القوة والحركات المستقيمة

القوة والحركات المستقيمة
[size=35]تصميم الدرس
[/size]تمهيد
.Iالعلاقة بين قوة → Fوالتغير في السرعة →∆ V
.IIالخلاصة
.IIIتمرين
تمهيد:
كان أرسطو ) 384ـ 322ق.م ( يعتقد أن الحركة تتطلب وجود قوة حتى تتم بسرعة ثابتة:" إن الجسم المتحرك
يتوقف عندما تتوقف القوة المؤثرة عليه عن دفعه."
بقي هذا التصور سائدا ، حتى جاء غاليلي ) 1642ـ ، ( 1564فهو أول من صرح بأن حركة جسم صلب على
مستوي أفقي أملس) غير خشن( لا تحتاج إلى قوة حتى تستمر إلى ما لا نهاية ) مادام المستوي الأفقي يسمح لها
بذلك( .
ثم جاء نيوتن في القرن الثامن عشر) 1642ـ ،( 1727ومعه ظهر أول قانون في الميكانيك والذي يعتبر اللبنة
الأولي في بناء '' الميكانيك الكلاسيكي'' .
القانون الأول لنيوتن:
” يحافظ كل جسم على سكونه أو حركته المستقيمة
المنتظمة إذا لم تتدخل قوة لتغيير حالته الحركية“.
سنحاول في هذا الوحدة فهم دور القوة في حركة
جسم صلب ، حيث يكون بصقة عامة في تأثير
متبادل مع أجسام أخرى تؤثر على حركته
أو على توازنه.
.(1727 ـ1662 Issac Newton ) إسحاق نيوتن
عالم رياضي وفيزيائي إنجليزي.هو مؤسس
الميكانيك الكلاسيكي، والذي يطلق عليه في آثير
من الأحيان ميكانيك نيوتن.
أعماله الرئيسية آانت تتمحور حول طبيعة الضوء
الأبيض ، التجاذب الكوني.
2ـ 1العلاقة بين قوة
→F
والتغير في السرعة
→V
∆
تجربة:1
يقذف متحرك محمول ذاتيا،على طاولة هوائية أفقية.
تترك إحدى نقاط الجسم ) مركز عطالته (الآثار المبينة
في التسجيل المرفق، والتي تمثل مساره، خلال مجالات
زمنية متعاقبة ومساوية لـ s0.04 = ∆t
نلاحظ أن مختلف النقاط تقع على استقامة واحدة ومتساوية
الأبعاد فيما بينها : الحركة مستقيمة منتظمة.
ـ نحسب سرعة مركز العطالة :G
= 0.25 m.s-1
0 08
0 02
.
.
=
2 t
G G
0 2
∆
VG1 =
نلاحظ أن شعاع السرعة ثابت، و التغير في شعاع السرعة
معدوم في كل لحظة.
→0
=
→V
.∆
القوتان اللتان يخضع لهما الجسم المتحرك هما:
ـ قوة الثقل
→P
)قوة بعدية تمثل جذب الأرض للجسم.(
ـ قوة رد فعل الطاولة
→R
) قوة تلامسية شاقولية تمثل
فعل الهواء المدفوع والذي يعادل قوة الثقل.(
الاستنتاج :
→0
=
→R
+
→P
أي أن الجسم ينزلق على الطاولة دون احتكاكات بفضل الوسادة الهوائية.
القنون الأول لنيوتن :
"يحافظ كل جسم على سكونه أو حركته المستقيمة المنتظمة إذا لم تتدخّل قوة لتغيير حالته الحركية.

إن الحالة التي تكون فيها حركة مركز عطالة جملة مستقيمة منتظمة ، نادرة عمليا. سنرى في الفقرات الموالية، كيف
أنه إذا كانت حركة جسم ليست مستقيمة منتظمة فإنّه بالضرورة خاضع لقوى غير متعادلة.
تجربة :2حالة حركة مستقيمة متسارعة.
ـ يحقق التركيب المبين في الشكل المرفق.تترك الجملة
لذاتها دون سرعة ابتدائية. القوى المؤثرة على الجسم
المتحرك :S
ـ دراسة التغير في سرعة مركز عطالة الجسم:
أثناء حركة الجسم ، Sتترك إحدى نقاطه) مركز عطالته(
الآثار المبينة في التسجيل المرفق ، والتي تمثل مساره.
سندرس التغير في سرعة مركز عطالته أثناء هذه الحركة.
المجالات الزمنية s 0.04 = ∆t
ـ حساب سرعة مركز العطالة في النقاط : G4، G3 ، G2 ،G1
= 0.563 m.s-1
0 080
0 045
.
.
=
2 t
G G
0 2
∆
VG1 =
= 0.813 m.s-1
0 080
0 0650
.
.
=
2 t
G G
1 3
∆
VG2 =
= 1.063 m.s-1
0 080
0 0850
.
.
=
2 t
G G
2 4
∆
VG3 =
= 1.313 m.s-1
0 080
0 105
.
.
=
2 t
G G
3 5
∆
VG4 =
نلاحظ أن السرعة متزايدة : الحركة متسارعة.
ـ نمثل أشعة السرعة:
طاولة هوائية
G
جهة الحرآة
G0 G1 G2 G3 G4 G5
2.75c 1.75cm m 3.75cm 4.75cm 5.75cm
ـ نحسب التغير في شعاع السرعة:
ـ نلاحظ أن التغير في شعاع السرعة ثابت.
نمثل التغير في شعاع السرعة:
ـ نلاحظ أن التغير في شعاع السرعة له جهة الحركة.
القوى المؤثرة على الجسم المتحرك : S
ـ قوة الثقل
→P
)قوة بعدية تمثل جذب الأرض للجسم.(
ـ قوة رد فعل الطاولة
→R
) قوة تلامسية شاقولية تمثل
فعل الهواء المدفوع والذي يعادل قوة الثقل.(
ـ توتر الخيط
→T
) قوة تلامسية يؤثر بها الخيط
على الجسم ( .
مجموع القوى الخارجية المطبقة على الجسم Sغيرمعدومة:
→T
=
→T
+
→R
+
→P
لدينا :
→0
=
→R
+
→P
ومنه:
→i
= T
→T
+
→R
+
→P
ـ نلاحظ أن لمجموع القوى نفس منحى وجهة التغير
→VG
∆ للشعاع
→ G
.V
→i
→ = 1.063 →i - 0.563 →i = 0.500
- VG1
→ 3G
V
→
=
∆ VG2
→i
→ = 1.313 →i -0.813 →i = 0.500
- VG2
→ 4G
V
→
=
∆ VG3
→i
G0 G1 G2 G3 G4 G5
2.75cm 1.75cm 3.75cm 4.75cm 5.75cm
1ms-1
→i
G0 G1 G2 G3 G4 G5
2.75cm 1.75cm 3.75cm 4.75cm 5.75cm
1ms-1
→V
∆ G2
→V
∆ G3
طاولة هوائية
G
جهة الحرآة
G
→T
→R →P
→0
=
→R
+
→P
حيث لا يوجد انتقال للجسم
وفق الشاقول.
→i
= T.
→T
+
→R
+
→P
- نتيجة :
للحصول على سرعة متزايدة لجسم، يجب التأثير عليه
بقوة تبقى منطبقة ) أو مماسة( لمسار مركزه ولها
نفس جهة حركته.
تجربة :3حالة حركة مستقيمة متباطئة.
يقذف جسم محمول ذاتيا، على طاولة هوائية أفقية.
تترك إحدى نقاط الجسم ) مركز عطالته (الآثار
المبينة في التسجيل المرفق، والتي تمثل مساره
خلال مجالات زمنية متعاقبة ومساوية لـ .s0.02 =∆t
ـ حساب سرعة مركز العطالة في النقاط : G4، G3 ، G2 ، G1
= 0.750 m.s-1
0 04
0 03
.
.
=
2 t
G G
0 2
∆
VG1 =
= 0.500 m.s-1
0 04
0 02
.
.
=
2 t
G G
1 3
∆
VG2 =
= 0.375 m.s-1
0 04
0 015
.
.
=
2 t
G G
2 4
∆
VG3 =
= 0.250 m.s-1
0 04
0 01
.
.
=
2 t
G G
3 5
∆
VG4 =
نلاحظ أن السرعة متناقصة: الحركة متباطئة.
ـ نمثل أشعة السرعة:
G0 G1 G2 G3 G4 G5
→i
G0 G1 G2 G3 G4 G5
→i
طاولة هوائية
G
جهة الحرآة
ـ نحسب التغير في شعاع السرعة:
ـ نلاحظ أن التغير في شعاع السرعة غير ثابت.
ـ نمثل التغير في شعاع السرعة:
ـ نلاحظ أن التغير في شعاع السرعة معاكس لجهة الحركة.
القوى المؤثرة على الجسم المتحرك : S
ـ قوة الثقل
→P
)قوة بعدية تمثل جذب الأرض للجسم.(
ـ قوة رد فعل الطاولة
→R
) قوة تلامسية شاقولية تمثل
فعل الهواء المدفوع والذي يعادل قوة الثقل.(
ـ توتر الخيط
→T
) قوة تلامسية يؤثر بها الخيط
على الجسم ( .
مجموع القوى الخارجية المطبقة على الجسم Sغير معدومة:
لدينا:
→T
=
→T
+
→R
+
→P
حيث:
→0
=
→R
+
→P
ومنه :
→i
= -T
→T
+
→R
+
→P
ـ نلاحظ أن لمجموع القوى نفس منحى وجهة معاكسة للتغير
→VG
∆ للشعاع
→ G
.V
نتيجة :للحصول على سرعة متناقصة لجسم، يجب التأثير عليه بقوة تبقى منطبقة ) أو مماسة( لمسار مركزه ولها
جهة معاكسة لحركته.
→i
→ =0.375 →i - 0.750 →i = -0.375
- VG1
→ 3G
V
→
=
∆ VG2
→i
→ = 0.250 →i -0.500 →i = -0.250
- VG2
→ 4G
V
→
=
∆ VG3
طاولة هوائية
G
G0 G1 G2 G3 G4 G5
→i
→
∆ VG2
→
∆ VG3
2ـ 2الخلاصة :
كل قوة
→F
مطبقة على جسم، وغير متعادلة، خلال مجال زمني صغير ،∆ tتحدث خلال هذه المدة تغيرا
→V
∆
في شعاع سرعة هذا الجسم.
لكل من القوة
→F
والتغير
→V
∆في شعاع السرعة نفس المنحى والجهة.
القانون الثاني لنيوتن:
إذا كان شعاع السرعة لمركز عطالة جسم
→ G
Vمتغير، فإن المجموع
→ →
=∑
F Fextللقوى الخارجية المطبقة
على الجسم يكون غير معدوم.
منحى وجهة هذه المحصلة
→F
هو نفسه منحى وجهة التغير في شعاع السرعة
→VG
∆، لشعاع السرعة
→ G
Vبين
لحظتين متقاربتين )خلال مجل زمني صغير.(
تمرين01
1ـ نريد دراسة حركة كرية تسقط في الهواء في
مرجع أرضي ) الشكل.( 1
أ ـ كيف تتغير سرعة الكرية خلال الزمن ؟ علل
بالاعتماد على الشكل.
ب ـ باستعمال نموذج قوانين الميكانيك ، ماذا يمكن
قوله عن القوى المؤثرة على الكرية ؟
جـ ـ ما هي القوى المؤثرة على الكرية ؟ مثلها على شكل واضح .
2ـ تترك نفس الكرية لتسقط في مخبار طويل يحتوي على الجليسيرين ) (glycérineالشكل . 2وتتم الدراسة في
مرجع أرضي.
أ ـ كيف تتغير سرعة الكرية مع الزمن ؟علل بالاعتماد على الشكل) لاحظ وجود مرحلتين.(
ب ـ باستعمال نموذج قوانين الميكانيك، ماذا يمكن قوله عن القوى المؤثرة على الكرية في المرحلة الثانية؟
جـ ـ ما هي للقوى المؤثرة على الكرية ؟ مثلهاعلى شكل واضح .
Figure a Figure b 1 الشكل2الشكل
الحل :
1ـ أ ـ تزايد قيمة السرعة، لتزايد المسافة المقطوعة من طرف الكرية خلال نفس المدة الزمنية.
ب ـ إذا كانت جملة غير ساكنة، أو حركتها ليست مستقيمة منتظمة، فإن القوى المطبقة عليها غير متعادلة.
إذن : القوى المطبقةعلي الكرية غير متعادلة لأن سرعتها متغيرة.
جـ ـ القوى المطبقة على الكرية هي :
ـ قوة مطبقة من طرف الأرض F T / B
→
.
ـ قوة مطبقة من طرف الهواء F A/ B
→
.
2ـ أ ـ خلال المرحلة الأولى ، يلاحظ أن سرعة الكرة تزداد ، حيث تقطع مسافات متزايدة خلال نفس المجالات
الزمنية). المدة الزمنية بين صورتين.(
خلال المرحلة الثانية، تكون سرعة الكرية ثابتة ، لأن المسافات المقطوعة خلال المجالات الزمنية المتساوية هي
نفسها.
ب ـ إذا كانت حركة جملة مستقيمة منتظمة، فإن القوى المطبقة عليها متعادلة.
إذن : القوى المطبقة علي الكرية متعادلة.
جـ ـ القوى المطبقة على الكرية هي :
ـ قوة مطبقة من طرف الأرض F T / B
→
.
ـ قوة مطبقة من طرف الجليسيرين )F G / B ( la glycérine