| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 صف استخدام المساطر وأسطوانات القياس لإيجاد الطول أو الحجم | |
| 2 صف كيفية قياس مجموعة متنوعة من الفترات الزمنية باستخدام الساعات والأجهزة الرقمية | |
| 3 حدد قيمة متوسطة لمسافة صغيرة وفترتا زمنية قصيرة عن طريق قياس مضاعفات (بما في ذلك فترة اهتزاز النواس) | |
| 4 افهم أن الكمية القياسية لها مقدار (حجم) فقط وأن الكمية المتجهة لها مقدار واتجاه | |
| 5 اعرف أن الكميات التالية هي كميات قياسية: المسافة، السرعة، الزمن، الكتلة، الطاقة ودرجة الحرارة | |
| 6 اعلم أن الكميات التالية هي كميات متجهة: القوة، الوزن، السرعة المتجهة، التسارع، الزخم، شدة المجال الكهربائي وشدة المجال الجاذبي | |
| 7 حدد، عن طريق الحساب أو بيانياً، المحصلة لمتجهين متعامدين، مقيداً بالقوى أو السرعات فقط |
الحركة، القوى والطاقة
IGCSE الفيزياء · الموضوع 1
23:51
الحركة، القوى والطاقة
انظر حولك. سيارة تسرع. كرة تسقط. كوب ثابت على طاولة. الفيزياء تصف كل واحد من هذه — بدقة، باستخدام الأرقام. وكلها تستند…
سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية
1.1
القياس
المنهج
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
*تحليل المتجه إلى مركباته
الطول والحجم
استخدم مسطرة لقياس الطول. اقرأ المقياس بعينك بشكل مستقيم أمام العلامة لتجنب خطأ القراءة.
استخدم أسطوانة قياس لقياس حجم سائل. اقرأ المقياس عند أسفل السطح المقعر (المقعر)، بمستوى العين معه.
قياس الوقت
استخدم ساعة إيقاف أو مؤقت رقمي لقياس فترة زمنية. الساعة عادية للوقت الطويل (دقائق أو ساعات). تُشغّل ساعة الإيقاف وتتوقف باليد، لذا كل قراءة تحتوي على خطأ زمن رد الفعل يبلغ حوالي 0.2 ثانية. لجعل هذا الخطر أقل تأثيرًا، قِس فترة طويلة، أو قِس العديد من التكرارات واقسم (انظر أدناه).
قياس الكميات الصغيرة
الطول الصغير الواحد أو الوقت القصير يصعب قياسه بدقة. الحيل تكمن في قياس عدد كبير وبقسمة:
- لإيجاد سمك ورقة واحدة، قِس 100 ورقة واقسم على 100.
- لإيجاد زمن اهتزاز واحد لـ البندول، قِس زمن 20 اهتزازاً واقسم على 20. يُسمى الاهتزاز الكامل بـ الزمن الدوري.
هذا يقلل من عدم اليقين (حجم الخطأ) بشكل كبير.
الكميات القياسية والمتجهات
الكمية القياسية لها مقدار (المagnitude) فقط. أما الكمية المتجهة فلها مقدار واتجاه.
- الكميات القياسية: المسافة، السرعة، الزمن، الكتلة، الطاقة، درجة الحرارة.
- المتجهات: القوة، الوزن، السرعة، التسارع، الزخم، شدة المجال الكهربائي، شدة المجال الجاذبي.
لجمع متجهين عموديين (90°)، ارسمهما كجانبين لمستطيل. يكون المتجه المحصل هو القطر. أوجد مقداره باستخدام نظرية فيثاغورس واتجاهه باستخدام حساب المثلثات.
$$R = \sqrt{a^2 + b^2}$$
استكشف
كميات قياسية ومتجهات
القوة المحصلة = a + b
اجمع متجهين طرفاً للطرف لإيجاد المحصلة.
1.2
الحركة
المنهج
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 عرّف السرعة القياسية بأنها المسافة المقطوعة لكل وحدة زمن؛ وتذكر واستخدم المعادلة $$v = \frac{s}{t}$$ |
|
| 2 عرّف السرعة المتجهة بأنها سرعة في اتجاه معين | |
| 3 تذكر واستخدم المعادلة $$\text{average speed} = \frac{\text{total distance travelled}}{\text{total time taken}}$$ |
9 عرّف التسارع بأنه التغير في السرعة المتجهة لكل وحدة زمن؛ وتذكر واستخدم المعادلة $$a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$$ |
| 4 ارسم وخطط وفسر مخططات المسافة–الزمن ومخططات السرعة–الزمن | |
| 5 حدد، بشكل نوعي، من البيانات المعطاة أو شكل مخطط المسافة–الزمن أو مخطط السرعة–الزمن متى يكون الجسم: (أ) ساكناً (ب) يتحرك بسرعة ثابتة (ج) في حالة تسارع (د) في حالة تباطؤ | 10 حدد من البيانات المعطاة أو شكل مخطط السرعة–الزمن متى يكون الجسم متحركاً بـ: (أ) تسارع ثابت (ب) تسارع متغير |
| 6 احسب السرعة من ميل جزء مستقيم في مخطط المسافة–الزمن | 11 احسب التسارع من ميل مخطط السرعة–الزمن |
| 7 احسب المساحة تحت مخطط السرعة–الزمن لتحديد المسافة المقطوعة لحركة ذات سرعة ثابتة أو تسارع ثابت | |
| 12 اعلم أن التباطؤ هو تسارع سالب واستخدم ذلك في الحسابات | |
| 8 أذكر أن تسارع السقوط الحر $g$ لجسم قريب من سطح الأرض هو تقريباً ثابت ويقدر بحوالي $9.8\text{ m/s}^2$ | 13 صف حركة الأجسام الساقطة في مجال جاذبي منتظم مع وجود مقاومة هواء/سائل ودونها، بما في ذلك الإشارة إلى السرعة النهائية |
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
السرعة والسرعة المتجهة
السرعة هي المسافة المقطوعة لكل وحدة زمنية.
$$v = \frac{s}{t}$$
السرعة المتجهة هي السرعة في اتجاه محدد. لذا فالسرعة المتجهة كمية متجهة بينما السرعة كمية قياسية.
$$\text{average speed} = \frac{\text{total distance}}{\text{total time}}$$
التسارع
التسارع هو التغير في السرعة المتجهة لكل وحدة زمنية.
$$a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$$
هنا $\Delta v$ تعني "التغير في السرعة المتجهة". التباطؤ (النقصان في السرعة) هو تسارع سالب.
مثال محلل. سيارة تزداد سرعتها من $8\ \text{m/s}$ إلى $20\ \text{m/s}$ في $4.0\ \text{s}$. أوجد تسارعها.
$$a = \frac{\Delta v}{\Delta t} = \frac{20 - 8}{4.0} = 3.0\ \text{m/s}^2$$
بياناوات الحركة
الرسم البياني للمسافة–الزمن يوضح مدى مسافة قطع الجسم:
- خط أفقي (مسطح) يعني أن الجسم في حالة سكون.
- ميل مستقيم يعني سرعة ثابتة. الميل (الانحدار) هو السرعة.
- منحنى يصبح أكثر انحدارًا يعني أن الجسم يتسارع.
الرسم البياني للسرعة–الزمن يوضح مدى سرعة الجسم:
- خط أفقي يعني سرعة ثابتة.
- ميل مستقيم يعني تسارع ثابت. الميل يمثل التسارع.
- المساحة تحت الخط تمثل المسافة المقطوعة.
الأجسام الساقطة
قريبًا من الأرض، يكون المجال الجاذبي منتظمًا (نفس الشدة في كل مكان)، لذا تتسارع جميع الأجسام أثناء سقوطها بنفس المعدل. هذا هو تسارع السقوط الحر، $g \approx 9.8\ \text{m/s}^2$.
عند سقوط جسم عبر الهواء، يؤثر مقاومة الهواء (قوة احتكاك) لأعلى. ومع زيادة سرعته، تزداد مقاومة الهواء. عندما تساوي مقاومة الهواء الوزن، تكون محصلة القوى صفرًا ويتوقف الجسم عن التسارع. حينها يسقط بسرعة نهاية ثابتة.
استكشف
رسم السرعة–الزمن
غيّر u و a. الميل هو التسارع؛ المساحة تحت الخط هي المسافة المقطوعة.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| velocity/vəˈlɒsɪti/ | السرعة |
| acceleration/əkˌseləˈreɪʃn/ | التسارع |
| speed/spiːd/ | السرعة القياسية |
| deceleration/dɪˌseləˈreɪʃn/ | إبطاء |
| distance–time graph/ˈdɪstəns taɪm ɡræf/ | رسم مسافة–زمن |
| at rest/æt rest/ | ساكن |
| gradient/ˈɡreɪdɪənt/ | الميل |
| speed–time graph/spiːd taɪm ɡræf/ | رسم سرعة–زمن |
| area under the line/ˈeərɪə ˈʌndə ðə laɪn/ | المساحة تحت الخط |
| uniform/ˈjuːnɪfɔːm/ | موحد |
| acceleration of free fall/əkˌseləˈreɪʃn ɒv friː fɔːl/ | تسارع السقوط الحر |
| air resistance/eə rɪˈzɪstəns/ | مقاومة الهواء |
| terminal velocity/ˈtɜːmɪnl vəˈlɒsɪti/ | السرعة النهائية |
| matter/ˈmætə/ | المادة |
1.3
الكتلة والوزن
المنهج
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 أذكر أن الكتلة هي مقياس لكمية المادة في جسم ساكن بالنسبة للمراقب | |
| 2 أذكر أن الوزن هو قوة جذب تؤثر على جسم له كتلة | 5 صف، واستخدم مفهوم، الوزن كنتيجة لمجال جاذبي作用于 كتلة |
| 3 عرّف شدة المجال الجاذبي بأنها القوة لكل وحدة كتلة؛ وتذكر واستخدم المعادلة $$g = \frac{W}{m}$$ واعلم أنها تعادل تسارع السقوط الحر |
|
| 4 اعلم أنه يمكن مقارنة الأوزان (والكتل) باستخدام الميزان |
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
الكتلة هي كمية المادة في الجسم. تُقاس بالكيلوجرام (kg) ولا تتغير عند نقل الجسم.
الوزن هو قوة الجاذبية المؤثرة على كتلة ما. يُقاس بالنيوتن (N). يمكن أن يتغير الوزن: فهو أصغر على القمر لأن جاذبية القمر أضعف.
شدة المجال الجاذبي هي القوة لكل وحدة كتلة:
$$g = \frac{W}{m}$$
هذه $g$ لها نفس قيمة تسارع السقوط الحر ($\approx 9.8\ \text{N/kg}$). يمكنك مقارنة الكتل باستخدام ميزان.
استكشف
الوزن والكتلة
W = mg
الوزن يتناسب طردياً مع الكتلة — الميل هو شدة المجال الجاذبي g (حوالي 10 نيوتن/كجم على الأرض).
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| mass/mæs/ | الكتلة |
| balance/ˈbæləns/ | التوازن |
1.4
الكثافة
المنهج
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 عرّف الكثافة بأنها الكتلة لكل وحدة حجم؛ وتذكر واستخدم المعادلة $$\rho = \frac{m}{V}$$ |
|
| 2 صف كيفية تحديد كثافة سائل، وصليب منتظم الشكل، وصليب غير منتظم الشكل يطفو في سائل (الحجم بالتزيح)، بما في ذلك الحسابات المناسبة | |
| 3 حدد ما إذا كان الجسم يطفو بناءً على بيانات الكثافة | 4 حدد ما إذا كان أحد السوائل يطفو فوق سائل آخر بناءً على بيانات الكثافة بافتراض عدم اختلاط السوائل |
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
الكثافة هي الكتلة لكل وحدة حجم.
$$\rho = \frac{m}{V}$$
الرمز $\rho$ هو الحرف اليوناني "رو". الوحدة هي $\text{kg/m}^3$ أو $\text{g/cm}^3$.
لإيجاد الكثافة: قِس الكتلة بالميزان، أوجد الحجم، ثم اقسِ.
- جسم صلب منتظم (مثل صندوق): قِس الأضلاع واحسب الحجم.
- جسم صلب غير منتظم (شكل غريب): أغمره في الماء داخل أسطوانة مدرجة. ارتفاع مستوى الماء يمثل حجمه. هذه هي طريقة الإزاحة.
- سائل: ضع أسطوانة مدرجة فارغة على الميزان واقرأ كتلتها. اسكب السائل، اقرأ الحجم على الأسطوانة، وكرر قراءة الكتلة. كتلة السائل هي الفرق بين قراءتي الكتلتين.
يطفو الجسم إذا كانت كثافته أقل من كثافة السائل. يغوص إذا كانت كثافته أكبر. وبالمثل، يطفو سائل فوق آخر (إذا لم يختلطوا) عندما تكون كثافته أقل: الزيت يطفو فوق الماء.
مثال محلول. حجارة كتلتها $54\ \text{g}$ تُنزل في مخبار مدرج. يرتفع مستوى الماء من $20\ \text{cm}^3$ إلى $40\ \text{cm}^3$. أوجد كثافة الحجرة.
حجم الحجرة هو ارتفاع مستوى الماء، $40 - 20 = 20\ \text{cm}^3$، لذا
$$\rho = \frac{m}{V} = \frac{54}{20} = 2.7\ \text{g/cm}^3$$
استكشف
الطفو والكثافة
غيّر كثافة الجسم والسائل: يطفو إذا كانت كثافته أقل، وكلما كان أكثر كثافة غاص جزء أكبر منه تحت الماء. يغوص الحديد في الماء لكن يطفو على الزئبق.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| density/ˈdensɪti/ | الكثافة |
| regular solid/ˈreɡjʊlə ˈsɒlɪd/ | جسم منتظم |
| irregular solid/ɪˈreɡjʊlə ˈsɒlɪd/ | جسم غير منتظم |
| displacement method/dɪˈspleɪsmənt ˈmeθəd/ | طريقة الإزاحة |
| floats/fləʊts/ | أكثر كثافة من السائل |
| shape/ʃeɪp/ | الشكل |
| extension/ekˈstenʃn/ | تمدد |
| load–extension graph/ləʊd ekˈstenʃn ɡræf/ | رسم الحمل–التمدد |
| limit of proportionality/ˈlɪmɪt ɒv prəˌpɔːʃəˈnælɪti/ | حد التناسب |
| spring constant/sprɪŋ ˈkɒnstənt/ | ثابت الزنبرك |
| resultant force/rɪˈzʌltənt fɔːs/ | القوة المحصلة |
| circular motion/ˈsɜːkjʊlə ˈməʊʃn/ | الحركة الدائرية |
| radius/ˈreɪdɪəs/ | نصف القطر |
| friction/ˈfrɪkʃn/ | الاحتكاك |
1.5
القوى
المنهج
1.5.1 تأثيرات القوى
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 اعلم أن القوى قد تسبب تغييرات في حجم وشكل الجسم | 9 عرّف ثابت الزنبرك بأنه القوة لكل وحدة استطالة؛ وتذكر واستخدم المعادلة $$k = \frac{F}{x}$$ |
| 2 ارسم وخطط وفسر مخططات الحمل–الاستطالة للمواد الصلبة المرنة ووصف الإجراءات التجريبية المرتبطة بها | 10 عرّف واستخدم مصطلح 'حد التناسب' لمخطط الحمل–الاستطالة وحدد هذه النقطة على المخطط (فهم الحد المرن غير مطلوب) |
| 3 حدد المحصلة لقوتين أو أكثر تعملان على خط مستقيم واحد | 11 تذكر واستخدم المعادلة $F = ma$ واعلم أن القوة والتسارع في نفس الاتجاه |
| 4 اعلم أن الجسم إما يبقى ساكناً أو يستمر في التحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة إلا إذا أثرت عليه محصلة قوى | |
| 5 أذكر أن المحصلة القوى قد تغير سرعة المتجه للجسم بتغيير اتجاه حركته أو سرعته | 12 صف، بشكل نوعي، الحركة في مسار دائري بسبب قوة عمودية على الحركة كـ: (أ) تزداد السرعة إذا زادت القوة، مع ثبات الكتلة ونصف القطر (ب) ينقص نصف القطر إذا زادت القوة، مع ثبات الكتلة والسرعة (ج) تتطلب زيادة الكتلة قوة أكبر للحفاظ على ثبات السرعة ونصف القطر ($F = \frac{mv^2}{r}$ غير مطلوب) |
| 6 صف احتكاك المواد الصلبة بأنه القوة بين سطحين قد تعيق الحركة وتنتج حرارة | |
| 7 اعلم أن الاحتكاك (السحب) يؤثر على جسم يتحرك خلال سائل | |
| 8 اعلم أن الاحتكاك (السحب) يؤثر على جسم يتحرك خلال غاز (مثل مقاومة الهواء) |
1.5.2 تأثير العزم للقوى
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 صف عزم القوة بأنه مقياس لتأثيره الدوار وأعط أمثلة يومية | |
| 2 تعريف عزم القوة كـ $\text{moment} = \text{force} \times \text{perpendicular distance from the pivot}$؛ تذكر واستخدام هذه المعادلة | |
| 3 طبق مبدأ العزوم على الحالات التي يكون فيها قوة واحدة على كل جانب من نقطة الارتكاز، بما في ذلك موازنة العارضة | 5 طبق مبدأ العزوم على حالات أخرى، بما في ذلك تلك التي تحتوي على أكثر من قوة على كل جانب من نقطة الارتكاز |
| 4 أذكر أنه عندما لا توجد محصلة قوى ولا محصلة عزوم، يكون الجسم في حالة توازن | 6 صف تجربة لإثبات عدم وجود محصلة عزم على جسم في حالة توازن |
1.5.3 مركز الثقل
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 اشرح المقصود بـمركز الثقل | |
| 2 صف تجربة لتحديد موقع مركز ثقل صفيحة مستوية غير منتظمة الشكل | |
| 3 صف، بشكل نوعي، تأثير موقع مركز الثقل على استقرار الأجسام البسيطة |
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
القوة هي دفع أو سحب. يمكن للقوة تغيير الشكل أو السرعة أو اتجاه الجسم.
الامتداد (قانون هوك)
عند تعليق حمل على نابض، يتمدد. يُسمى هذا الامتداد بـ الإطالة.
على الرسم البياني للحمل–الإطالة يكون الخط مستقيمًا في البداية: الإطالة متناسبة مع الحمل. النقطة التي يتوقف فيها الخط عن الاستقامة هي حد التناسب.
التجربة. علق الزنبرك من قاعدة مثبتة وضع مسطرة بجانبه. اقرأ موقع أسفل الزنبرك بدون حمل: هذا هو الطول الأصلي. أضف أحمالاً واحداً تلو الآخر (مثلاً 1 نيوتن لكل منها) وسجل الطول الجديد في كل مرة. التمدد هو الطول الجديد ناقص الطول الأصلي. ارسم الحمل على المحور الصادي مقابل التمدد على المحور السيني.
ثابت الزنبرك هو القوة لكل وحدة تمدد:
$$k = \frac{F}{x}$$
قيمة كبيرة لـ $k$ تعني أن الزنبرك صلب.
محصلة القوى وقوانين نيوتن
أضف القوى المؤثرة على خط مستقيم للحصول على المحصلة (القوى في اتجاه واحد تكون موجبة، وفي الاتجاه المعاكس سالبة).
- إذا كانت المحصلة تساوي صفراً، يبقى الجسم ساكناً أو يستمر في الحركة في خط مستقيم بسرعة ثابتة. (قانون نيوتن الأول.)
- إذا لم تكن المحصلة مساوية للصفر، يتسارع الجسم في اتجاه القوة:
$$F = ma$$
مثال محلل. سيارة كتلتها $1200\ \text{kg}$ تتحرك بقوة دفع مقدارها $3000\ \text{N}$ وقوة احتكاك مقدارها $600\ \text{N}$. أوجد تسارعها.
أوجد أولاً المحصلة: $3000 - 600 = 2400\ \text{N}$. ثم
$$a = \frac{F}{m} = \frac{2400}{1200} = 2.0\ \text{m/s}^2$$
الحركة الدائرية
قوة محصلة عمودية على الحركة لا تغير السرعة. بل تغير الاتجاه، مما يجعل الجسم يتحرك في دائرة بسرعة منتظمة. هذه هي الحركة الدائرية. القوة دائماً تتجه نحو مركز الدائرة: مثل شد الحبل للكرة المندوارة، أو جاذبية الشمس للكوكب.
لجسم يتحرك في دائرة:
- تحتاج قوة أكبر للحفاظ على نفس الكتلة متحركة بسرعة أعلى في دائرة بنفس نصف القطر;
- قوة أكبر تجعل نفس الكتلة بنفس السرعة تتحرك في دائرة أصغر (نصف قطر أصغر);
- كتلة أكبر تحتاج إلى قوة أكبر للحفاظ على نفس السرعة ونفس نصف القطر.
الاحتكاك
الاحتكاك هو القوة بين سطحين متلامسين. يحاول إيقاف الحركة ويسبب ارتفاع درجة الحرارة. السحب (الاحتكاك في سائل أو غاز، مثل مقاومة الهواء) يبطئ أيضاً حركة الأجسام.
العزوم — تأثير الدوران
العزم للقوة هو تأثيرها الدوار حول محور دوران.
$$\text{moment} = \text{force} \times \text{perpendicular distance from the pivot}$$
وحدة القياس هي نيوتن متر (N m).
مبدأ العزوم: عندما يكون الجسم متوازناً (في اتزان),
$$\text{total clockwise moment} = \text{total anticlockwise moment}$$
يكون الجسم في حالة اتزان عندما لا توجد محصلة قوى ولا محصلة عزوم.
مثال محلل. ثقل مقداره $30\ \text{N}$ موضوع على مسافة $0.20\ \text{m}$ إلى يسار محور دوران. كم المسافة إلى اليمين التي يجب أن يوجد عليها ثقل مقداره $20\ \text{N}$ لتوازن العارضة؟
متوازن، لذا عزم عكس عقارب الساعة $=$ عزم مع عقارب الساعة:
$$30 \times 0.20 = 20 \times d \quad\Rightarrow\quad d = \frac{6.0}{20} = 0.30\ \text{m}$$
التحقق من المبدأ بالتجربة. ضع مسطرة مترية على محور عند مركزها. علق أثلاً معلوماً في كل جانب وحركهما حتى تتوازن المسطرة مجدداً. قِس كل مسافة من المحور. القوة × المسافة على اليسار تساوي القوة × المسافة على اليمين، ضمن هامش خطأ القياس الصغير، مما يعني عدم وجود محصلة عزم على الجسم المتوازن.
مركز الثقل
مركز الثقل هو النقطة الواحدة التي يبدو وكأنها تؤثر فيها جميع قوى وزن الجسم.
لشكل مسطح (رقاقة)، علقه بإبرة ودعه يستقر؛ ارسم خطاً رأسياً من الإبرة باستخدام خيط معلق (مسطرة رصاص). كرر العملية من نقطة أخرى. مركز الثقل هو نقطة تقاطع الخطين.
استقرار الجسم يعتمد على موقع مركز ثقله. يكون الجسم أكثر استقراراً عندما يكون مركز ثقله منخفضاً وقاعدته واسعة. ينقلب عندما يمر خط رأسي نازل من مركز الثقل خارج القاعدة.
استكشف
القوى وقوانين نيوتن
F = ma (الحاصل)
القوة المحصلة تحدد التسارع؛ القوى المتوازنة ⇒ لا يوجد تسارع.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| force/fɔːs/ | القوة |
| weight/weɪt/ | الوزن |
| moment/ˈməʊmənt/ | اللحظة |
| pivot/ˈpɪvət/ | نقطة المحور |
| principle of moments/ˈprɪnsɪpl ɒv ˈməʊmənts/ | العزوم |
| equilibrium/ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | الاتزان |
| centre of gravity/ˈsentə ɒv ˈɡrævɪti/ | مركز الثقل |
| lamina/ˈlæmɪnə/ | رقاقة رقيقة |
| stability/stəˈbɪlɪti/ | الاستقرار |
| stable/ˈsteɪbl/ | استقراراً |
1.6
الزخم
المنهج
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 عرّف الزخم بأنه كتلة $\times$ السرعة المتجهة؛ وتذكر واستخدم المعادلة $p = mv$ | |
| 2 عرّف الدفع على أنه قوة $\times$ زمن تتأثر فيه القوة؛ استذكر واستخدم المعادلة $\text{impulse} = F\Delta t = \Delta(mv)$ | |
| 3 طبق مبدأ حفظ الزخم لحل مسائل بسيطة في بُعد واحد | |
| 4 عرّف القوة المحصلة على أنها التغير في الزخم لكل وحدة زمن؛ استذكر واستخدم المعادلة $F = \frac{\Delta p}{\Delta t}$ |
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
الزخم هو الكتلة مضروبة في السرعة. وهو كمية متجهة.
$$p = mv$$
الدفع هو القوة مضروبة في الزمن الذي تعمل فيه، ويساوي التغير في الزخم:
$$\text{impulse} = F\,\Delta t = \Delta(mv)$$
إذن المحصلة هي التغير في الزخم لكل وحدة زمن:
$$F = \frac{\Delta p}{\Delta t}$$
حفظ الزخم: عندما تصطدم الأجسام ولا تؤثر قوى خارجية، فإن إجمالي الزخم قبل الاصطدام يساوي إجمالي الزخم بعده.
$$m_1 u_1 + m_2 u_2 = m_1 v_1 + m_2 v_2$$
(هنا $u$ هي سرعة قبل الاصطدام و$v$ هي سرعة بعده.)
مثال محلل. عربة كتلتها $2.0\ \text{kg}$ تتحرك بسرعة $3.0\ \text{m/s}$ تصطبع بعربة ساكنة كتلتها $1.0\ \text{kg}$ وتلتصقان ببعضهما. أوجد سرعتهما المشتركة afterward.
يُحفظ الزخم الكلي، لذا
$$(2.0 \times 3.0) + (1.0 \times 0) = (2.0 + 1.0)\,v \quad\Rightarrow\quad v = \frac{6.0}{3.0} = 2.0\ \text{m/s}$$
استكشف
الزخم في الاصطدام
حدد الكتل والسرعات واصدم them. زخم إجمالي محفوظ.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| momentum/məʊˈmentəm/ | العزم |
| electric field strength/ɪˈlektrɪk fiːld streŋθ/ | شدة المجال الكهربائي |
| gravitational field strength/ˌɡrævɪˈteɪʃənl fiːld streŋθ/ | شدة المجال الجاذبي |
| resultant/rɪˈzʌltənt/ | محصلة |
| motion/ˈməʊʃn/ | الحركة |
| impulse/ˈɪmpʌls/ | انفعال |
| conservation of momentum/ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv məʊˈmentəm/ | حفظ الزخم |
| stored/stɔːd/ | مخزنة |
| kinetic/kɪˈnetɪk/ | حركية |
| gravitational potential/ˌɡrævɪˈteɪʃənl pəˈtenʃl/ | الجهد الجاذبي |
| chemical/ˈkemɪkl/ | كيميائي |
| elastic (strain)/ɪˈlæstɪk/ | مرن (انفعال) |
| nuclear/ˈnjuːklɪə/ | نووي |
| electrostatic/ɪˌlektrəʊˈstætɪk/ | كهرباء ساكنة |
| internal (thermal)/ɪnˈtɜːnl/ | داخلي (حراري) |
| transferred/trænsˈfɜːd/ | نقلها |
| principle of conservation of energy/ˈprɪnsɪpl ɒv ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv ˈenədʒi/ | مبدأ حفظ الطاقة |
| Sankey diagram/ˈsæŋki ˈdaɪəɡræm/ | مخطط سانكي |
| wasted/ˈweɪstɪd/ | مهدر |
| work done/wɜːk dʌn/ | الشغل المبذول |
| joule/dʒuːl/ | جول. |
1.7
الطاقة، الشغل، والقدرة
المنهج
1.7.1 الطاقة
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 أذكر أن الطاقة قد تُخزن كـ طاقة حركية، طاقة وضع جاذبية، طاقة كيميائية، طاقة مرنة (إجهاد)، طاقة نووية، كهربائية ساكنة وداخلية (حرارية) | |
| 2 صف كيف تنتقل الطاقة بين المخازن أثناء الأحداث والعمليات، بما في ذلك أمثلة على النقل بالقوى (الشغل الميكانيكي المبذول)، والتيارات الكهربائية (الشغل الكهربائي المبذول)، والتسخين، وبواسطة الموجات الكهرومغناطيسية والصوتية والموجات الأخرى | |
| 4 استذكر واستخدم معادلة الطاقة الحركية $E_k = \frac{1}{2}mv^2$ | |
| 5 استذكر واستخدم معادلة التغير في طاقة الوضع الجاذبية $\Delta E_p = mg\Delta h$ | |
| 3 اعرف مبدأ حفظ الطاقة وطبق هذا المبدأ على أمثلة بسيطة بما في ذلك تفسير مخططات التدفق البسيطة | 6 اعرف مبدأ حفظ الطاقة وطبقه على أمثلة معقدة تتضمن مراحل متعددة، بما في ذلك تفسير مخططات سانكي |
1.7.2 الشغل
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 افهم أن الشغل الميكانيكي أو الكهربائي المبذول يساوي الطاقة المنقولة | |
| 2 استذكر واستخدم معادلة الشغل الميكانيكي $W = Fd = \Delta E$ |
1.7.3 موارد الطاقة
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 صف كيفية الحصول على الطاقة المفيدة أو توليد القدرة الكهربائية من: (أ) الطاقة الكيميائية المخزنة في الوقود الأحفوري (ب) الطاقة الكيميائية المخزنة في الوقود الحيوي (ج) الماء، بما في ذلك الطاقة المخزنة في الأمواج وفي المد والجزر وفي الماء خلف السدود الكهرومائية (د) الموارد الحرارية الأرضية (هـ) الوقود النووي (و) ضوء الشمس لتوليد الكهرباء (الخلايا الشمسية) (ز) الأشعة تحت الحمراء والموجات الكهرومغناطيسية الأخرى من الشمس لتسخين الماء (الألواح الشمسية) ولتكون مصدرًا لطاقة الرياح بما في ذلك الإشارة إلى الغلاية والتوربين والمولد عند استخدامها | 4 اعرف أن الإشعاع من الشمس هو المصدر الرئيسي للطاقة لجميع مواردنا الطاقة باستثناء الحرارية الأرضية والنووية والمد والجزر |
| 2 صف مزايا وعيوب كل طريقة من حيث القابلية للتجدد، والتوافر، والموثوقية، والحجم والأثر البيئي | 5 اعرف أن الطاقة تنطلق عن طريق الاندماج النووي في الشمس |
| 6 اعرف أن الأبحاث جارية للتحقيق في كيفية استخدام الطاقة المنطلقة عن الاندماج النووي لإنتاج الطاقة الكهربائية على نطاق واسع | |
| 3 افهم، بشكل نوعي، مفهوم الكفاءة لنقل الطاقة | 7 عرّف الكفاءة على النحو التالي: (أ) $(\%) \text{ efficiency} = \frac{\text{(useful energy output)}}{\text{(total energy input)}} (\times 100\%)$ (ب) $(\%) \text{ efficiency} = \frac{\text{(useful power output)}}{\text{(total power input)}} (\times 100\%)$ استذكر واستخدم هذه المعادلات |
1.7.4 القدرة
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 عرّف القدرة على أنها الشغل المبذول لكل وحدة زمن وأيضًا الطاقة المنقولة لكل وحدة زمن؛ استذكر واستخدم المعادلات (أ) $P = \frac{W}{t}$ (ب) $P = \frac{\Delta E}{t}$ |
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
مخازن الطاقة
يمكن تخزين الطاقة بطرق مختلفة: حركية، جاذبية كامنة، كيميائية، مرنة (إجهاد)، نووية، كهربستاتيكية، وداخلية (حرارية).
تنتقل الطاقة بين المخازن بواسطة القوى (الشغل الميكانيكي)، عبر التيارات الكهربائية، عن طريق التسخين، وبواسطة الأمواج (مثل الضوء والصوت).
الطاقة الحركية والطاقة الكامنة
الطاقة الحركية هي طاقة الجسم المتحرك:
$$E_k = \frac{1}{2}mv^2$$
التغير في الطاقة الكامنة الجاذبية عندما يرتفع جسم أو ينخفض بمقدار ارتفاع $\Delta h$:
$$\Delta E_p = mg\,\Delta h$$
حفظ الطاقة
مبدأ حفظ الطاقة ينص على أن الطاقة لا تُخلق ولا تُهدر؛ بل تنتقل فقط بين المخازن. يحول الجسم الساقط الطاقة الكامنة الجاذبية إلى طاقة حركية. رسم سانكي يُظهر كيف تنقسم الطاقة الداخلة إلى طاقة مفيدة وطاقة مهذرة.
مثال محلول. تم إسقاط كرة $0.50\ \text{kg}$ من ارتفاع $1.8\ \text{m}$. بتجاهل مقاومة الهواء، أوجد سرعتها قبل أن تلمس الأرض مباشرة. (اعتمد $g = 10\ \text{m/s}^2$.)
تتحول جميع الطاقة الكامنة الجاذبية إلى طاقة حركية، لذا $\tfrac{1}{2}mv^2 = mg\,\Delta h$. تلغي الكتلة بعضها البعض، متروكة $v^2 = 2g\,\Delta h$:
$$v = \sqrt{2 \times 10 \times 1.8} = \sqrt{36} = 6.0\ \text{m/s}$$
بما أن الكتلة تلغي بعضها البعض، فإن أي جسم يُسقط من هذا الارتفاع سيصل إلى الأرض بنفس السرعة.
الشغل
الشغل المبذول يساوي الطاقة المنقولة. عندما تحرك قوة جسماً:
$$W = Fd = \Delta E$$
وحدة قياس الشغل والطاقة هي الجول (J).
القدرة
القدرة هي الشغل المبذول (أو الطاقة المنقولة) لكل وحدة زمن.
$$P = \frac{W}{t} = \frac{\Delta E}{t}$$
الوحدة هي الواط (W). $1\ \text{W} = 1\ \text{J/s}$.
الكفاءة
الكفاءة تخبرك بكمية طاقة الإدخال التي تتحول إلى طاقة مفيدة.
$$\text{efficiency} = \frac{\text{useful energy output}}{\text{total energy input}} \times 100\%$$
الكفاءة دائماً أقل من 100% لأن بعض الطاقة تُهدر دائماً (عادةً كحرارة). نفس المبدأ ينطبق على القدرة:
$$\text{efficiency} = \frac{\text{useful power output}}{\text{total power input}} \times 100\%$$
مثال محلول. يتم تزويد محرك بـ $200\ \text{J}$ من الطاقة الكهربائية ويرفع حملاً، ليمنحه $150\ \text{J}$ من الطاقة الكامنة الجاذبية. أوجد كفاءته.
$$\text{efficiency} = \frac{150}{200} \times 100\% = 75\%$$
موارد الطاقة
نولد الكهرباء من العديد من موارد الطاقة. معظمها يدور تربينة تقود مولد كهربائي – غالباً عن طريق غلي الماء لإنتاج البخار (وقود أحفوري، وقود نووي، طاقة جيotherm (أرضية)، وقود حيوي)، أو مباشرة عن طريق تحريك الماء أو الهواء (طاقة كهرومائية، أمواج، مد وجزر، رياح). الخلايا الشمسية تولد الكهرباء من ضوء الشمس مباشرة؛ الألواح الشمسية تسخن الماء.
| المورد | متجدد؟ | ملاحظات |
|---|---|---|
| الوقود الأحفوري (فحم، نفط، غاز) | لا | موثوق، إنتاج عالي، لكن انبعاث CO₂ وتلوث |
| الوقود النووي | لا | إنتاج هائل، لا CO₂، لكن نفايات مشعة |
| الوقود الحيوي | نعم | محايد تقريباً للكربون إذا أعاد زراعته |
| الكهرومائية | نعم | موثوقة، لكن السد يفيض الأراضي |
| الرياح | نعم | نظيفة، لكنها متقطعة |
| شمسية | نعم | نظيفة، لكنها فقط في النهار |
| جيotherm / مد وجزر | نعم | موثوقة لكنها محدودة بأماكن معينة |
عند مقارنة الموارد، استخدم هذه الأفكار الخمسة: التجددية (هل سينفد؟)، التوافر (هل هو موجود دائماً؟ قد تنخفض الرياح ويغرب الشمس)، الموثوقية (هل يعطي إنتاجاً مستقراً؟)، النطاق (كم مقدار الطاقة الذي يمكنه تزويده؟) و الأثر البيئي (التلوث، ثاني أكسيد الكربون، الأراضي المغمورة بسبب السدود).
يعود معظمها إلى الشمس (الوقود الأحفوري هو ضوء قديم مخزن؛ الرياح والأمواج ناتجة عن تسخين شمسي) – الاستثناءات هي الطاقة الجيotherm (الأرضية)، النووية، و طاقة المد والجزر. الشمس نفسها تعمل عبر الاندماج النووي، حيث ترتبط نوى الهيدروجين لتكوين الهيليوم. يبحث العلماء في كيفية استخدام الاندماج في محطات الطاقة على الأرض، لكن لم يعطِ مفاعل اندماج بعد طاقة كهربائية أكثر مما يستهلكه.
استكشف
تدفق الطاقة والكفاءة
ينقسم الطاقة المدخلة إلى مخرجات مفيدة وطاقة ضائعة؛ الكفاءة هي الجزء المفيد، والمجموع دائماً محفوظ.
استكشف
حفظ الطاقة
أسقط الجسم: تتحول الطاقة الكامنة الجاذبية إلى طاقة حركية، ويبقى الإجمالي ثابتًا عند عدم وجود احتكاك.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| measurement/ˈmeʒəmənt/ | قياس |
| ruler/ˈruːlə/ | حاكم |
| measuring cylinder/ˈmeʒərɪŋ ˈsɪlɪndə/ | مخبار مدرج |
| meniscus/ˈmenɪskəs/ | منحنى سطح السائل |
| stopwatch/ˈstɒpwɒtʃ/ | ستوب ووتش |
| digital timer/ˈdɪdʒɪtl ˈtaɪmə/ | عداد رقمي |
| reaction time/rɪˈækʃn taɪm/ | زمن الاستجابة |
| measure many and divide/ˈmeʒə ˈmeni ænd dɪˈvaɪd/ | قياس عدد كبير وقسمه |
| pendulum/ˈpendjʊləm/ | النواس |
| period/ˈpɪərɪəd/ | الدور |
| uncertainty/ʌnˈsɜːtənti/ | عدم اليقين |
| scalar quantity/ˈskeɪlə ˈkwɒntɪti/ | كمية قياسية |
| magnitude/ˈmæɡnɪtjuːd/ | المقدار |
| vector quantity/ˈvektə ˈkwɒntɪti/ | كمية متجهة |
| energy/ˈenədʒi/ | طاقة |
| temperature/ˈtemprɪtʃə/ | درجة حرارة |
| power/ˈpaʊə/ | قدرة |
| watt/wɒt/ | واط. |
| efficiency/ɪˈfɪʃənsi/ | الكفاءة |
| renewability/rɪˌnjuːəˈbɪlɪti/ | الجدوى |
| availability/əˌveɪləˈbɪlɪti/ | التوافر |
| reliability/rɪˌlaɪəˈbɪlɪti/ | الموثوقية |
| scale/skeɪl/ | المقياس |
| environmental impact/enˌvaɪrənˈmentl ˈɪmpækt/ | التأثير البيئي |
| nuclear fusion/ˈnjuːklɪə ˈfjuːʒn/ | اندماج نووي |
1.8
الضغط
المنهج
| أساسي | تكميلي |
|---|---|
| 1 عرّف الضغط على أنه القوة لكل وحدة مساحة؛ استذكر واستخدم المعادلة $p = \frac{F}{A}$ | |
| 2 صف كيف يتغير الضغط مع القوة والمساحة في سياق أمثلة يومية | |
| 3 صف، بشكل نوعي، كيف يتغير الضغط أسفل سطح السائل مع العمق وكثافة السائل | 4 استذكر واستخدم معادلة التغير في الضغط أسفل سطح السائل $\Delta p = \rho g \Delta h$ |
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
الضغط هو القوة لكل وحدة مساحة.
$$p = \frac{F}{A}$$
الوحدة هي الباسكال (Pa). $1\ \text{Pa} = 1\ \text{N/m}^2$.
المنطقة الصغيرة تعطي ضغطاً كبيراً (السكين الحادة تقطع جيداً). المنطقة الكبيرة تعطي ضغطاً صغيراً (أحذية الثلوج تمنعك من الغوص).
الضغط في السوائل
في السائل، يزداد الضغط مع العمق وكثافة السائل:
$$\Delta p = \rho g \,\Delta h$$
ولهذا يُبنى السد أكثر سماكة في الأسفل، حيث يكون ضغط الماء أكبر. الضغط في السائل يؤثر في جميع الاتجاهات.
مثال محلول. أوجد الضغط الإضافي عند عمق $2.0\ \text{m}$ في الماء (الكثافة $1000\ \text{kg/m}^3$، $g = 10\ \text{N/kg}$).
$$\Delta p = \rho g\,\Delta h = 1000 \times 10 \times 2.0 = 20\,000\ \text{Pa}$$
استكشف
الضغط
p = ρg·h
ضغط السائل يتناسب طرديًا مع العمق.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| pressure/ˈpreʃə/ | الضغط |
| pascal/ˈpæskl/ | باسكال. |
| depth/depθ/ | العمق |
1.8
نصائح للامتحان
- في الرسم البياني للمسافة–الزمن الميل هو السرعة؛ في الرسم البياني للسرعة–الزمن الميل هو التسارع و المساحة تحت الخط هي المسافة المقطوعة. لا تقرأ أبداً واحداً وكأنه الآخر.
- الكتلة (kg) هي كمية المادة وهي ثابتة في كل مكان؛ الوزن (N) هو قوة الجاذبية، $W = mg$. على القمر كتلتك لا تتغير لكن وزنك أصغر.
- السرعة كمية قياسية؛ السرعة المتجهة كمية متجهة. الجسم المتحرك بسرعة منتظمة حول منحنى لا يزال يتسارع، لأن اتجاهه يتغير باستمرار.
- في قانون هوك، الحمل متناسب مع الاستطالة حتى حد التناسب. استخدم الاستطالة (الطول الممتد − الطول الأصلي)، لا الطول الكلي.
- الزخم $p = mv$ محفوظ في التصادم. أعطِ كل سرعة $+$ أو $-$ إشارة لاتجاهها قبل جمعها.
- حول الوحدات أولاً (سم → م، جم → كجم). استخدم $p = F/A$ لجسم صلب يضغط على سطح، لكن $p = \rho g h$ للضغط داخل سائل – فهما معادلتان مختلفتان.
دروس تفاعلية حول هذا الموضوع
ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.