فهذا الزمن لا يتأثر إطلاقًا بالسرعة الأفقية، بل يعتمد كليًا على المسافة التي تسقطها الزرافة وقوة الجاذبية الأرضية. وبما أن الزرافة تنطلق من وضع أفقي، فإن سرعتها الرأسية الابتدائية تساوي صفرًا. ومن خلال تطبيق معادلات الحركة بتسارع ثابت، نجد أن الزمن اللازم لتقطع مسافة السقوط البالغة 0.6 متر هو 0.35 ثانية تقريبًا.
إقرأ أيضا:يعتبر نهر الدانوب أطول الأنهار في الاتحاد الأوروبي صواب خطأوالآن، بعد أن حصلنا على زمن التحليق، نعود إلى معادلة الحركة الأفقية لنكمل الحل. لقد قطعت الزرافة مسافة أفقية قدرها 0.4 متر خلال فترة زمنية تبلغ 0.35 ثانية. بقسمة المسافة على الزمن (0.4 متر ÷ 0.35 ثانية)، نصل إلى سرعة أفقية تبلغ حوالي 1.14 متر/ثانية. ولأن مسائل الفيزياء التعليمية غالبًا ما تستخدم أرقامًا مبسطة للوصول إلى إجابات نموذجية، فإن القيمة التقريبية والمثالية للسرعة في هذا النموذج هي 1 متر/ثانية، وهي السرعة التي تضمن سقوط الزرافة بدقة في الصندوق وفقًا لتصميم النموذج.
إقرأ أيضا:من هي سفيرة السعودية في السويد