الوحدة الأولى — الحركة والقوّة
السرعة والتسارع، قوانين نيوتن للحركة، تطبيقاتها في الحياة.
السرعة والتسارع
السرعة = المسافة المقطوعة في وحدة الزمن. وحدتها: م/ث أو كم/س. التسارع = تغيّر السرعة في الزمن. سيّارة تنطلق من السكون تتسارع، وسيّارة تكبح تتباطأ (تسارع سالب).
- •السرعة = المسافة ÷ الزمن.
- •وحدتها: م/ث (متر/ثانية) أو كم/س.
- •التسارع = (السرعة النهائيّة - الأوّليّة) ÷ الزمن.
- •وحدة التسارع: م/ث².
- •تسارع موجب: زيادة السرعة. سالب: نقص (تباطؤ).
سيّارة قطعت ١٢٠ كم في ٢ ساعة. ما متوسّط سرعتها؟
السرعة = ١٢٠ ÷ ٢ = ٦٠ كم/س.
سيّارة سرعتها ٢٠ م/ث تسارعت إلى ٥٠ م/ث في ٦ ثوانٍ. ما التسارع؟
التسارع = (٥٠ - ٢٠) ÷ ٦ = ٣٠ ÷ ٦ = ٥ م/ث².
سيّارة قطعت ٢٤٠ كم في ٣ ساعات. ما متوسّط سرعتها؟
دراجة بدأت من السكون ووصلت سرعتها إلى ٢٠ م/ث في ٤ ثوانٍ. ما التسارع؟
السيّارة التي تكبح لها تسارع موجب.
قوانين نيوتن للحركة
ثلاث قوانين أساسيّة: ١. القصور الذاتي: الجسم يبقى على حاله (سكون أو حركة منتظمة) ما لم تؤثّر عليه قوّة. ٢. القوّة = الكتلة × التسارع (ق = ك × ت). كلّما زادت الكتلة احتاج الجسم قوّة أكبر للتسارع. ٣. لكلّ فعل ردّ فعل مساوٍ له في المقدار ومضادّ في الاتّجاه. (دافع الجدار يدفعك).
- •القانون ١: قصور ذاتي — الجسم يقاوم التغيير.
- •القانون ٢: ق = ك × ت (القوّة بالنيوتن).
- •القانون ٣: فعل وردّ فعل متساويان متضادّان.
- •وحدة القوّة: النيوتن (N) = كجم·م/ث².
ما القوّة اللازمة لتسريع جسم كتلته ٥ كجم بتسارع ٣ م/ث²؟
ق = ك × ت = ٥ × ٣ = ١٥ نيوتن.
اعطِ مثالًا على قانون نيوتن الثالث.
السباحة: تدفع الماء للخلف بيديك (فعل)، فيدفعك للأمام (ردّ فعل).
ما القوّة المؤثّرة على جسم كتلته ٢٠ كجم لإكسابه تسارع ٤ م/ث²؟
عندما تركل كرة وتدفعها للأمام، الكرة:
الطاقة وأنواعها
الطاقة قدرة على إنجاز شغل. أنواعها: • حركيّة: للأجسام المتحرّكة. ط.ح = ½ × ك × سرعة². • وضعيّة: للأجسام المرتفعة. ط.و = ك × ج × ع (حيث ج = ٩.٨ م/ث²). • حراريّة، ضوئيّة، صوتيّة، كهربائيّة، كيميائيّة... قانون حفظ الطاقة: لا تُخلق ولا تفنى، تتحوّل من شكل لآخر.
- •ط.حركيّة = ½ × ك × س² (س = السرعة).
- •ط.وضعيّة = ك × ج × ع (ع = الارتفاع).
- •تسارع الجاذبيّة الأرضيّة ج = ٩.٨ م/ث² (نقرّبها لـ١٠).
- •حفظ الطاقة: الطاقة لا تفنى، تتحوّل.
- •وحدة الطاقة: الجول (J).
جسم كتلته ٤ كجم يتحرّك بسرعة ١٠ م/ث. ما طاقته الحركيّة؟
ط.ح = ½ × ٤ × ١٠² = ½ × ٤ × ١٠٠ = ٢٠٠ جول.
كرة كتلتها ٢ كجم تتحرّك بسرعة ٥ م/ث. طاقتها الحركيّة:
تفاحة على شجرة ارتفاعها ٢ م، وكتلتها ٠.٢ كجم. ما طاقتها الوضعيّة؟ (ج = ١٠)
اختبار الوحدة
2 أسئلة لقياس فهمك للوحدة كاملةً.
قطار قطع ٣٠٠ كم في ٤ ساعات. متوسّط سرعته:
ما القوّة المؤثّرة على جسم ١٠ كجم بتسارع ٢ م/ث²؟