Download
1 / 29
1.27k likes | 3.9k Views
الدرس الثالث. الشغل والآلات البسيطة. الأهداف. نتوقع في نهاية هذا الدرس أن تكون الطالبة قادرة على : أن توضح المقصود بالشغل . تميز بين أنواع مختلفة من الآلات البسيطة . توضح كيف تسهل الآلات البسيطة الجهد. الفكرة الرئيسية. تسهل الآلات الشغل من خلال تغيير مقدار واتجاه القوة اللازمة لأدائه.
E N D
الدرس الثالث الشغل والآلات البسيطة
الأهداف نتوقع في نهاية هذا الدرس أن تكون الطالبة قادرة على : أن توضح المقصود بالشغل . تميز بين أنواع مختلفة من الآلات البسيطة . توضح كيف تسهل الآلات البسيطة الجهد .
الفكرة الرئيسية تسهل الآلات الشغل من خلال تغيير مقدار واتجاه القوة اللازمة لأدائه
الأهمية تسهل الآلات البسيطة الجهد
مراجعة المفردات نصف القطر : المسافة بين مركز الدائرة وأي نقطة على محيطها
م المفردات الجديدة • الشغل • الآلة البسيطة • الآلة المركبة • الفائدة الآلية
بالرغم من حركة الصندوق إلى الأمام فإن ذراعيك لا تبذلان شغلاً لأنهما تؤثران بقوة إلى الأعلى. أنت تبذل شغلاً عند رفعك الصندوق للأعلى لأن الصندوق يتحرك للأعلى. الشكل 12 يُبذل شغل فقط عندما يتحرك الجسم باتجاه القوة المؤثرة فيه
ملاحظة إذا تحركت نحو الأمام فإنك تؤثر بقوة نحو الأعلى لكن اتجاه الحركة نحو الأمام، أي ليس باتجاه القوة. لذا، فإنك لا تبذل شغلاً.
الشغل يبذل الشغل عندما تؤدي القوة المؤثرة في جسم إلى تحريك الجسم في اتجاه القوة المؤثرة نفسه الجهد لا يساوي الشغل دائماً
حساب الشغل لبذل شغل يجب أن تؤثر قوة و يتحرك الجسم في اتجاه القوة نفسه. و كلما كانت القوة أكبر زاد الشغل المبذول. أي العملين يلزمه شغل أكثر ؛ رفع الحذاء من الأرض إلى ارتفاع خصرك، أم رفع كومة من الكتب من الأرض إلى الارتفاع نفسه ؟ رغم أن الحِذاء و كومة الكتب تحركا المسافة نفسها إلا أن القوة اللازمة لرفع الكتب أكبر. و لذلك، يلزم بذل شغل أكبر. و يمكن حساب الشغل باستخدام المعادلة التالية: الشغل ( جول ) = القوة ( نيوتن ) × المسافة ( م ) ش = ق ف
الربط مع علوم الحياة العضلات و الشغل رغم أن الجدار لا يتحرك عندما تضغط عليه، لكنك تشعر بالتعب. تتقلص عضلات جسمك حينما تضغط. هذا التقلص ناتج عن تفاعلات كيميائية في عضلاتك. و نتيجة ذلك فإن جسمك يعمل شغلاً عندما تدفع. ابحث في كيفية تقلص العضلات، و اكتب عن ذلك في دفتر العلوم.
تطبيق رياضيات رفعالأثقال: رافع أثقال يرفع وزناً مقداره 500 نيوتن مسافة 2 م من الأرض إلى موقع أعلى من رأسه. احسب الشغل الذي بذله ؟ الحل : المعطيات القوة: ق = 500 نيوتن المسافة: ف = 2 م المطلوب الشغل: ش = ؟ جول طريقة الحل : عوض بالقيم المعلومة للقوة و المسافة في معادلة الشغلش = ق ف = 500 نيوتن × 2 م= 1000 جول التحقق من الحل : اقسم الإجابة على المسافة، سوف تحسب القوة المعطاة.
يقاس الشغل بوحدة الجول ( J )،نسبة إلى العالم البريطاني جيمس بريسكوت جول الذي بين أن الشغل و الطاقة مرتبطان. لرفع ثمرة خوخ كبيرة من الأرض إلى ارتفاع خصرك يلزم بذل 1 جول من الشغل تقريبا.
جيمس بريسكوت جول ( 1818 - 1889) ولد جيمس بريسكوت جول عام 1818 في انجلترا لأسرة غنية ، وعلى الرغم من غناه ،إلا انه فضل الاشتغال في البحث العلمي ، على الاشتغال في مصنعه الكبير الذي كان يمتلكه. ويعد جول من الفيزيائيين الذين لهم إسهامات كبيرة في العلوم ، فقد أرسى أسس قانون حفظ الطاقة الذي يعرف بالقانون الأول في الديناميكا الحرارية ، وهو الذي حسب المكافئ الميكانيكي والمكافئ الكهربائي للحرارة . وكان واحدا ممن طوروا نظرية الحركة الجزيئية للغازات ، كما عمل مع العالم وليام طومسون في قياس التغير في درجة حرارة الغازات المضغوطة عندما تتمدد بشكل مفاجئ .. وتكريما للعالم جول أطلق اسمه على وحدة قياس الطاقة.
نشاط حواري نشاط حواري كم آلة استعملت اليوم ؟ و فيم استعملتها ؟ الآلة أداة تسهل الشغل. مفتاح العلب مثل المبين في الشكل 13، آلة تحول القوة الصغيرة إلى قوة أكبر، و بذلك تسهل فتح العلبة. الشكل 13 مفتاح العلب يحول القوة الصغيرة من يدك إلى قوة كبيرة على النصل الذي يقطع غطاء العلبة.
يمكن إيجاد الفائدة الآلية بقسمة القوة الناتجة على القوة المبذولة معادلة الفائدة الآلية الفائدة الآلية = القوة الناتجة / القوة المبذولة الفائدة الآلية
البكرة لرفع ستارة نافذة فإنك تشد حبلاً يمر فوق بكرة تغير اتجاه القوة. فالبكرة عبارة عن عجلة حافتها غائرة بحيث يمر خلالها حبل. تغير البكرة اتجاه القوة المبذولة. فبكرة بسيطة كالمبينة في الشكل 14 تغير فقط اتجاه القوة و ليس مقدارها.
الشكل 14 البكرة تغير اتجاه القوة المبذولة و قد تعمل على إنقاصها.
تجربة الفائدة الآلية للبكرات • الخطوات • اربط حبلا طوله 3 أمتار بمنتصف عصا مكنسة أو وتد، و أمسك هذه العصا أفقياً. اطلب من زميلك أن يمسك عصا أخرى أفقياً. لف الحبل حول كلا العصوين أربع مرات مع المحافظة على مسافة بين العصوين مقدارها نصف متر. • يسحب طالب ثالث الحبل بينما يحاول زميلاه إبقاء العصوين على نفس البعد. • لاحظ ماذا يحدث. كرر التجربة بلف الحبل لفتين ثم ثماني لفات. • التحليل • صف ماذا شاهدت. هل استطاع الطالب الإبقاء على العصوين بعيدتين ؟ • قارن و ميز النتائج في حالة لف الحبل لفتين ثم أربع، ثم ثمان لفات حول العصوين.
مضرب الهوكي يمثل رافعة من النوع الثالث. نقطة الارتكاز هي اليد العليا، و القوة المؤثرة ناتجة عن اليد السفلى. القوة الناتجة تقع عند نهاية المضرب. عربة اليد رافعة من النوع الثاني. نقطة الارتكاز هي العجلة بينما تؤثر القوة المبذولة على المقبضين. و الحمل، الذي يمثل القوة الناتجة، يقع بين القوة المبذولة و نقطة الارتكاز. أحيانا، يستعمل المفك باعتباره رافعة من النوع الأول حيث تكون نقطة الارتكاز بين القوة المبذولة و القوة الناتجة. الشكل 15 تصنف الرافعة ( العتلة ) تبعاً لموضع كل من القوة المبذولة و القوة الناتجة و نقطة الارتكاز.
الرافعة من المحتمل أن تكون الرافعة أول آلة بسيطة اخترعها الإنسان. و الرافعة قضيب أو لوح يدور حول نقطة ثابتة، تعرف بنقطة الارتكاز. تعمل الروافع على زيادة القوة أو زيادة المسافة التي تؤثر خلالها القوة. و كما هو موضح في الشكل رقم 15، فالروافع تنقسم إلى ثلاثة أنواع، بناءً على موضع تأثير القوة المبذولة، و القوة الناتجة، و نقطة الارتكاز. الميزان مثال على الرافعة
العجلة والمحور حاول إدارة مقبض الباب بوساطة محوره. ستجد أنه من الأسهل إدارة المقبض الأكبر. مقبض الباب مثال على العجلة و المحور. الشكل 16 يتكون هذا النظام من جسمين مثبتين معا و يدوران حول المحور ذاته. الجزء الأكبر يسمى العجلة بينما الأصغر يسمى المحور. تحسب الفائدة الآلية لهذا النظام بقسمة نصف قطر العجلة على نصف قطر المحور، و تكون دائما أكبر من واحد. الشكل 16 نصف قطر العجلة أكبر من نصف قطر المحور. و لذلك تكون الفائدة الآلية للعجلة و المحور أكبر من واحد.
المستوى المائل هو سطح منحدر يُمكِّنك من رفع جسم ثقيل بقوة أقل لكن في مقابل التحرك مسافة أطول. تخيل أنك تريد أريكة أو عربة إلى شاحنة على ارتفاع 1 متر من الأرض. إذا استعملت مستوى مائلاً كما في الشكل 17 فإن عليك أن تحرك الأريكة مسافة أطول مما لو رفعتها مباشرة. الشكل 17 تحميل هذه العربة في الشاحنة يكون أسهل باستعمال السطح المائل. و بالرغم من دفع العربة لمسافة أطول فإنه يلزم قوة أقل.
و حيث إن الشغل اللازم بذله ثابت في الحالتين لذلك يلزمك قوة أقل في حالة استخدام السطح المائل. تحسب الفائدة الآلية في هذه الحالة بقسمة طول السطح المائل على الارتفاع. و يعتقد علماء الآثار أن قدماء المصريين قد استعملوا السطوح المائلة لبناء الأهرامات.
البرغي للصعود إلى أعلى الجبل فإن الطريق عادةً ما تلتف حول الجبل. مثل هذه الطريق تكون أقل انحدارا من الطريق المستقيمة الممتدة من الأسفل إلى سفح الجبل، و لذلك يكون تَسَلُقها أسهل. و إن كان عليك تقطع مسافة أطول. تشبه هذه الطريق الجبلية البرغي .
الإسفين أسنان آكلات النبات مفلطحة و تستخدم في الطحن. هذه الأسنان لها شكل أسافين لتمكن المفترسات من تمزيق اللحوم. الشكل 18 آكلات النباتات و آكلات اللحوم لكل منها أسنان مختلفة. من خلال الصورة يتبين الإسفين وهو سطح مائل يتحرك له وجه واحد أو وجهان مائلان
الربط مع علوم الحياة الإسفين عندما تقضم جزءاً من تفاحة فانك تستخدم الأسافين. فالإسفين هو سطح مائل متحرك له وجه واحد أو وجهان مائلان. فأسنانك الأمامية أسافين. و الإسفين يغير اتجاه القوة المبذولة. عندما تدفع بأسنانك الأمامية في التفاحة تتغير قوة الدفع جانبيا لتزيح قشرة التفاح. السكاكين و الفؤوس أسافين تستخدم للقطع
تحياتي شهيرة القريشي
