سرعت، شتاب، نیرو، قدرت، تورک و غیره از مفاهیم اصلی و اساسی در علم مکانیک هستند که بسیاری با آن آشنا هستید. امّا نکات ریز و جالبی در این مفاهیم فیزیکی نهفته است که با دانستن آن می توانید شبهات بسیاری را در مورد رانندگی و یا خودروهای مختلف از بین ببرید. بدین منظور تصمیم گرفته ایم که این مفاهیم را به شکلی ساده در طی چند مقاله تقدیم حضورتان نماییم. از آنجا که برای تحلیل مکانیکی حرکت و عوامل آنبه درک چند مفهوم نیاز داریم، اندکی صبر و حوصله از شما عزیزان طلب دارم تا تعداد این مقالات به حدّ مناسب خود برسانیم و از آن پس برخی اتّفاقات رانندگی را تحلیل نماییم. خواهشمندم که مقالات موجود در این بخش را هرچند ساده اند، امّا کتاب وار و ترتیبی نگاهی بیاندازید تا احساس گنگی در نوشته هایی که نیاز به درک چند مفهوم را داراست نکنید.





سرعت خطّی


این دسته مقالات را با سرعت خطّی آغاز می کنیم. مفهومی ساده، امّا بسیار مهم که تحلیل بسیاری از رویدادهای مکانیکی را تحت تاثیر قرار خواهد داد. سادگی این نوشتار را بر من ببخشید، که پیش نیازیست بر مقالات آینده و از آن گریزی نیست.


در فیزیک برای تعریف سرعت، ابتدا باید سرعت متوسّط را معرّفی نماییم. سرعت متوسّط به تقسیم مقدار جابجایی یک متحرّک، مثلا اتوموبیل، بر مدّت زمانی که طول می کشد تا آن جابجایی را انجام دهد می گویند. دقّت کنید که در روزمرّه، جابجایی همان مسافت است امّا در فیزیک اینگونه نیست. خوشبختانه اکنون نیز با تعریف روزمرّه ی سرعت کار خواهیم داشت، پس اگر صحبتی از سرعت متوسّط شد، منظور ما سرعت پیمودن مسافت خاصّی است، نه جابجایی خاص (جابجایی همان تغییر مکان متحرّک است که به عنوان مثال در حرکات رفت و برگشتی، صفر است.). اکنون سرعت لحظه ای قابل تعریف است. سرعت لحظه ای در واقع حالت خاصّی از سرعت متوسّط است، وقتی که زمان و مسافت طی شده، هر دو نزدیک به صفر باشند یا به عبارت دیگر، سرعت متوسّط وقتی که متحرّک را در لحظه ای بسیار اندک بررسی کنیم. این سرعت درواقع همان عددی است که شما بر روی آمپر خودروی خود در هر لحظه می توانید بخوانید. تعریف فیزیکی سرعت لحظه ای وابسته به مفهوم حد و مشتق ریاضی است که در این مجال نمی گنجد. امّا برای فهم تفاوت سرعت لحظه ای و سرعت متوسّط، مثال مقابل را در نظر بگیرید: شما در زمانی معادل 2 ساعت، 120 کیلومتر را طی کرده اید، پس سرعت متوسّط شما 60 کیلومتر بر ساعت بوده است. این در حالیست که شما ممکن است به علّت توقّف این مسافت را در 2 ساعت پیموده باشید و هرگز سرعت لحظه ایتان در حرکت از 120 کیلومتر بر ساعت کمتر نبوده باشد.

واحد سرعت


واحد استاندارد بیان کننده ی سرعت، متر بر ثانیه است. در اتوموبیل ها به دلیل طولانی تر بودن مسافتهای طی شده و همچنین آن یک ساعت زمان متناسب تری با زندگی روزمرّه ما انسان هاست، از واحد کیلومتر بر ساعت استفاده می کنند. به عنوان مثال سرعت 36 کیلومتر بر ساعت که همان طی کردن مسافت 36 کیلومتر در یک ساعت است، معنایی مترادف با سرعت 10 متر بر ثانیه دارد، یعنی با این سرعت در هر ثانیه می توان 10 متر را طی نمود.


سرعت کمیتی برداریست


دقّت کنید که سرعت کمیتی برداریست است و این به معنای آن است که برای بیان درست و صحیح آن و استفاده ی از این مفهوم در رانندگی که با جهات مختلف سر و کار دارد، نیازمند استانداردی برای تعریف جهت هستیم و به آن دستگاه مختصات می گوییم. البته فهم این قضیه کار آسانیست و درنتیجه به صرف بیان جهت دار بودن سرعت افاقه می کنیم. کافیست بدانید که جهت حرکت یک متحرّک نسبت به یک دستگاه ثابت، مانند زمین، نقش مهمّی در فهم آن ایفا می کند. برای مثال، اتوموبیلی که با سرعتی برابر با سرعت شما و در جهت شما حرکت می کند، کاملا بی خطر است، زیرا سرعت نسبی اش با شما برابر صفر است. امّا اتوموبیلی که اندازه ی سرعتش با اندازه ی سرعت شما برابر است، لیکن در خلاف جهت شما در حال حرکت است، می تواند باعث مرگ شما شود و این را همگان می دانید.


با توجّه به آنچه بیان شد، می توانیم سرعت متحرّک ها را ناشی از دو سرعت عمود بر هم بدانیم. مثلا اگر بخواهیم سرعت یک اتوموبیل را نسبت به خودروی خود بسنجیم، کافیست در ذهنمان سرعت آن را متشکّل از یک سرعت در جهت حرکت خودروی خود، و سرعت دیگری در جهت عمود بر سرعت خودرویمان در نظر بگیریم و این گونه است که می توانیم حرکت آن را در یک یا چند ثانیه جلوتر پیش بینی کنیم.