تسجيل الدخول

تسجيل

درجات الحرية

المؤلف:  ماسود شيشبان و هيجو بيريز روجاس و أنكأ تورينو

المصدر:  مفاهيم أساسية في الفيزياء من الكون حتى الكواركات

الجزء والصفحة:  ص68

2026-02-22

640

يكون للجسيم الذي يتحرك بحرية ثلاث درجات حرية – يمكنه التحرك مستقلاً في ثلاثة اتجاهات في الفضاء والبندول الذي يتأرجح في مستوى له درجة حرية واحدة، وهي الزاوية الناتجة بين حبل تعليق والاتجاه الرأسي (الشكل 1)

 الشكل 1

بندول يتأرجح في مستوى يكون له درجة حرية واحدة:( الزاوية θ)

الجسيمين في حالة حركة جرة ست درجات حرية ثلاثة لكل منهما. لكن لو كان الجسيمان مثبتان على طرفي قضيب يفقدان درجة حرية واحدة، ويبقى خمس درجات ثلاثة اتجاهات في الفضاء يمكن للقضيب التحرك فيها، وزاويتان تعبران عن درجة ميله، مثلاً حول منتصفه (الشكل 2)

الشكل 2

جسيمان يتصلان بقضيب صلب يكون لهما خمس درجات حرية: الاتجاهات الثلاثة للفضاء حيث يمكن لمركز كتلتيهما التحرك والزاويتين اللتان يحددهما موقعا الجسيمان بالنسبة لهذا المركز. وتلك هي الحالة تقريبًا للجزيئات ثنائية الذرة، رغم أنه بالنسبة لهما لا يكون "القضيب" صلب تماما، ويمكنه التأرجح طوليا. ولذلك يكون للجزيئات ثنائية الذرة ست درجات حرية.

سوف نناقش آلية تبدد الطاقة باستخدام مثال البندول. نعتبر البندول كتلة معلقة بخيط مثبت بمسمار عندما يتأرجح البندول ، يتصادم به عدد هائل من جزيئات الهواء لكل منها ثلاث درجات حرية. عندما يتحرك الخيط بالنسبة للمسمار عند نقطة الاتصال، فإنه يصطدم بعدد كبير جدا من جسيمات المسمار المكونة له (الذرات والأيونات التي تشكل شبيكة المعدن والإلكترونات). ويرتبط تبدد الطاقة في البندول (وفي النظم الفيزيائية الأخرى بتحول الطاقة من نظام ذي درجات حرية قليلة جدا إلى نظم أخرى ذات عدد كبير جدا من الحرية، وتكون الطاقة مضطربة في هذه الحالة.والطاقة التي تم امتصاصها بنظام له عدد درجات حرية مرتفع جدا ترفع من طاقته الداخلية. ...