انظر الأفعوانية في الشكل 15 – 6 هل تتحرك السيارات في هذه الأفعوانية حركة دائرية منتظمة فسر إجابتك

السؤال: انظر الأفعوانية في الشكل 15 – 6 هل تتحرك السيارات في هذه الأفعوانية حركة دائرية منتظمة فسر إجابتك

• الإجابة: لا، لا تتحرك السيارات في هذه الأفعوانية حركة دائرية منتظمة.

شرح الإجابة:

دعنا نفكك هذا المفهوم الفيزيائي خطوة بخطوة لنصل إلى فهم عميق. بدايةً، يجب أن ندرك الفارق الجوهري بين الحركة الدائرية، والحركة الدائرية المنتظمة. فلكي نصف حركة بأنها “دائرية منتظمة”، لا يكفي أن يدور الجسم في مسار دائري أو منحنٍ، بل يتوجب عليه أن يفعل ذلك بسرعة قياسية ثابتة تمامًا، أي أن عدّاد السرعة في السيارة يجب أن يشير إلى نفس الرقم طوال فترة الدوران. هذا هو الشرط الأساسي الذي يميز الانتظام.

وبالنظر إلى الأفعوانية، نجد أن هذا الشرط لا يتحقق على الإطلاق. فبينما تصعد عربات الأفعوانية إلى قمة التل أو الحلقة، فإنها تتحرك ضد قوة الجاذبية الأرضية التي تسحبها باستمرار إلى الأسفل. هذه المقاومة المستمرة تؤدي إلى تباطؤ تدريجي في حركتها، مما يجعل سرعتها تتناقص كلما زاد ارتفاعها. ولهذا السبب، تصل العربة إلى أدنى سرعة لها عند أعلى نقطة في المسار.

من هذا المنطلق، وعندما تبدأ العربات رحلة الهبوط من القمة، ينقلب الوضع تمامًا. إذ تصبح قوة الجاذبية الآن عاملاً مساعدًا يدفع العربات إلى الأسفل في نفس اتجاه حركتها، مما يمنحها تسارعًا كبيرًا. ونتيجة لذلك، تزداد سرعتها بشكل هائل حتى تصل إلى أقصى قيمة لها عند أدنى نقطة في المسار، أي في قاع المنحدر. هذا التناوب المستمر بين التباطؤ والتسارع هو السمة الأساسية لحركة الأفعوانية وهو ما يمنحها إثارتها.

وعلى هذا الأساس، فإن سرعة العربات ليست ثابتة، بل هي في حالة تغير مستمر صعودًا وهبوطًا. هذا التغير في مقدار السرعة ينفي بشكل قاطع صفة “الانتظام” عن حركتها. يمكننا التعبير عن هذا أيضًا من منظور الطاقة؛ فالطاقة الكامنة (طاقة الارتفاع) تتحول إلى طاقة حركية (طاقة الحركة) أثناء الهبوط، والعكس يحدث أثناء الصعود، وهذا التحول المستمر في الطاقة يؤكد أن السرعة لا يمكن أن تكون ثابتة. خلاصة القول، إن حركة سيارات الأفعوانية هي مثال واضح على الحركة الدائرية “غير المنتظمة” بسبب التأثير المباشر والمتغير لقوة الجاذبية الرأسية على سرعتها.