لماذا تُواصل لعبة النّحلة الدوّارة الدوران حتى حين تميل عن المستوى العمودي بشكل ملحوظ؟ لماذا ترقد بعض أنواع النحلة الدوارة في البداية - أي تبقى في وضع عمودي – حول بينما يتحرك البعض الآخر في حركة «مبادرة» (بحيث يدور المحور الأساسي للعبة النحلة عمودي كما هو مبين في شكل (1- 37 أ)؟ لماذا تشتمل حركة المبادرة عادةً على تمايل؛ أي اهتزاز أعلى المحور الأساسي للعبة النَّحلة وأسفله؟ هل تُوجد أنواع مميزة لحركة التمايل؟ لماذا تتوقف بعض أنواع النحلة الدوارة بسرعة في حين تترنح أنواع أخرى قبل أن تتوقف؟

 الجواب: في المعتاد، عندما تُبذل قوةً ما على جسم ما يتحرك الجسم في نفس اتجاه القوة. ولكن إذا كان الجسم يدور بسرعة، فإن القوة قد تجعله يتحرك عموديا على اتجاه القوة. تبدو تلك الحركة غير صحيحة تمامًا، وهذا أحد الأسباب وراء اعتبار لعبة النَّحلة الدوارة لعبة رائعة للغاية. حتى وإن كان الطفل لا يفقه شيئًا عن قوانين الفيزياء، فإنه يُدرك أن لعبة النحلة المائلة لا بدَّ أن تنقلب على جانبها، لا أن تلف في دائرة.

يتضمن التفسير التقليدي لحركة المبادرة الزخم الزاوي للعبة النحلة. تشتمل هذه الكمية على المعدل الذي تدور به لعبة النحلة حول المحور على طول امتدادها. وعلاوةً على ذلك، فهي كمية مُتَّجهة تُشير على طول ذلك المحور تخيَّل لقطة فوتوغرافية للعبة نحلة

شکل 1-37 بند 1-14: (أ) حركة مبادرة لعبة النحلة حول محور رأسي عبر نقطة التماس (ب) يتحرَّك مُتَّجه الزخم الزاوي للعبة النحلة حول المحور الرأسي (ج) التمايل أثناء حركة المبادرة.

مائلة بعض الشيء وتدور بسرعة عكس اتجاه عقارب الساعة كما تُرى من أعلى. في شكل 37-1 ب، يُمَثَّل الزخم الزاوي للعبة النحلة بمتَّجه يُشير إلى أعلى على طول المحور الأساسي. نظرًا لأن قوة الجاذبية تجذب لعبة النحلة إلى أسفل، فإنها تخلق عزم دوران واقع على لعبة النُّحلة، مما يجعلها تدور على رأسها المدبَّب على الأرضية ومِن ثُمَّ تتسبب في سقوطها.

في الواقع، لو لم تدر لعبة النحلة، فإنها تسقط. ورغم ذلك، ونظرًا لأن لعبة النحلة تدور ولها زخم زاوي بالفعل، يُغيّر عزم الدوران الاتجاه الخاص بالزخم الزاوي وحسب، مما يجعل المتجه يدور حول طرفه بحيث يتَّخذ شكلا مخروطيًّا. ونظرًا لأن الزخم الزاوي يكون على طول المحور الأساسي للعبة النحلة، فإنَّ المحور الأساسي يتَّخذ شكلا مخروطيًّا أيضًا.

وبمجرد أن تنطلق لعبة النَّحلة الدوّارة يهبط مركز كتلتها قليلا، وأثناء ترنحها، لا بد من اتباع قاعدتين: لا بد أن يبقى كلٌّ من زخمها الزاوي حول المحور الرأسي وإجمالي طاقتها. ثابتين. ونظرًا لأنَّ الهبوط يُحرّك دوران لعبة النحلة بعيدا عن المحور الرأسي، لا بدَّ أن تكون حركة المبادرة سريعة بالدرجة الكافية للحفاظ على ثبات إجمالي الزخم الزاوي حول المحور الرأسي. وتأتي الطاقة الحركية للمبادرة من هبوط مركز الكتلة الخاص بلعبة النحلة وما يترتب عليه من انخفاض في طاقة الوضع.

لا تستطيع لعبة النحلة الدوارة أن تواصل السقوط وتتبع كلتا القاعدتين؛ ومِن ثُمَّ يصل مركز الكتلة إلى أدنى نقطة، وبعد ذلك يرتفع مرة أخرى وتتباطأ حركة المبادرة. إن الاهتزاز لأعلى وأسفل بين أقصى نقطتين، حسبما تقتضي القاعدتان، هو التمايل المتراكب على حركة المبادرة. يأتي التمايل في ثلاثة أشكال يُميزها وضعية مركز الكتلة عند أعلى نقطة. وربما توقف لعبة النحلة الدوارة حركة المبادرة خاصتها للحظة، ثم تواصل الحركة في الاتجاه نفسه مثلما تفعل عند أدنى نقطة، أو تتحرك عكس ذلك الاتجاه لبرهة (شكل 37-1 جـ). تتوقف نوعية التمايل الذي يحدث على حركة المبادرة التي تنطلق بها لعبة النحلة في البداية؛ فربما تكون في نفس الاتجاه عند توليد حركة المبادرة بفعل الجاذبية، أو في عكس الاتجاه، أو لعلك لا تُطلق لعبة النحلة بحركة مبادرة أولية. إذا أطلقت لعبة النحلة بقدر كافٍ من الدوران، فستحافظ النحلة على الوضعية الرأسية بدون حركة مبادرة أو تمايل ولكن عندما يستنزف الاحتكاك ومقاومة الهواء، عند الطرف الطاقة بالتدريج، ينخفض الدوران ليصل إلى قيمة حرجة، ثم تبدأ لعبة النحلة في السقوط والمبادرة والتمايل ومع استنزاف الطاقة أكثر تميل لعبة النحلة أكثر، وتدور أسرع وتتمايل على نحو أكبر، حتى تصطدم في النهاية بالأرضية.

«التوقف» هو وضعية تكون فيها لعبة نحلة دوارة ذات تصميم يُتيح لها الدوران بقيمة حرجة أكبر تكفي لحدوث الاحتكاك عند الطرف كي تدور لعبة النحلة عموديا بحيث تقف منتصبة عادةً تكون لعبة النحلة الدوارة عريضة ولها طرف غير حاد، إلا أن سطح الأرضية يُعتبر عاملا أيضًا. يحدث الاحتكاك لأنَّ الطرف ينزلق أثناء دورانه ويتحرك كذلك في دائرة على الأرضية بسبب حركة المبادرة.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

مجلة تسليم تدعو الباحثين والأكاديميين للمشاركة في أعدادها القادمة

المجمع العلمي يواصل إقامة محاضراته الأسبوعية في مقام الإمام المهدي (عجل الله فرجه)

جامعة الكفيل تطلق الدورة التدريبية الصيفية لطلبة كلية الهندسة التقنية

استعدادًا لزيارة الأربعين العتبة العباسية المقدسة تعقد الورشة التنسيقية الرابعة الخاصة بمراكز إرشاد التائهين

المزيد

الآخبار الصحية

دراسة علمية تكشف مفاجأة حول الأسباب الحقيقية للسمنة

دراسة: الأطباء يتجاهلون "سببا شائعا" لارتفاع ضغط الدم

نظامك الغذائي غني بالبروتين؟.. احذر هذه الآثار الجانبية

لا تتجاهلها.. أعراض تنذرك بأنك مهدد بالإصابة بالسكري

المزيد

الآخبار التكنلوجية

ISOFIX: معيار الأمان الذهبي لمقاعد الأطفال في السيارات

هل المحرك الأكبر دائمًا الأفضل للسيارة؟

اختبارات ناجحة لمحرك "VK-800" الروسي وتطويره لطائرة بايكال الخفيفة

رئيس إنفيديا: الذكاء الاصطناعي الصيني "محفز للتقدم العالمي"

المزيد

مواضيع ذات صلة

لعبة النُّحلة ذات الساق(ميكانيكا لعبة النحلة ذات الساق: كيف يحافظ الاحتكاك على توازنها؟ )

التيه وسط الجليد (الهروب من الجليد الزلقباستخدام قوانين الزخم)

لعبة الديابولو (ميكانيكا لعبة الديابولو: كيف يحافظ الدوران السريع على توازن اللعبة)

البيضة الدوارة (ديناميكا الدوران والقصور الذاتي في تجربة البيضة الدوارة)

تمزيق ورق التواليت (قوانين نيوتن في الحمّام: سر تمزق ورق التواليت الجديد)

القيادة عبر حاجز الصوت (الديناميكا الهوائية والتسارع المركزي في المركبات الخارقة لحاجز الصوت)

دوران الكتاب (ميكانيكا الدوران: لماذا يتذبذب الجسم عند الدوران حول المحور المتوسط)

قذف الحجارة والقنابل (دوران الحجر فوق الماء: من القفزات الصغيرة إلى القنابل الخارقة للسدود)

قوارب الكاياك (فيزياء استعادة التوازن في قارب الكاياك: عزم الدوران وقوة الطفو)

سقوط القطط وحركات روّاد الفضاء وقفزات الغوص(فيزياء الزخم الزاوي والحركة بدون عزم)

السير على الحبال (تأثير مركز الكتلة والعزم في توازن السائر على الحبل)

لعبة الجولف المصغرة (ميكانيكا ارتداد الكرة في لعبة الجولف المصغرة: كيف تحدد زاوية الانعكاس مسار الكرة نحو الحفرة )