مقدمة
الحركة التوافقية البسيطة هي نوع من الحركة الدورية التي تحدث عندما يكون الجسم مرتبطًا بقوة استعادة خطية. تُعرف هذه القوة أيضًا باسم قوة الإرجاع أو قوة التوازن، وهي قوة تعمل على إعادة الجسم إلى موضعه الأصلي. بعض الأمثلة على الحركة التوافقية البسيطة هي حركة البندول البسيط، حركة كتلة متصلة بنابض، وحركة جسم في وسط مقاوم.
1. تعريف الحركة التوافقية البسيطة
الحركة التوافقية البسيطة هي نوع من الحركة الدورية التي تحدث عندما يكون الجسم مرتبطًا بقوة استعادة خطية. تُعرف هذه القوة أيضًا باسم قوة الإرجاع أو قوة التوازن، وهي قوة تعمل على إعادة الجسم إلى موضعه الأصلي. بعض الأمثلة على الحركة التوافقية البسيطة هي حركة البندول البسيط، حركة كتلة متصلة بنابض، وحركة جسم في وسط مقاوم.
2. معادلة الحركة التوافقية البسيطة
معادلة الحركة التوافقية البسيطة هي:
$$m\frac{d^2x}{dt^2} = -kx$$
حيث:
m هي كتلة الجسم المتحرك.
k هي ثابت قوة الاستعادة.
x هو موضع الجسم المتحرك.
t هو الوقت.
3. خصائص الحركة التوافقية البسيطة
هناك العديد من الخصائص التي تميز الحركة التوافقية البسيطة، ومن أهمها:
الحركة دورية، أي أنها تتكرر بشكل منتظم.
الفترة الزمنية للحركة هي الزمن اللازم لإكمال دورة واحدة من الحركة.
التردد الزمني للحركة هو عدد الدورات التي تتم في الثانية الواحدة.
السعة القصوى للحركة هي أقصى إزاحة للجسم المتحرك عن موضع توازنه.
4. تطبيقات الحركة التوافقية البسيطة
توجد العديد من التطبيقات للحركة التوافقية البسيطة، ومن أهمها:
تستخدم الحركة التوافقية البسيطة في الساعات والموازين الزنبركية.
تستخدم الحركة التوافقية البسيطة في أجهزة قياس التسارع.
تستخدم الحركة التوافقية البسيطة في أجهزة قياس الزلازل.
5. حركة البندول البسيط
البندول البسيط هو كتلة صغيرة معلقة بخيط غير قابل للتمدد. عند تحريك البندول عن موضع توازنه، فإنه يتحرك ذهابًا وإيابًا حول نقطة التوازن. حركة البندول البسيط هي مثال على الحركة التوافقية البسيطة.
6. حركة كتلة متصلة بنابض
كتلة متصلة بنابض هي كتلة متصلة بنابض مرن. عند تحريك الكتلة عن موضع توازنه، فإنها تتذبذب ذهابًا وإيابًا حول نقطة التوازن. حركة كتلة متصلة بنابض هي مثال على الحركة التوافقية البسيطة.
7. حركة جسم في وسط مقاوم
حركة جسم في وسط مقاوم هي حركة جسم يتحرك في وسط مقاوم، مثل السائل أو الغاز. عند تحريك الجسم في الوسط المقاوم، فإن الوسط المقاوم يعيق حركته. حركة جسم في وسط مقاوم هي مثال على الحركة التوافقية البسيطة.
خاتمة
الحركة التوافقية البسيطة هي نوع مهم من الحركة الدورية لها العديد من التطبيقات في مجالات مختلفة. تُعد دراسة الحركة التوافقية البسيطة ضرورية لفهم العديد من الظواهر الطبيعية والفيزيائية.