حل وحدة القوى في بعد واحد فيزياء صف 9 متقدم فصل أول

حل وحدة القوى في بعد واحد فيزياء صف 9 متقدم فصل أول

القوى في بعد واحد

القوى 

اطلب من الطلاب وضع جسم صغير مسطح نسبيا على مكاتبهم، مثل عملة أو مشبك ورق. واطلب منهم استخدام طرق مختلفة لتحريك الجسم عبر سطح المكتب دون رفع الجسم من فوق المكتب. بعد أن يفعل الطلاب هذا لمدة دقيقة واحدة، اطلب منهم وصف كيف تمكنوا من تحريك الجسم. يندرج كل ما فعلوه أسفل فئتين: الدفع والسحب. فإحدى طرق وصف القوة هي وصفها كقوة دفع أو قوة سحب.

تحديد القوى

 في كل شكل من الصور، اطلب من الطلاب تحديد المسببات والاتجاهات لجميع القوى المؤثرة في النظام. الشكل الأيسر – تتضمن المسببات الطاولة التي تضغط على الكتاب إلى أعلى ويدك التي تضغط على الكتاب جهة اليمين وكتلة الأرض (الجاذبية) التي تسحب الكتاب إلى أسفل الشكل الأوسط – تتضمن المسببات الخيط الذي يسحب الكتاب إلى أعلى وكتلة الأرض التي تسحب الكتاب إلى أسفل. الشكل الأيمن – المسبب الوحيد هو كتلة الأرض التي تسحب الكتاب إلى أسفل (مع تجاهل  مقاومة الهواء).

القوى والتسارع تعلم الطالب كيفية وصف حركة ذات تسارع ثابت باستخدام علم الكينماتيكا. تتناول هذه الوحدة مقدمة عن القوة، التي تعد سبب التسارع. تجيب هذه الوحدة عن سؤال لماذا تتسارع الأجسام.

القوة والتسارع

 يخلط الكثير من الطالب بين مفاهيم  القوة  والسرعة المتجهة والتسارع تعرف القوة بأنها دفع أو سحب يسبب تغيرا في الحركة تسبب القوة المحصلة التسارع ، وهو تغير في السرعة المتجهة. عندما يغير جسم اتجاهه أثناء الحركة أو يسرع أو يبطئ أو يتوقف، فإنه يفعل ذلك بسبب تأثير قوة غير متوازنة عليه. وضح للطالب أن التغير في السرعة المتجهة قد يكون ناتج عن تغير في سرعة الجسم أو اتجاهه أو كليهما. ومع ذلك، وضح أيضا أنه قد يكون للجسم سرعة متجهة دون وجود قوة تؤثر فيه خط كما في حالة سفينة الفضاء التي تنتقل في مستقيم عبر الفضاء السحيق. اسألهم هل لها سرعة متجهة. نعم هل هناك أي قوة لا تزال تؤثر فيها؟ لا هل من المحتمل في هذه الحالة أن تقوم السفينة الفضائية بالتسارع؟ لا ما لم توجد قوة تؤثر فيها وضح أنه طالما وجدت قوة غير متزنة تؤثر في جسم ما، فيستمر هذا الجسم في التسارع. ومع ذلك، عندما تتوقف القوة عن التأثير في جسم ما، يستمر هذا الجسم في التحرك بسرعة متجهة ثابتة كما في حالة سفينة الفضاء.

الأجسام الساقطة 

لشرح قوى المجال وكيف تسقط جميع الأجسام – في غياب مقاومة الهواء – بالمعدل نفسه، اطلب من أحد الطلاب حمل كتاب بموازاة الأرض، بينما يحمل طالب آخر ريشة على المسافة نفسها فوق الأرض. وعند سماع الأمر، يسقطون الجسمين في الوقت نفسه. اطلب من الطالب ملاحظة كيف تسقط الريشة ببطء أكثر. وبهذا يكون الوضع مناسبا لمناقشة مقاومة الهواء كرر التمرين مع وضع الريشة فوق الكتاب. يسقط الكتاب والريشة بالمعدل نفسه لأن الكتاب يلغي مقاومة الهواء.

القوى

 اطلب من الطالب مقارنة القوى المؤثرة في جسم واحد. اطلب منهم التفكير في دلو معلق في الهواء بحبل يمر على بكرة. اطلب منهم مقارنة القوى المؤثرة في الدلو. قوة الجاذبية تساوي قوة الحبل ولكنهما متضادتان. والأن أخبرهم أن الدلو يبدأ في السقوط ويسحب الحبل خلال البكرة. مرة أخرى، اطلب منهم مقارنة القوتين. نظرا لأن  الدلو يتسارع نحو الأسفل، يجب أن تكون قوة الجاذبية التي تؤثر فيه إلى أسف أكبر من قوة الحبل التي تؤثر في إلى الأعلى .

المتجهات

 بالنسبة إلى الكثير من الطلاب، قد يكون مفهوم متجه السرعة محيرا شرح لهم أن المتجهات تمثل كميات فيزيائية مهمة. ووضح أن المتجهات لها مقدار واتجاه. على سبيل المثال، يمكن التفكير في “km 10 في اتجاه الشمال الغربي” على أنه متجه. فالمقدار km 10 والاتجاه نحو الشمال الغربي. وتعد السرعة المتجهة للرياح مثالا آخر على المتجهات. اسأل الطلاب، إذا كانت الرياح تهب بسرعة h/km 8 في اتجاه الشرق، فما مقدارها واتجاهها؟ h/km 8 ،الشرق .

الفيزياء في الحياة اليومية 

تطبيق قوانين نيوتن تعتمد حركة جسم ما على القوى المؤثرة عليه. يستخدم المهندسون في وكالة ناسا الفضائية قوانين نيوتن لتحليل مواقف معقدة من واقع الحياة لها دور في إطالق مركبة فضائية. ناقش بعض عوامل التعقيد التي يواجهها المهندسون في وكالة ناسا عند استخدام قوانين نيوتن. على سبيل المثال، فكر في المتغيرات التي تتغير عند حساب تسارع المركبة الفضائية، مثل إطلاق صاروخ. تتغير القوة والتسارع باستمرار عند حرق الوقود وتقل كتلة المركبة الفضائية. لتمثيل هذا الموقف، انفخ بالونا وأبق فوهته مغلقة. على طول الذراع، أطلق البالون لاحظ تغير حركته.

قانون نيوتن الأول

الكتلة 

المواد زجاجة فارغة سعتها لتران، شريط مطاطي، خيط، مسطرة مترية، ماء الإجراء اربط الخيط في الشريط المطاطي.ضع الشريط المطاطي حول الزجاجة الفارغة. يجب أن تكون الزجاجة في وضع مستقيم مع وجود الغطاء عليها. اسحب الخيط حتى تبدأ الزجاجة في التحرك. استخدم المسطرة لقياس مدى تمدد الشريط المطاطي. سجل القياس. أضف بعض الماء إلى الزجاجة وكرر العملية. قارن بين القياسات. مبجرد أن تتسارع الزجاجة، لا تكون القوة المحصلة على  الزجاجة تساوي صفرا  عند إضافة المزيد من الماء إلى الزجاجة، يجب أن يمارس الشريط المطاطي قوة أكبر لإنتاج التسارع نفسه بسبب كبر كتلة الزجاجة .

الكتلة والوزن

 اعرض للصف العديد من الأجسام المختلفة (أسطوانات معدنية وغيرها). اسأل أي الأجسام ولماذا هو كذلك. علق الأجسام في موازين أكبر وزن زنبركية للتأكد من توقعات الطلاب. اسأل هل تظل أوزان الأجسام كما هي على كوكب آخر أو على القمر. لا سيكون للأجسام أوزان مختلفة نظرا لأن القوة المحتملة للجاذبية ستختلف.

قوة الهواء قد يعتقد بعض الطلاب أن الهواء يبذل قوة متجهة إلى أسفل فقط. في الواقع، يدفع الهواء في جميع الاتجاهات.

السرعة الحدية: اعرض ثلاثة رسوم للحركة توضح الأجسام عند سرعات حدية مختلفة. واطرح الأسئلة التالية على الطالب: إذا كانت الأجسام الثلاث عبارة عن قطرة مطر وقطعة برد وندفة ثلج، فأي رسم يتطابق مع أي جسم؟

متعددة

مقاومة الهواء :أعط الطلاب أنواع متعددة من الكرات، بما فيها كرة تنس طاولة أو كرة من الفلين. اطلب منهم ترتيب الكرات وفقا للوقت اللازم لسقوط كل منها من ارتفاع معين اطلب من الطالب إجراء التجربة لمعرفة الترتيب  الحقيقي. 

قوى التأثير المتبادل 

اطلب من طالبين ارتداء حذاء تزلج مع ارتداء الملابس الواقية المناسبة والوقوف أمام الغرفة. اطلب من أحدهما أن يدفع الأخر. سيرى طلاب الفصل أن الطالبين كليهما تحركا، على الرغم من أن أحدهما فقط الذي دفع جهدا لدفع الأخر. 

أزواج التأثير المتبادل

 توجد فكرة راسخة بأن الكيان الأكثر فعالية في التأثير المتبادل – الأسرع أو الأكبر أو القوى – سيبذل قوة أكبر. وفقا لقانون نيوتن الثالث لا يعد هذا صحيحا تبذل الأجسام في التأثير المتبادل قوة  لها المقدار نفسه على بعضها البعض.