كمية

إزاحة

التغير في موضع جسم من نقطته الابتدائية.
7 مقالات ذات صلة · 3 صيغ

الوصف

الإزاحة هي كمية متجهة تصف التغير في موضع جسم من نقطته الابتدائية إلى نقطته النهائية. على عكس المسافة، التي هي كمية قياسية تقيس الطول الكلي للمسار المقطوع، تهتم الإزاحة فقط بالمسافة المستقيمة بين نقطتي البداية والنهاية، بما في ذلك الاتجاه. وهي مفهوم أساسي في علم الحركة، وتشكل الأساس لتعريف السرعة والتسارع، وتلعب دورًا محوريًا في الميكانيكا ونظرية الموجات وحتى في الكهرومغناطيسية حيث تظهر في تيار الإزاحة.

التاريخ

تمت صياغة مفهوم الإزاحة كمتجه في القرن التاسع عشر، بالبناء على أعمال سابقة لجاليليو ونيوتن حول الحركة. أصبح مصطلح 'الإزاحة' بمعناه الحديث معيارًا مع تطور التحليل المتجهي على يد هاملتون وجيبس في أواخر القرن التاسع عشر.

كيف يعمل

تُحسب الإزاحة بالعلاقة Δr = r_final - r_initial، حيث r هو متجه الموضع. وهي تخضع لجمع المتجهات، لذا يمكن دمج الإزاحات بإضافة مركباتها. في التفاضل والتكامل، السرعة اللحظية هي المشتقة الزمنية للإزاحة، والتسارع هو المشتقة الثانية. في الأنظمة التذبذبية، الإزاحة من موضع الاتزان هي المتغير الأساسي، كما في قانون هوك F = -kx، حيث x هي الإزاحة.

في التطبيق

تُستخدم الإزاحة في كل مكان من الهندسة (قياس تشوه الهياكل) إلى علم الزلازل (تتبع حركة الأرض أثناء الزلازل) والملاحة عبر نظام تحديد المواقع العالمي (حساب تغيرات الموضع). في ديناميكا الموائع، تصف سماكة الإزاحة كيف يدفع الطبقة الحدودية التدفق الخارجي إلى الخارج.

حقيقة طريفة

في مسار مغلق، تكون الإزاحة الكلية دائمًا صفرًا، بغض النظر عن المسافة المقطوعة — ولهذا فإن متنزهًا يمشي 10 كيلومترات في دائرة تكون إزاحته من نقطة البداية صفرًا.

Concept graph →

صيغ

$$a = (2\pi f)^2 x$$
Acceleration in harmonic motion is proportional to frequency squared and displacement.
ما في الصيغة
aمتغيرacceleration — acceleration metre per second squared
fمتغيرfrequency — تردد hertz
xمتغيرdisplacement from equilibrium — إزاحة metre
$$\ddot{x} + \omega^2 x = F(t)$$
Equation of motion for a driven harmonic oscillator.
ما في الصيغة
xمتغيرDisplacement from equilibrium — إزاحة metre
tمتغيرTime — زمن second
FمتغيرExternal driving force per unit mass — force per unit mass metre per second squared
\omegaثابتCharacteristic oscillation frequency of the system — تردد زاوي = varies radian per second
\ddot{x}مؤثرSecond derivative with respect to time — second time derivative
$$h'' + \Xi h' + \omega^2 h = 0$$
Equation describes damped harmonic oscillator motion.
ما في الصيغة
hمتغيرdisplacement of the oscillator — إزاحة metre
Ξمتغيرdamping coefficient — damping coefficient per second
ωمتغيرangular frequency of the undamped oscillator — تردد زاوي radian per second
h''مؤثرsecond derivative of h with respect to time — second time derivative
h'مؤثرfirst derivative of h with respect to time — first time derivative

مقالات ذات صلة · 7

قطع ناقص وسط حشد من الدمبل النشطة
الحشد عند مدخل ممر ضيق يتصرف بشكل مختلف عن تصرفه في قاعة واسعة: البعض يُدفع نحو الجدران، والبعض الآخر يُقذف إلى الأمام. يحدث شيء مشابه تقريبًا عندما يجد جسيم مستطيل نفسه في سائل يزخر بالدمبل ذاتية الدفع. حتى الآن كان من غير الواضح لماذا يتحرك مثل هذا الجسيم على طول محوره الطويل أسرع من عرضيًا، وكيف تؤثر كثافة الحشد على سرعته.
لماذا يحدد الصدع ما إذا كان الزلزال سيحدث
قطعتان من ورق الصنفرة مضغوطتان بشدة ضد بعضهما البعض. بمجرد البدء في إزاحتهما، فإنهما تتشبثان أولاً بالخشونات، ثم تنزلقان فجأة. تقريبًا هكذا يتصرف الصدع الأرضي أثناء الزلزال. لكن هناك تفصيل مهم: ما مقدار الإزاحة المطلوبة لتحطيم التماسك؟ تسمى هذه المسافة بالانزلاق الحرج.
قطرات متسابقة في نفاثة مائية
تخرج قطرات الماء من الفوهة واحدة تلو الأخرى، مثل راكبي دراجات على مسار ضيق. تلك التي تطير أسرع تلحق بالبطيئة — وتندمج معها في قطرات أكبر. هذه الآلية البسيطة تُسمى التجميع القذفي (ballistic aggregation)، وحتى الآن كانت تُلاحظ فقط على المقاييس الكونية: هكذا تلتصق ذرات الغبار لتكوين الكواكب.
تموجات كمومية في المادة النشطة
حفنة من حبات الأرز تسقط على مقلاة ساخنة — فتقفز. كل حبة تدفع جاراتها، والكتلة كلها تتحرك دون يد خارجية. هذا هو المادة النشطة: عدد كبير من الجسيمات التي تستمد الطاقة بنفسها وتحولها إلى حركة. حتى الآن، درس الفيزيائيون هذه "الرقصة" وفق قوانين نيوتن، دون أن يتذكروا ميكانيكا الكم.
قطرات تختار طريقها بنفسها
قطرة ماء على طاولة تبقى عادةً ساكنة. لكن لو جعلنا الطاولة أكثر ليونة قليلاً من جهة وأكثر صلابة من الأخرى، فإن القطرة ستزحف نحو الجهة الأكثر صلابة. تُسمى هذه الظاهرة الانجذاب الصلبي (durotaxis): إذ يختار السائل بنفسه أين يتدفق، دون مضخات أو كهرباء. تتحقق هذه الحيلة لأن السطح تحت القطرة غير متجانس. إذا كانت الركيزة لينة في موضع وصلبة في آخر، فإن القطرة تشوّهها بشكل مختلف.
الإصغاء إلى اهتزاز الغشاء
غشاء رقيق محصور بين عمودين معدنيين يهتز عند أدنى دفعة. تلتقط حركاته رنان ميكروويف — وهو تجويف تتردد فيه موجات الراديو مثل الصوت في غرفة فارغة. عندما ينزاح الغشاء، تتغير استجابة التجويف. إذا كان الغشاء في المنتصف تمامًا، تعتمد الإشارة ليس على الإزاحة نفسها بل على مربعها — مثلما تعتمد شدة الصوت على قوة الضربة على الطبل، وليس على الاتجاه الذي أُمال فيه.
الألماس: لغز السرعات المتباينة
الألماس ليس مجرد حليٍّ للزينة. فهذه البلورة قادرة على توصيل الكهرباء عندما تظهر فيها حاملات شحنة حرة: إلكترونات وثقوب. ولكن ما مدى سرعة حركتها؟ في الأوراق العلمية، تختلف الأرقام بعشرات المرات. مختبرٌ ما يبلغ عن سرعة مقدارها 1000 سم²/(فولت·ثانية)، بينما يذكر آخر 4000. لماذا هذه الفوضى؟ قامت مجموعة من الباحثين بجمع بيانات من منشورات عديدة ووجدت ثلاثة أسباب رئيسية للارتباك.