Download
1 / 42
2.18k likes | 6.1k Views
الدرس الثاني. قوانين نيوتن للحركة. الأهداف. نتوقع في نهاية هذا الدرس أن تكون الطالبة قادرة على : أن ت صف كيف تؤثر القوى في الحركة . أن ت حسب التسارع مستخدم ة القانون الثاني لنيوتن في الحركة. أن ت وضح القانون الثالث لنيوتن في الحركة. الفكرة الرئيسية.
E N D
الدرس الثاني قوانين نيوتنللحركة
الأهداف نتوقع في نهاية هذا الدرس أن تكون الطالبة قادرة على : أن تصف كيف تؤثر القوى في الحركة . أن تحسب التسارع مستخدمة القانون الثاني لنيوتن في الحركة. أن توضح القانون الثالث لنيوتن في الحركة .
الفكرة الرئيسية تغير القوى غير المتزنة مقدار سرعة الجسم أو اتجاه حركته
الأهمية تصف قوانين نيوتن أنماط الحركة سواء البسيطة منها، كما في المشي، أو المعقدة منها كما في إطلاق الصواريخ.
مراجعة المفردات الجاذبية ( الثقالة ): قوة جذب بين جسمين و تعتمد على كتلة كل منهما،و المسافة التي بينهما.
م المفردات الجديدة • القوة • قوانين الحركة لنيوتن • الاحتكاك • القصور الذاتي
القوة ما الذي يحرك الأجسام ؟ اذااردت الجلوس على المائدة، فانك تسحب الكرسي بعيدا عن الطاولة قبل أن تجلس، ثم تدفعه تحت الطاولة عندما تغادر. إنك تؤثر بقوة على الكرسي لتحركه. فالقوة إما دفع أو سحب، و تقاس القوة بوحدة النيوتن في النظام الدولي للوحدات.
القوة والتسارع لتغيير حركة جسم ما يجب أن تؤثر قوة عليه، و تعمل على تسارعه. فمثلاً، عندما تقذف كرة، كما في الشكل 6، فإن يدك تؤثر بقوة على الكرة، و تؤدي إلى زيادة سرعتها، أي أن الكرة تسارعت. تعمل القوة كذلك على تغيير اتجاه حركة الكرة. فبعد أن تغادر الكرة يدك فإن مسارها ينحني نحو الأسفل و تغير اتجاه حركتها كما هو مبين في الشكل 6.
الشكل 6 بعد قذف كرة الجولف فإنها تتبع مسارًا منحنيًا نحو الأرض. فسر كيف يبين هذا المسار المنحني أن الكرة تتسارع ؟
في أثناء تحليق الكرة تكون تحت تأثير قوة الجاذبية الأرضية لذلك يكون تسارع الكرة إلى أسفل فتتناقص سرعتها حتى تصبح صفراً عند قمة مسارها , ثم تغير اتجاه حركتها فتصبح السرعة باتجاه التسارع نفسه فتتزايد سرعة الكرة هابطة إلى أسفل . تذكر أن تغيير اتجاه حركة جسم يعني أنه في حالة تسارع. إن قوة الجاذبية سببت تسارع الكرة. و في كل مرة تتغير سرعة جسم ما، أو يتغير اتجاه حركته، أو يتغيران معًا فإن قوة ما يجب أن تكون قد أثرت على هذا الجسم.
قد تؤثر مجموعة من القوى على جسم ما دون أن تحدث تغيراً في حركته. إذا ضغطت أنت و صديقك بقوتين متساويتين على الباب، و كانت القوتان متعاكستين، فإنّ الباب لا يتحرك. تكون القوى متزنة إذا ألغت أثر بعضهما البعض، و لم تسبب تغيراً في حركة الجسم. لكن إذا لم تُلْغِ القوى أثر بعضها بعضاً، فإنها تكون غير متزنة. القوة المتزنة وغير المتزنة
الشكل 7 : عندما تؤثر مجموعة من القوى على جسم ما، فإن القوى تكوّن قوة محصلة إذا أثرت قوتان غير متساويتين على الجسم، و باتجاهين متعاكسين، فإن القوة المحصلة تساوي الفرق بينهما، و تكون باتجاه القوة الأكبر.
إذا أثرت في الجسم أكثر من قوة، فكيف تكون حركة هذا الجسم ؟ للإجابة عن ذلك فإننا نوحد هذه القوى في قوة واحدة تسمى القوة المحصلة، و هي التي تحدد حركة هذا الجسم. فكيف تتحد هذه القوى لتعطي القوة المحصلة ؟ إذا كانت القوى بنفس الاتجاه فإنها تجمع، لتعطي القوة المحصلة، و إذا كانت قوتان متعاكستان فإن القوة المحصلة تساوي الفرق بينهما و تكون باتجاه القوة الأكبر. جمع القوى
قوانين الحركة لنيوتن إسحاق نيوتن كان اسحق نيوتن علم 1665 قد حصل على شهادة البكالوريوس في كلية ترنتي بجامعة كامبريدج. لكن الكلية أُغْلِقَتْ مؤقتا، خوفاً من وباء الطاعون الذي أخذ ينتشر في كل أنحاء أوروبا. مما اضطر نيوتن للعودة إلى الريف، حيث تفرغ لمراقبة الطبيعة، و التفكير في أمورها و وقائعها، و إجراء التجارب البسيطة. و قد أثمر ذلك كثيراً من الاكتشافات العلمية، من بينها اكتشاف قانون الجاذبية. و من أعظم اكتشافاته كيفية عمل القوى على تغيير حالة الحركة للأجسام، حيث أدرك أن بإمكانه تفسير الحركة من خلال مجموعة من المبادئ تعرف حالياً بقوانين الحركة لنيوتن.
القانون الأول لنيوتن لو أنك دفعت كتاباً على سطح الطاولة أو على أرض الغرفة، فإنه ينزلق ثم لا يلبث أن يتوقف. و كذلك لو ضربت كرة الجولف فإنها تصطدم بالأرض و تتدحرج ثم لا تلبث أن تتوقف. و يبدو أن أي جسم تحرّكه يتوقف بعد فترة. ربما تستنتج من ذلك أنه يلزم أن نؤثر بقوة و بصورة مستمرة في أي جسم نريد أن يستمر في حركته. في الواقع إن هذا الاستنتاج غير صحيح.
أدرك نيوتن، و قبله مجموعة من العلماء، أنه يمكن لجسم ما أن يتحرك دون أن تؤثر عليه قوة محصلة. ينص القانون الأول لنيوتن على أن الجسم المتحرك لا يغير حركته ما لم تؤثر عليه قوة غير متزنة. و لذلك فإن جسماً ساكناً، ككتاب فوق الطاولة، سوف يستمر كذلك ما لم تؤثر عليه قوة تدفعه أو تسحبه.
إذا دفعت كتاباً على الطاولة فإنه ينزلق ثم يتوقف، لكن ماذا يحدث لو أن هناك جسماً متحركاً، مثل كرة قذفتها نحو شخص آخر ؟ حسب قانون نيوتن فإنها ستستمر في حركتها إلا إذا أثرت عليها قوة محصلة، هذا يعني أن هناك قوة يجب أن تعمل لتزيد سرعة الكرة أو تبطئها أو تغير اتجاه حركتها. و بتعبير آخر، فإنَّ الكرة المتحركة في الشكل 8 سوف تستمر في حركتها في خط مستقيم و بسرعة ثابتة ما لم تخضع لقوة غير متزنة تؤثر عليها.
الشكل 8 بعد ضرب الكرة فإنها تتحرك على الأرض في خط مستقيم ما لم تؤثر عليها قوة خارجية.
تجربة تحديد الأوزان بوحدة النيوتن الخطوات 1- قف على ميزان، و قس كتلتك بالكيلوجرام. 2- خذ كتاباً، و قف على الميزان ثانية، و قس الكتلة الكلية لك أنت و الكتاب معاً. 3- كرر الخطوة 2 مستعملاً كرسياً، و معطفاً ثقيلاً، و جسماً رابعًا تختاره أنت.
التحليل 1- اطرح كتلتك من كل من الكتل السابقة لحساب كتلة كل جسم بالكيلوجرام. 2- اضرب كتلة كل جسم بالكيلوجرام في 9،8 لحساب الوزن بالنيوتن. 3- احسب وزنك بالنيوتن.
ينزلق الكتاب على سطح الطاولة، يتباطأ ثم يتوقف. حسب القانون الأول لنيوتن، و حيث أن حركة الكتاب تغيرت فلا بد من وجود قوة أدت إلى توقفه. تدعى هذه القوة الاحتكاك. الاحتكاك
الاحتكاك الاحتكاك قوة ممانعة تنشأ بين سطوح الأجسام المتلامسة و تقاوم حركة هذه السطوح بالنسبة لبعضها بعضا. تؤثر قوة الاحتكاك دائماً في عكس اتجاه الحركة، كما هو مبين في الشكل 8. و هكذا، لتحافظ على حركة جسم في وجود الاحتكاك عليك أن تؤثر فيه دائما بقوة تتغلب على قوة الاحتكاك.
ماذا قرأت في أي اتجاه تؤثر قوة الاحتكاك بشكل معاكس لاتجاه الحركة
الشكل 9 ينتج الاحتكاك عن خشونة السطوح المتلامسة. تكبير الشكل يبين ما سوف يبدو عليه سطح الكتاب و سطح الطاولة لو كان باستطاعتك رؤية ذراتهما.
يعتمد مقدار قوة الاحتكاك على طبيعة السطحين المشتركين في الحركة. و كلما كانت الخشونة أكبر كان الاحتكاك أكبر. فمثلاً لو دفعت صندوقاً على سطح من الجليد فإنه يتحرك مسافة كبيرة قبل أن يتوقف، و لو دفعت الصندوق نفسه بقوة مساوية لكن على سطح ناعم، غير الجليد، فإنه يتحرك لمسافة أقل من الأولى. لكن لو كررت فعل ذلك على سطح سجادة خشنة فستجد أنّ الصندوق يكاد لا يتحرك.
القصور الذاتي والكتلة لا بد أنك لاحظت الصعوبة التي تواجهك عند تحريك جسم ثقيل، مثل الثلاجة حتى لو كانت مزودة بعجلات. كذلك عندما تحاول أن تدفع شخصاً أكبر منك فقد لا تستطيع أن تزحزحه. بينما يسهل عليك دفع شخص أخف منك. و بالمقابل يصعب إيقاف جسم ثقيل متحرك بينما يسهل ذلك بالنسبة لجسم خفيف. في كل هذه الحالات، بما فيها العربة المبينة في الشكل 10، فإن الجسم يقاوم إحداث تغيير في حالة حركته. هذا الميل لمقاومة إحداث تغيير في حركة الجسم يدعى القصور الذاتي.
بناءً على الخبرة العملية فإن تحريك أو إيقاف جسم ثقيل أصعب من إيقاف جسم خفيف. فكلما احتوى الجسم على مادة أكثر صار إحداث تغيير في حركته أصعب. و كتلة الجسم مقدار المادة الموجودة فيه. و لذلك كلما زادت كتلة الجسم زاد قصوره الذاتي. أي أن القصور الذاتي يتناسب مع الكتلة. الشكل 10 العربة لها قصور ذاتي يُقاوم تحريكها عندما تدفعها.
القانون الثاني لنيوتن حسب القانون الأول لنيوتن فإنّ التغيرفي حركة الجسم لاتحدث الاإذا أثرت في الجسم قوة محصلة. لكن القانون الثاني لنيوتن يخبرنا كيف تعمل القوة المحصلة هذه على تغير حركة الجسم. بناء على القانون الثاني لنيوتن فإن القوة المحصلة تغير السرعة المتجهة للجسم و تؤدي إلى تسارعه.
ينص القانون الثاني لنيوتن على أنه إذا أثرت قوة محصلة في جسم ما فإن تسارع هذا الجسم يكون باتجاه تلك القوة، و هذا التسارع يساوي ناتج قسمة القوة المحصلة على كتلة الجسم.
للتأكد من الحل اضرب الجواب في كتلة الكرة. يجب أن تحصل على القوة المعطاة. تطبيق الرياضيات حل معادلة بسيطة تسارع كرة سلة المعطيات : الكتلة ك = 0،5 كجم , القوة المحصلة: ق م = 10 نيوتن, المطلوب : التسارع ت ؟ م/ث الحل : نعوض في معادلة التسارع بالقيم المعلومة
عندما تؤثر قوة محصلة في جسم ما، فإنّ تسارع هذا الجسم يعتمد على كتلته. و كلما كانت كتلة الجسم أكبر زاد قصوره الذاتي و زادت بذلك صعوبة إحداث تسارع في حركته. فإذا استخدمت قوة في دفع عربة تسوق فارغة و أثرت بالقوة نفسها في دفع ثلاجة. تسارع الثلاجة سيكون أقل بكثير من تسارع العربة. و هكذا كلما كانت الكتلة أكبر كان التسارع أقل إذا كانت القوة نفسها تؤثر في الأجسام المختلفة. الكتلة والتسارع
القانون الثاني لنيوتن ينص القانون الثاني لنيوتن على أنه إذا أثرت قوة محصلة في جسم ما فإن تسارع هذا الجسم يكون باتجاه تلك القوة، و هذا التسارع يساوي ناتج قسمة القوة المحصلة على كتلة الجسم.
نشاط حواري نشاط حواري القانون الثالث لنيوتن عندما تستند إلى جدار فإنه من السهل عليك أن تدرك أنك تضغط عليه، و لكن قد تفاجأ لو عرفت أن الجدار أيضا يضغط عليك. بناءً على القانون الثالث لنيوتن، فإنه عندما يؤثر جسم ما بقوة في جسم آخر، فإن الجسم الآخر يؤثر في الجسم الأول بقوة مساوية لها في المقدار و تضادها في الاتجاه. فمثلاً عندما تسير على الرصيف فإنك تدفع بقوة على الرصيف نحو الخلف، لكن الرصيف أيضاً يدفعك بقوة مساوية و لكن نحو الأمام.
القوة التي يؤثر بها الجسم الأول هي قوة الفعل بينما القوة التي يؤثر بها الجسم الثاني هي قوة رد الفعل. في الشكل 11، قوة الفعل هي القوة التي يؤثر بها السباح على جدار البركة بينما رد الفعل هو القوة التي يؤثر بها الجدار في السباح. الفعل و رد الفعل قوتان متساويتان في المقدار لكن متضادتين في الاتجاه. الشكل 11 عندما يضغط السباح بقوة على جدار حوض السباحة فإن الجدار يدفعه بقوة معاكسة و مساوية لها.
ماذا قرأت لماذا لا تلغي قوتا الفعل و رد الفعل إحداهما الأخرى؟
نص قانون نيوتن الثالث عندما يؤثر جسم بقوه على جسم آخر فان الجسم الآخر ، فإن الجسم الثاني يؤثر على الجسم الأول بقوة مساوية في المقدار ومعاكسة في الاتجاه يسمى هذا القانون بـ الفعل ورد الفعل
تحياتي شهيرة القريشي
