علوم وفضاء

المنحنى متساوي الزمن: لماذا لا يغير ارتفاع البدء زمن الهبوط؟

دليل سيكلويدي وثلاثة ارتفاعات
رسم أصلي؛ حالات انزلاق مستقلة محسوبة. [1][4]

المنحنى متساوي الزمن يجعل زمن الهبوط إلى القاع ثابتًا ضمن نموذج محدد. [1]

الخلاصة السريعة

زمن الوصول ثابت. [2][3]

  • دليل رأسي ثابت وجسيم نقطي ينزلق من السكون دون احتكاك أو تدحرج؛ جاذبية منتظمة. نختار الفرع الأيمن: 0<θ₀<π. القاع والطرف الحاد مستبعدان؛ البدء من القاع وصول فوري. [2]
  • القاع أصل الإحداثيات، والارتفاع موجب إلى أعلى. للسيكلويد x=a(θ+sinθ),y=a(1−cosθ)، حيث a>0 طول. المسافة القوسية من القاع s=4a sin(θ/2)؛ لذا y=s²/(8a). θ معلمة المسار وθ₀ قيمتها عند البدء. [1]
  • g تسارع الجاذبية وs₀ مسافة البدء. مع ω=√(g/(4a))، وهو تردد زاوي بالراديان/ثانية، نحصل على s¨=−gs/(4a) وs(t)=s₀ cos(ωt). التسارع يعاكس الإزاحة ويتناسب معها. أول وصول t_b=π√(a/g)؛ ربع الدورة، دون تقريب الزاوية الصغيرة. [2][3]
  • في مثال مؤلف a=1m,g=10m/s²، تعطي ارتفاعات البدء 0.5,1,1.5m زمنًا واحدًا t_b≈0.99346s. الدورة الكاملة نحو 3.97384s؛ ليست زمن الهبوط. حساب نظري، لا تجربة. [2][3]
  • تساوي الزمن لا يعني تساوي السرعة. h₀ ارتفاع البدء. حفظ الطاقة يعطي v_b=√(2gh₀)؛ السرعات للحالات السابقة نحو 3.162,4.472,5.477m/s بالترتيب. قوة الدليل العمودية لا تبذل شغلًا على الحركة المقيدة. هذا الحكم لا يشمل كرة تتدحرج أو مسارًا خشنًا. [4]

حدد نموذج الانزلاق

دليل رأسي ثابت وجسيم نقطي ينزلق من السكون دون احتكاك أو تدحرج؛ جاذبية منتظمة. نختار الفرع الأيمن: 0<θ₀<π. القاع والطرف الحاد مستبعدان؛ البدء من القاع وصول فوري. [2]

اختر المسافة القوسية

القاع أصل الإحداثيات، والارتفاع موجب إلى أعلى. للسيكلويد x=a(θ+sinθ),y=a(1−cosθ)، حيث a>0 طول. المسافة القوسية من القاع s=4a sin(θ/2)؛ لذا y=s²/(8a). θ معلمة المسار وθ₀ قيمتها عند البدء. [1]

العلاقة التربيعية بين الارتفاع والمسافة القوسية هي مفتاح الحساب. [1]

استخرج أول زمن وصول

g تسارع الجاذبية وs₀ مسافة البدء. مع ω=√(g/(4a))، وهو تردد زاوي بالراديان/ثانية، نحصل على s¨=−gs/(4a) وs(t)=s₀ cos(ωt). التسارع يعاكس الإزاحة ويتناسب معها. أول وصول t_b=π√(a/g)؛ ربع الدورة، دون تقريب الزاوية الصغيرة. [2][3]

عند القاع يكون جيب التمام صفرًا لأول مرة. [3]

قارن ثلاثة ارتفاعات

في مثال مؤلف a=1m,g=10m/s²، تعطي ارتفاعات البدء 0.5,1,1.5m زمنًا واحدًا t_b≈0.99346s. الدورة الكاملة نحو 3.97384s؛ ليست زمن الهبوط. حساب نظري، لا تجربة. [2][3]

نغير ارتفاع البدء مع تثبيت الدليل والجاذبية. [3]

ميز الزمن عن السرعة

تساوي الزمن لا يعني تساوي السرعة. h₀ ارتفاع البدء. حفظ الطاقة يعطي v_b=√(2gh₀)؛ السرعات للحالات السابقة نحو 3.162,4.472,5.477m/s بالترتيب. قوة الدليل العمودية لا تبذل شغلًا على الحركة المقيدة. هذا الحكم لا يشمل كرة تتدحرج أو مسارًا خشنًا. [4]

الارتفاع الأكبر يوفر طاقة حركة أكبر عند القاع. [4]

الوصول القوسي
منحنيات قوسية محسوبة. [2][3]

المراجع

  1. MIT: هندسة السيكلويد
  2. USNA: تساوي الزمن
  3. OpenStax: الحركة التوافقية
  4. OpenStax: حفظ الطاقة

البندول وتقريب الزاوية الصغيرة

أُعدّ هذا المقال بمساعدة الذكاء الاصطناعي، وخضع لمراجعة ذاتية بالأداة نفسها. لا يُنسب إلى مراجع بشري أو خبير مستقل. منهجية المحتوى.