القوى ومخططات الجسم الحر.
| English | العربية |
|---|---|
| force/fɔːs/ | القوة |
| contact forces/ˈkɒntækt ˈfɔːsɪz/ | قوات التلامس |
| field forces/fiːld ˈfɔːsɪz/ | قوات المجال |
| free-body diagram/friː ˈbɒdi ˈdaɪəɡræm/ | مخطط الجسم الحر |
| components/kəmˈpəʊnənts/ | مكونات |
| net force/net fɔːs/ | القوة المحصلة |
القوى التي لا يمكنك رؤيتها
- كتاب مستقر على طاولة - إذن لا يحدث شيء، أليس كذلك؟
- خطأ: الجاذبية تسحبه لأسفل و الطاولة تدفعه لأعلى، في توازن تام.
- كل جسم هو صراع خفي بين القوى.
- لحل أي مسألة ميكانيكا، يجب عليك أولاً رسم تلك القوى.
ماهية القوة
- القوة هي دفع أو سحب يمارسه جسم على آخر، تقاس بالنيوتن.
- قوى التلامس تتطلب لمساً - القوة العمودية، الاحتكاك، الشد.
- قوى المجال تؤثر عن بُعد - الجاذبية هي الأكثر شيوعاً في الحياة اليومية.
أي مما يلي هو قوة مجال (تعمل بدون تلامس)?
الجاذبية قوة مجال تعمل عن بُعد؛ الاحتكاك، العادي، والتوتر تتطلب جميعها التلامس.
حدد جميع قوى التلامس.
العادي، الاحتكاك، والتوتر جميعها تحتاج تلامسًا؛ الجاذبية قوة مجال.
ارسم مخطط الجسم الحر
- مخطط الجسم الحر يظهر الجسم كنقطة واحدة.
- كل قوة مؤثرة عليه تصبح سهماً، يشير بالاتجاه الصحيح ومُعلَّماً.
- ارسم فقط القوى المؤثرة على الجسم - لا القوى التي يمارسها على أشياء أخرى.
بني مخطط جسم حر.
أضف كل قوة كسهم واقرأ القوة المحصلة والتسارع الناتج.
القوة التي يؤثر بها الجسم على يدك يجب أن تظهر في مخطط جسمه الحر.
مخطط الجسم الحر يُظهر القوى على الجسم. القوة التي يدفع بها ردة فعل على يدك تذهب إلى مخطط يدك.
حللها إلى مركبات
- نادراً ما تصطف القوى مع محاورك، لذا قم بتقسيم كل منها إلى مركبات.
- على منحدر، ميل المحاور على طول وعبر الميلان.
- تنقسم الجاذبية حينئذٍ إلى $mg\sin\theta$ على طول الميلان و$mg\cos\theta$ نحوه.
على منحدر بزاوية $\theta$، المكون الجاذبي على طول المنحدر هو $mg\,____\,\theta$.
السحب على طول المنحدر هو $mg\sin\theta$؛ الجزء داخل المنحدر هو $mg\cos\theta$.
اجمعها لمحصلة القوى
- محصلة القوى هي المجموع الاتجاهي لكل سهم.
- اجمع المركبات محوراً لمحور: $\sum F_x$ و$\sum F_y$ بشكل منفصل.
- هذه المحصلة هي ما $\sum F = ma$ يحوله بعد ذلك إلى تسارع.
القوى المؤثرة على صندوق (اتجاه اليمين موجب):$+15\ \text{N}$، $-6\ \text{N}$، $+1\ \text{N}$. ما هي القوة الأفقية المحصلة (بالنيوتن)?
$15 - 6 + 1 = 10\ \text{N}$ إلى اليمين - فقط اجمع المكونات مع إشاراتها.
إذا ألغت كل القوى المؤثرة على جسم بعضها البعض، فإن قوتها المحصلة تساوي صفرًا.
القوى المتوازنة مجموعها صفر، لذا لا توجد قوة محصلة ولا تسارع.
صندوق كتلته $2\ \text{kg}$ على الأرض يُدفع لليمين بقوة $12\ \text{N}$؛ ويقاوم الاحتكاك بقوة $4\ \text{N}$.
- المحصلة الأفقية: $12 - 4 = 8\ \text{N}$ لليمين.
- عمودياً: تلغي القوة العمودية والجاذبية بعضهما البعض، فتصبح $\sum F_y = 0$.
مخطط الجسم الحر يظهر القوى على الجسم فقط. القوة التي يدفع بها الصندوق خلفاً على يدك تُرسم على مخطط يدك، وليس صندوقاً - الخلط بينهما هو الخطأ الأكثر شيوعاً في جميع مسائل الميكانيكا.
يرسم مخطط الجسم الحر كل قوة على الجسم كسهم مُعلَّم. حللها إلى مركبات على طول محاورك، ثم اجمعها للحصول على محصلة القوى ($\sum F_x$، $\sum F_y$). تظهر فقط القوى على الجسم - هذه المحصلة هي التي تقود تسارعه.