القوة FORCE (11A)

 

📄 اطبع pdf
00971504825082

<<<القوة >>>

القوة :عبارة عن مؤثر خارجي يؤثر على الجسم تعمل على تغير شكل الجسم أو تغير من الحالة الحركية للجسم

تقسم القوى في الطبيعة إلى نوعين

قوى التلامس

بعض القوى لا يمكن أن تحدث دون ملامسة الجسم

قوى المجال

وبعض القوى ليست بحاجة إلى ملامسة الجسم كي تحدث

مقارنة بين قوى التماس وقوى المجال

الخاصية	قوى التماس (Contact Forces)	قوى المجال (Field Forces)
التعريف	قوى تتطلب تلامسًا مباشرًا بين الأجسام	قوى تعمل عن بعد دون تلامس مباشر
الأمثلة	قوة الاحتكاك قوة الشد القوة العمودية	قوة الجاذبية القوة المغناطيسية القوة الكهربائية
الاستخدامات	فرامل السيارات الحركات الرياضية المشي على الأرض	حركة الكواكب المحركات الكهربائية أجهزة الرنين المغناطيسي

الاستخدامات الرئيسية:

قوى التماس: تستخدم في التطبيقات الميكانيكية اليومية حيث يكون التلامس المادي ضروريًا

قوى المجال: ضرورية في التطبيقات التكنولوجية المتقدمة والظواهر الفلكية

الكتلة و الوزن
هناك خطأ شائع لا نميز بين كلمة الوزن والكتلة
الكتلة :هي مقدار المادة في الجسم (على الرغم من صعوبة تحديد ما هي المادة)
الوزن :هو القوة المطبقة على الجسم من قبل الجاذبية
الكتلة لا تتغير بتغير المكان ولكن الوزن يتغير حسب مجال الجاذبية
تعطى قيمة وزن الجسم بالعلاقة
$$W=F_g=m.g$$ $$N=Kg.\frac{m}{S^2}$$

المقارنة بين الكتلة والوزن

التعريف:

الكتلة: كمية المادة الموجودة في الجسم (كمية فيزيائية قياسية)
الوزن: قوة جذب الأرض للجسم (كمية فيزيائية متجهة)

المقارنة:

الخاصية	الكتلة	الوزن
المفهوم	كمية المادة في الجسم	قوة الجاذبية المؤثرة على الجسم
التغير	ثابتة (لا تتغير)	تتغير حسب الموقع
الوحدة	كيلوجرام (kg)	نيوتن (N)
الاستخدام	قياس القصور الذاتي - الحسابات العلمية	قياس القوة المؤثرة - التطبيقات اليومية

ملاحظات هامة:

• ✅ الكتلة خاصية ثابتة لا تتأثر بالموقع الجغرافي أو الجاذبية
• 🔄 الوزن يتغير مع تغير قوة الجاذبية (مثال: على القمر يصبح الوزن أقل)
• ⚖️ العلاقة بينهما: الوزن = الكتلة × تسارع الجاذبية $$(F_g = m × g)$$

الاستخدامات العملية:

استخدامات الكتلة:

• تصنيع المواد والأدوات
• الحسابات الكيميائية
• دراسات الفضاء والنجوم

استخدامات الوزن:

• موازنة الأحمال في الهندسة
• قياس القوة في الأنظمة الميكانيكية
• تحديد كميات المواد في الحياة اليومية

الكتلة والوزن على سطح هذا العالم
في هذه المحاكاة لاحظ أثر تغير الوزن بتغير المكان ولكن الكتلة تبقى ثابتة
عندما تعلق جسم بزنبرك هناك قوة شد تعادل وزن الجسم
إضغط على الكوكب أولا
( Reset ) ثم إضغط على
ثم على السهم المتجه نحو الأعلى
محصلة القوى وهي عبارة عن مجموع القوي المؤثرة على الجسم $$\sum \vec F_{net}=\vec F_1+\vec F_2+\vec F_3+......\vec F_n$$ من الأفضل أن نأخذ محصلة القوى على المحاور الديكارتية للسهولة $$\sum \vec F_{X}=\vec F_{1X}+\vec F_{2X}+\vec F_{3X}+......\vec F_{nX}$$ $$\sum \vec F_{Y}=\vec F_{1Y}+\vec F_{2Y}+\vec F_{3Y}+......\vec F_{nY}$$ $$\sum \vec F_{Z}=\vec F_{1Z}+\vec F_{2Z}+\vec F_{3Z}+......\vec F_{nZ}$$ مثال محلول من خلال الشكل حدد محصلة القوى على المحور $$X$$ نحدد القوى المؤثرة على الجسم
نرسم محاور إحداثيات $$X.Y$$ بشرط المحور الأفقي يوازي المستوى الذي يتحرك عليه الجسم
نحلل القوى التي لا تنطبق على محاور الإحداثيات $$F_{1X}=F_1.cos(𝜃)=20×cos(30)=17.3 \;\;N$$ $$F_{1Y}=F_1.sin(𝜃)=20×sin(30)=10 \;\;N$$ $$\sum \vec F_{X}=F_1.cos(𝜃)-F_3=17.3-3=14.3\;N$$

القوة المتعامدة (القوة العمودية)

المفهوم العلمي:

القوة المتعامدة (Normal Force) هي مكون القوة العمودي على سطح التماس بين جسمين، تنشأ كرد فعل لقوى الضغط التي يمارسها جسم على سطح آخر. تُعتبر قوة رد فعل وفق قانون نيوتن الثالث.

حالات ظهورها:

• ✅ عندما يوضع جسم ثابت على سطح أفقي (مثل كتاب على طاولة)
• ✅ في الحركة على الأسطح المائلة (مثل تحليل القوى على منحدر)
• ✅ أثناء التصادمات بين الأجسام
• ✅ في الأنظمة الدورانية كقوة جابذة (قوة عمودية مركزية)

خصائصها:

- اتجاهها: عمودي دائمًا على سطح التماس
- مقدارها: يتغير حسب القوة المؤثرة (F_N = mg cosθ في الأسطح المائلة)
- طبيعتها: قوة إحتكاك غير لزجة (لا تعتمد على السرعة)

قوانين نيوتن و تطبيقات على قوانين نيوتن

قانون نيوتن الاول : القصور الذاتي
ينص قانون نيوتن الأول : الجسم الساكن يبقى ساكنًا ما لم تؤثر عليه قوة خارجية فتحركه




، والجسم المتحرك في خط مستقيم يبقى كذلك للأبد ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تغير من اتجاه حركته، وهذا يعني أن الأجسام لا يمكن أنّ تبدأ بالحركة أو أن تتوقف أو تغير من اتجاهها من تلقاء نفسها وإنّما ذلك يتطلب قوة خارجية لإحداث هذا التغيير، وتعد هذه الخاصية للأجسام الضخمة لمقاومة التغيرات في حالة الحركة

نتائج قانون نيوتن الأول :

النص العلمي للقانون:

"يظل الجسم الساكن ساكنًا، والجسم المتحرك بسرعة ثابتة في خط مستقيم يظل على حالته ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تغير من حالته الحركية"

الصيغة الرياضية:

$$ΣF = 0 ⇨ a = 0$$

حيث أن:
$$ΣF$$ ( محصلة القوى المؤثرة (نيوتن $$a$$ التسارع (م/ث²)

تطبيقات عملية:

1. الفرملة المفاجئة في السيارة:

عندما توقف السيارة فجأة، يستمر الركاب في الحركة للأمام حسب القانون الأول:
القصور الذاتي ∝ الكتلة (m)

2. إنزلاق قرص الهوكي على الجليد:

يتحرك القرص لمسافة أطول بسبب:
F_احتكاك ≈ 0

3. صعوبة دفع جسم ثقيل:

وفقًا للقانون:
ΣF = F_دفع - F_احتكاك
لن يتحرك الجسم حتى
F_دفع > F_احتكاك

المعادلات الأساسية:

F_محصلة = m × a

v = v₀ + at

حيث تكون a = 0 عندما تكون القوة المحصلة صفر

في هذه المحاكاة راقب الطالبة في الباص عند ايقاف الباص وتحرك الباص من جديد
مثال 1) ادارة المرور تنصح السائق وركاب السيارة بوضع حزام الامان اثناء حركة السيارة فسر السبب

اضغط هنا تظهر طريقة الحل

قانون نيوتن الثاني

نص قانون نيوتن الثاني على "أن محصلة القوى التي تؤثر على جسمٍ ما وكان الجسم قابل للحركة ، ينتج عنها تسارع يتناسب طرديًا معها بينما يتناسب عكسيًا مع كتلة الجسم؛ بمعنى أنه كلما زادت القوة زاد التسارع، وكلما زادت الكتلة قل التسارع، ، ويعبر عن قانون نيوتن الثاني بالصيغة الرياضية التالية،.

$$F=m.a$$

قانون نيوتن الثاني للحركة

الصيغة الرياضية:

القوة = الكتلة × التسارع

$$F = m × a$$

حيث:

• F: القوة (نيوتن)
• m: الكتلة (كيلوجرام)
• a: التسارع (م/ث²)

التفسير العلمي:

يصف القانون العلاقة بين القوة المؤثرة على جسم وكتلته وتسارعه. كلما زادت القوة المؤثرة على جسم ما، زاد تسارعه، بشرط ثبات الكتلة.

تطبيقات عملية:

1. تسارع السيارات

عند ضغط السائق على دواسة الوقود، تزداد القوة المحركة مما يزيد تسارع السيارة $$(a = F/m)$$

2. إطلاق الصواريخ

يتطلب صاروخ ضخم قوة دفع هائلة بسبب كتلته الكبيرة لتحقيق تسارع كافي للهروب من الجاذبية

3. الفرامل الهيدروليكية

تطبيق قوة كبح عكسية ( سالبة) لتقليل سرعة المركبة عبر توليد تسارع عكسي (تباطؤ)

مثال رياضي:

إذا كانت كتلة سيارة 1000 كجم وتسارعت بمقدار 5 م/ث²

$$F = 1000 kg × 5 m/s² = 5000 \;N$$

في هذه المحاكاة المرحلة الاولى سوف ندرس علاقة التسارع بالقوة (بثبات الكتلة )

علاقة التسارع بالقوة (بثبات الكتلة ) إعتبر
$$g = 10 \frac{ m} { s^2}$$
المستوى يجب أن يكون أملس
frictionless
كتلة الجملة ثابتة
غير قوة الشد كل مرة واحسب التسارع
لاحظ ثبات كتلة الجملة حسث يتم نقل كتلة من العربة إلى الكتلة المعلقة
غير القوة كل مره بحذف كتلة من السيارة 100 جرام واضف 100 جرام على الكتلة المعلقة وبذلك انت قمت بتثبيت الكتلة وفي كل مرة اقرأ التسارع وقوة الشد وسجل النتائج في الجدول التالي
وارسم الخط البياني بين التسارع والقوة

اضغط هنا تظهر طريقة الحل

في المرحلة الثانية سوف ندرس علاقة التسارع بالكتلة (بثبات القوة )
في هذه المرحلة اجعل قوة الشد ثابتة وغير كتلة السيارة عن طريق كتابة قيمة الكتلة للعربة وحمولتها داخل الايقونة
اجري التجربة وفي كل مرة قم بزيادة كتلة السيارة دون اضافتها على الكتلة المعلقة وسجل كل مرة كتلة الجملة والتسارع

وارسم الخط البياني بين التسارع والكتلة

اضغط هنا تظهر طريقة الحل

وارسم الخط البياني بين التسارع ومقلوب الكتلة

اضغط هنا تظهر طريقة الحل

قانون نيوتن الثالث

قانون نيوتن الثالث للحركة

النص العلمي للقانون:

"لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس في الاتجاه"
F_1→2 = -F_2→1

التفسير الرياضي:

يمكن تمثيل القانون بالمعادلة:
F₁₂ = -F₂₁
حيث:

• F₁₂: القوة التي يؤثر بها الجسم الأول على الجسم الثاني
• F₂₁: القوة التي يؤثر بها الجسم الثاني على الجسم الأول
• الإشارة السالبة: تدل على عكس الاتجاه

تطبيقات عملية:

1. إطلاق الصواريخ

عندما يطرد الصاروخ الغازات للأسفل (فعل)، تدفع الغازات الصاروخ للأعلى (رد فعل)
F_{غازات→صاروخ} = -F_{صاروخ→غازات}

2. المشي على الأرض

عندما تضغط قدمك على الأرض للخلف (فعل)، تدفعك الأرض للأمام (رد فعل)
F_{قدم→أرض} = -F_{أرض→قدم}

3. حركة السيارات

عندما تدور الإطارات وتدفع الطريق للخلف (فعل)، يدفع الطريق السيارة للأمام (رد فعل)
F_{إطار→طريق} = -F_{طريق→إطار}

الاستنتاج العلمي:

يشرح القانون الأساس الفيزيائي لجميع التفاعلات بين الأجسام، حيث لا توجد قوة منفردة في الطبيعة، بل توجد دائمًا أزواج من القوى المتضادة التي تحافظ على توازن النظام.

مثال 2)"جميع السيارات تتحرك إلى اليمين. أي منها تتسارع. أيها يتباطأ؟ أيها يتحرك بسرعة ثابتة"

اضغط هنا تظهر طريقة الحل

تطبيقات على قوانين نيوتن
حركة جسم على مستوى أفقي

تطبيقات على قوانين نيوتن



مثال محلول

مستوى مائل أملس يميل على الأفق بزاوية مقدارها $$𝜃=30^0$$ وضع جسم على قمة المستوى المائل أحسب التسارع الذي يتحرك به الجسم
نتبع الخطوات التالية $$1$$ نحدد القوى المؤثرة على الجسم $$2$$ نرسم محاور الإحداثيات بشرط المحور الأفقي يوازي السطح الذي يتحرك علية الجسم $$3$$ نحلل القوى الغير منطبقة على محاور الإحداثيات $$F_{gX}=F_g.Sin(𝜃)=m.g.Sin(𝜃)$$ $$F_{gY}=F_g.Cos(𝜃)=m.g.Cos(𝜃)$$

نطبق قانون نيوتن الثاني على المحور الأفقي حيث التسارع موجود على المحور الأفقي $$\sum \vec F_{X}=m.\vec a$$ $$F_{gX}=m.a$$ $$m.g.Sin(𝜃)=m.a$$ $$a=gSin(𝜃)=9.81×Sin (30)=4.9 m/s^2$$

الحبال والبكرات
نظام الحبل والبكرة عبارة عن أداة ميكانيكية تستخدم لنقل القوة وتغيير اتجاه الحمل
يعتمد هذا النظام على مبادئ الرافعة ويستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات
يتكون نظام الحبل والبكرة من بكرة واحدة أو أكثر، وحبل أو كابل، وحمولة يجب رفعها أو نقلها
البكرة عبارة عن عجلة ذات أخدود على الحافة حيث يتم وضع الحبل
يتم ربط الحمولة بأحد طرفي الحبل، وعند سحبها، يتم تطبيق قوة لرفع الحمولة أو تحريكها.
سوف نعتبر كتلة البكرة وكتلة الحبل مهملة
الجملة المادية تتحرك بنفس التسارع لأن الخيط لا يمتط وقوة الشد متساوية على طرفي الخيط
عند دراسة الجملة نحدد اتجاه الحركة ونحدد القوى المؤثرة على كل جسم
نطبق قانون نيوتن الثاني على كل جسم ونجري عملية الجمع للمعادلات حتى نحصل على تسارع الجملة
بكرة متحركة
إذا كان مركز البكرة المتحركة يعمل على حمل الوزن ، فإن قوة شد الحبلين الرأسيين يساهم في رفع الجسم ويقسم الوزن على قوتي الشد وكلما زاد عدد الاحبال الرافعة نحتاج إلى قوة أقل لرفع الجسم لاحظ المسافة التي يتحرك بها الحبل الذي نؤثر غليىة بقوة شد تعادل ضعف المسافة التي يتحرك بها الجسم ويرتفع نحو الاعلى وبذلك يكون الشغل متساوي .

قوة الأحتكاك
قوّة الاحتكاك هي عبارة عن مُقاومة جسم للحركة؛ حيثُ يتحرَّك هذا الجسم على سطح جسم آخر. قوّة الاحتكاك لا تُعتبر قوّة أساسيّة كقوّة الجاذبيّة أو القوّة الكهرومغناطيسيّة؛ حيثُ يرى العلماء أنَّ قوّة الاحتكاك هي نتاج التجاذُب الكهرومغناطيسيّ بين الجُزيئات المشحونة لسطحين مُتلامسين


اتجاهها دوما عكس حركة الجسم وهي موازية للسطح الذي يتحرك علية الجسم
يوجد نوعين من قوة الإحتكاك
إحتكاك سكوني وتظهر عندما نؤثر بقوة شد على الجسم و يكون الجسم ساكن
إحتكاك حركي وتظهر عندما نؤثر بقوة شد على الجسم و يكون الجسم متحرك
في هذه المحاكاة أثر بقوة شد أفقية وراقب ماذا يحدث هل أي قوة شد تحرك الجسم عند أي قوة يتحرك وإذا غيرنا كتلة الجسم هل نحتاج إلى قوة أكبر لتحريك الجسم ؟ ما أثر زيادة القوة المتعامدة على قوة الإحتكاك


في هذه المحاكاة أثر بقوة شد أفقية وراقب ماذا يحدث عند تغير طبيعة السطحين المتلامسين ؟ هل قوة الإحتكاك السكوني والحركي تبقى كما هي


مثال 1)"من خلال التجارب السابقة ماهي العوامل التي تغير من قوة الاحتكاك

الإجابة القوة المتعامدة طبيعة السطحين المتلامسين
مثال 2)"حدد القوى المؤثرة على الاجسام التالية "

معامل الاحتكاك السكوني وهو النسبة بين قوة الاحتكاك السكوني إلى القوة المتعامدة $$μ_S =\frac{F_S}{F_n}$$ معامل الاحتكاك الحركي وهو النسبة بين قوة الاحتكاك الحركي إلى القوة المتعامدة $$μ_k =\frac{F_k}{F_n}$$ في هذه المحاكاة سوف نؤثر بقوة شد أفقية أو مائلة على جسم موضوع على مستوى أفقي خشن ونحدد مقدار معامل الاحتكاك السكوني والحركي
هل تعادل القيم الموجودة في الايقونات السفلية على اليمين
اعتبر قيمة $$g=9.75 \frac{m}{s^2}$$

إلعب وتعلم (القوى المؤثرة على صندوق تم سحبة )

المصدر https://www.vascak.cz/?page_id=2355&language=it#demo اكتب تعليقا واذا كان هناك خطأ اكتبه وحدد مكانه Write a comment, and if there is mistake, write and specify its location

Social Media

Created By Themes | Distributed By Blogger

Contact form