فيزياء الصف العاشر متقدم منهج دولة الامارات العربية المتحدة العام 2015-2016
الفصل 4 ميكانيكا الموائع
المسألة رقم 1
1-بفترض أن السائل في البحار زيت كثافته (0.800g/cm3) وأن أقصى قوة ضغط لا تؤدي إلى تمزُق طبلة الأذن (24.5N) ما أقصى عمق يُمكن أن يصل اليه غواص إذا كانت مساحة طبلة الاذن (0.8cm2)
المسألة رقم 2
2- مخباران مدرجان A قطر قاعدته (1.5cm) وB قطر قاعدته (3.0cm) صُب في كل منهما الكمية نفسها من الماء أي المخبارين يكون الضغط الذي يطبقه الماء على قاعدته أكبر ؟
أي المخبارين تكون القوة التي يؤثر بها الماء على قاعدته أكبر ؟
تطبيق 4ب مبدأ باسكال Pascal S Prlnclple
المسألة رقم 1
1- يطبق الهواء المضغوط قوة على مكبس نصف قطر اسطوانته 5.00x10-2m ليرفع سيارة وزنها 1.33x104N تستقر على حاملة مثبتة على مكبس نصف قطر أسطوانته 15.0x10-2m
-أما مقدار أقل قوة يجب أن يطبقها الهواء المضغوط لرفع السيارة ؟
ب- ما الضغط الذي أحدث هذه القوة ؟ أهمل وزن المطبسين .
المسألة رقم 2
2-تبلغ مساحة سطح المكبس الكبير لرافعة هيدروليكية أر بعة أمثال مساحة المكبس الصغير إذا أثرت قوة مقدارها 500N في سطح المكبس الصغير ، فما القوة المؤثرة في سطح المكبس الكبير ؟ وما الفائدة الميكانيكية .
تطبيق 4ج الضغط الكلي Total pressure
المسألة رقم 1
1- يبلغ عمق المحيط الهادئ في أحد المواقع 11.5km إذا كان الضغط الجوي على مستوى سطح البحر 1.01x105Pa فما الضغط الذي يجب أن تتحمله غواصة عند هذا الموقع في المحيط علماًأن كثافة ماء البحر (1.03g/cm3)
المسألة رقم 2
2 –وضع كوب يحتوي على زئبق داخل غرفة التفريغ ( فراغ ) في المختبر ما ارتفاع الزئبق في الكوب إذا كان الضغط في قعره 2.7x104Pa علماً أن كثافة الزئبق
المسألة رقم 3
3- أحسب عمق نقطة في محيط الضغط الكلي عندها يساوي ثلاثة أمثال الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر ، علماً أن كثافة ماء البحر (1.03g/cm3)
مراجعة القسم (4-1)
ضغط المائع ومبدأ باسكال
Fluid P ressure and Pascal`S
PrinciPle
المسألة رقم 1و2
1- يجري دفع الماء إلى أعلى نقطة في برج العرب بدبي الذي يرتفع 321m بوساطة مضخة ماء خاصة . ما مقدار الضغط اللازم لدفع الماء إلى ذلك الارتفاع ؟
2- ما الضغط الذي يجب أن يتحمله جسم غواصة إلى عمق 5.0x102m في مياه المحيط
ما نسبة هذا الضغط إلى الضغط على السطح ؟
المسألة رقم 3
3- صُبت كمية من الماء في وعاء حتى ارتفاع 20.0cm ثم صُبت طبقة من الزيت بسمك 30.0cm فوق الماء إذا علمت أن كثافة الزيت 7.00x102kg/m3 وكثافة الماء = 1.00x103kg/m3أوجد:
أ) الضغط الكلي على سطح الماء ؟
ب)الضغط الكلي على قعر الوعاء .
المسألة رقم 4
4- فرق الضغط بين نقطتين B,A داخل وعاء فيه زئبق يبلغ 5336.6Pa تقع النقطة العليا A على عمق 5.0cm تحت سطح الزئبق .
أ)ما عمق النقطة السفلىB تحت السطح ؟
ب)ما الضغط الكلي عند النقطة A وعند النقطة B ؟ ( كثافة الزئبق 13600kg/m3)
المسألة رقم 5
5- يُحاول مزين رفع الكرسي الذي يجلس عليه الزبون وذلك بتطبيق قوة مقدارها 150N على مكبس هيدروليكي مساحته 0.01m2 إذا كانت مساحة مكبس الكرسي 0.1m2 فما اقصى كتلة للزبون بحيث يمكن رفعه مع الكرسي الذي تبلغ كتلته 5kg ؟
المسألة رقم 6
6- يُستخدم مانومتر زئبقي لقياس كمية من الغاز المحصورة في أنبوب إذا كان الزئبق في الفرع المتصل بالأنبوب أعلى بـ 2.50cm من مستوى سطح الزئبق في الفرع المفتوح باعتبار كثافة الزئبق 13.6g/cm3
أ)فما ضغط الغاز المحصور في الأنبوب ؟
ب) إذا استبدل بالزئبق الجليسرين الذي كثافته 1.25g/cm3 فكم يكون الفرق بين مستويي سطح الجليسيرين في الفرعين ؟
ج) أيهما أفضل استخدام الزئبق أم استخدام الجليسيرين ؟
1-سبيكة وزنها 2.70N وحجمها 19.5cm3 ووزنها وهي مغمورة كلياً في سائل مجهول 2.46N ما كثافة السائل ؟
المسألة رقم 2
2- يزن مكعب من مادة معروفة 310N في الهواء و210N عند غمره في محلول من الكحول كثافته 806kg/m3 ما حجم المكعب ؟ وما كثافته ؟
تطبيق 4و
الطفو فوق الماء
Float above the water
المسألة رقم 1
1- قطعة معدنية تزن في الهواء 50.0N وفي الماء 36.0N وفي سائل مجهول 41.0N ما كثافة :
-أالقطعة المعدنية ؟
ب- السائل المجهول ؟
المسألة رقم 2
2- طوافة مائية طولها 6.0m وعرضُها 4.0m يغمر الماء من الطواف مسافة إضافية مقدارها 4.00cm عند حملها شاحنة . ما وزن الشاحنة ؟
المسألة رقم 3
3- بالون مطاطي كتلته فارغاً 0.41kg نُفخ بكمية من غاز الهيليوم كتلتها 9.38x10-2kg بحيث صار حجمه بعد نفخه 0.524m3 ثم تُرك يصعدُ إلى أعلى . بفرض أن كثافة الهواء ثابتة وتساوي 1.30kg/m3 ما عجلة حركة البالون ؟ أهمل مقاومة الهواء لحركة البالون
مراجعة القسم (4-2)
قوة دفع المائع ومبدأ أرخميدس
Buoyant Force and Archamedes Prlnclple
المسألة رقم 2
2- صمم منطاد مناخي كتلته 650kg ليحمل 4600kg من الأمتعة . كم يجب أن يكون حجمه بعد نفخه بالهيليوم على درجة حرارة 00C وتحت ضغط 1atm ليتمكن من رفع حمولته ؟ ( أهمل كتلة غاز الهيليوم ) أعتبر كثافة الهواء (1.29kg/m3)
المسألة رقم 3
3- تُعدل غواصة من موقعها بحيث تتسارع من السكون إلى أعلى بعجلة مقدارها 0.325m/s2 ما متوسط كثافتها عند هذه اللحظة ( ملاحظة :كثافة الماء المالح = 1.025x103kg/m3)
المسألة رقم 5
5- تُعلق كرة كتلتها (250g) وحجمها (126cm3) بالطرف الحر لزنبرك رأسي مثبت إلى حامل فيُصبح طول الزنبرك (0.690m) ثم تُغطس الكرة في ماء كثافته (1.0x103kg/m3) فينقص طول الزنبرك إلى (0.620m)
-أما مقدار قوة دفع الماء على الكرة ؟
-بج- ما ثابت مرونة الزنبرك ؟
ج- كم كان طول الزنبرك قبل تعليق الكرة بطرفه الحر ؟
المسألة رقم 6
6- تُلقى كرة كتلتها (5.00x102g) وحجمها (25.ocm3) في حوض مملوء بالماء كثافته (1.03x103kg/m3) ما أقصى سرعة يمكن أن تصلها الكرة إذا كانت قوة السحب التي يؤثر بها الماء على الكرة تُعطى بالمعادلة fd=-1.5V
تطبيق 4ز
معادلة الاستمرارية
Continuity equation
المسألة رقم 1
1- ينساب سائل داخل فرعين أفقيين متصلين من طرف إلى آخر في شبكة أنابيب مساحة المقطع العرضي للفرع الأول (10.0cm2) وسرعة انسياب السائل فيه (275cm/s) إذا كانت مساحة المقطع العرضي للفرع الثاني (2.50cm2) فما سرعة الانسياب في الفرع الصغير ؟
المسألة رقم 2
2- عند الشهيق يتدفق الهواء إلى القصبة الهوائية بسرعة(15cm/s) إذا كانت مساحة مقطع كل من شعبتي القصبة الهوائية بعد تفرعها تساوي ربع مساحة مقطع القصبة الهوائية الرئيسية . فكم تكون سرعة تدفق الهواء في كل من الشعبتين ؟
مثال 4ح مقياس فنتوري
مثال 4ح:سافرت سعاد على متن طيران الاتحاد من مطار أبو ظبي إلى جدة في رحلة عمرة كان والدها قد وعدها بها في حال تفوقها في دراستها .
وأثناء الرحلة كانت تتابع بيانات الرحلة على شاشة العرض أمامها . حيث لاحظت أن السرعة الأرضية للطائرة تبلغ 850km/h . إذا علمت أن كثافة الهواء في طبقات الجو العليا 1.1kg/m3 وأن النسبة بين مساحتي مقطعي المقياس ( A1/A2=4) فما فرق الضغط الذي سجله مقياس فنتوري عند تلك اللحظة ؟
تطبيق 4ح
مقياس فنتوري
المسألة رقم 1
1- يتدفق الماء داخل أنبوب أفقي بسرعة 1.00m/s ويضيق الأنبوب إلى ربع قطره الأصلي أجد سرعة التدفق في الجزء الضيق .
المسألة رقم 2
2- المرذاذ المبين في الصورة جانباً يستخدم لرش محلول مائي . يبعد سطحه عن منتصف الاختناق مسافة (8.0Cm) إذا كانت النسبة بين مساحتي مقطعي أنبوب المرذاذ الأفقي A1/A2=2 فما أقل سرعة يجب أن يدفع بها الهواء إلى داخل الأنبوب ليخرج الهواء مخلوطاً بالمحلول على شكل رذاذ ؟ ( أعتبر كثافة الماء 1.0X103Kg/m3) وكثافة الهواء 1.3Kg/m3 )
مراجعة القسم 4-3
حركة الموائع
Flulds In Motion
مراجعة الفصل 4
ميكانيكا الموائع
Fluid Mechanics
المسألة رقم 6
6-ما وزن الغلاف الجوي للأرض إذا كان نصف قطرها R=6.37X106m والضغط الجوي على سطحها 1.013X105N/m3
المسألة رقم 11
11- نُفخت الإطارات الأربعة لسيارة بالهواء . بحيث أصبح ضغط الهواء في كل منها 2.00X105Pa ما وزن السيارة إذا كانت مساحة التماس بين الأرض وكل إطار 0.024m2 ؟
المسألة رقم 12
12-ما قياس ضغط الغاز الناتج من قراءة المانومتر أدناه إذا كان الارتفاع h=5.0cm والسائل المستخدم في الأنبوب الزئبق وكثافته 13.6g/cm3
المسألة رقم 13
13-في البارومتر الزئبقي نستخدم أنبوباً طوله 1m يُملأ بالزئبق ثم يقلب رأساُ على عقب في وعاء فيه زئبق ينخفض ارتفاع الزئبق في الأنبوب إلى 75cmتقريباً .
-أما الضغط الجوي في المكان الذي أُجريت فيه التجربة ؟
ب- إذا استبدل الماء بالزئبق . فكم يجب أن يكون ارتفاع الماء في الأنبوب ؟ وهل يمكن إجراء التجربة في هذه الحالة باستخدام أنبوب طوله 1.0m
المسألة رقم 14
14- ما عمق النقطة في المحيط التي يكون عندها :
أ-ضغط الماء يساوي ثلاثة أمثال الضغط الجوي ؟
ب- الضغط الكلي يساوي ثلاثة أمثال الضغط الجوي ؟
المسألة رقم 15
15- ما أقصى وزن يمكن رفعه بوساطة رافعة هيدروليكية عند تطبيق قوة 20.0N على مكبسها الأول وقطره 1.0cm في حين أن قطر المكبس الثاني الذي يرفع الوزن 10.0cm؟
ما الفائدة الآلية للرافعة ؟
المسألة رقم 23
23- ما كثافة قطعة خشبية يطفو 15% من حجمها فوق سطح ماء كثافته 1.0g/cm3 ؟
المسألة رقم 24
24- تغوص كرة كتلتها 7.0x102g وقطرها 10.0cm في قاع بركة ماء . ما القوة المتعامدة التي تؤثر بها قاع البركة في الكرة ؟
المسأالة رقم 25
25- يستقر ضفدع في وعاء نصف كروي قطره 12.0Cm في بركة كثافة سائلها 1.35g/Cm3 كما في الشكل أدناه ما كتلة الضفدع إذا كان الوعاء يكاد يغوص بالكامل على سطح البركة ( أهمل كتلة الوعاء )
المسألة رقم 26
26- عُلقت قطعة من الألمنيوم كتلتها 1.00Kg وكثافتها 2.7g/Cm3 بخيط خفيف . ثم غُطست تماماً في وعاء من ماء كثافته 1.00g/Cm3 أحسب قوة الشد في الخيط قبل تغطيس القطعة وبعده .
المسألة رقم 35
35- يتدفق مائع في أنبوب ذي مقطعين مساحة أحدهما 6.0cm2 وسرعة تدفق الماء فيه 0.40m/s ومساحة المقطع الآخر 9.0cm2 أجد سرعة تدفق الماء في المقطع الثاني .
المسألة رقم 36
36-يتدفق الماء عبر المقطع الواسع لأنبوب بسرعة 1.2m/s وعندما يصل المقطع الضيق تصبح سرعته 6.0m/s أحسب النسبة بين قطري المقطعين .
المسألة 37
37-يبين الشكل أدناه أنبوباً أفقياً فيه مائع أجد مقدار سرعة المائع في أحد الأنبوبين الصغيرين v2 إذا كانت سرعته في الأنبوب الكبير v1=2.0m/s
المسألة 38
38- تتدلى كرة حديدية من خيط خفيف مربوط بقالب شبه مكعب يطفو على سطح الماء طول القالب 6.00Cm ومساحة قاعدته 12.0Cm2 وكثافته 0.30g/Cm3 إذا كان طول الجزء الطافي من القالب 4.0Cm فما نصف قطر الكرة ؟ ( أعتبر كثافة الحديد 19.3g/Cm3 )
المسألة رقم 42
42- يُستخدم أنبوب (بيتو) لقياس سرعة الهواء وذلك بقياس الفرق بين ضغط الهواء المتحرك والضغط السكوني كما في الرسم ادناه . أفترض أن السائل المستخدم هو الزئبق كثافة الزئبق (1.36x103kg/m3) وكثافة الهواء (1.26kg/m3) والهواء ساكن عند النقطة A ما سرعة الهواء
المسألة رقم 43
43-يندفع الماء من المرذاذ بوساطة ضغط الهواء كما في الرسم أدناه ما الضغط الإضافي المطلوب في العبوة لرفع الماء وضخه من الفوهة بسرعة 3.0m/s على ارتفاع 5.0cm فوق سطح الماء ؟
المسألة رقم 45
45-ينساب الماء في الشكل ادناه من صنبور بشكل طبقي وتتناقص مساحة مقطع تيار الماء اثناء السقوط تحت تأثير الجاذبية من A1=1.2Cm2الىA2=0.35Cm2خلال مسافة سقوط تساوي h=4.5Cm ما معدل التدفق الحجمي للماء من الصنبور ؟
خصائص الموائع
مسائل تدريبية
.1 إذا كان الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر يساوي 1.0 × 105 Pa تقريباً, فما مقدار القوة التي يؤثر بها الهواء عند مستوى سطح البحر في سطح مكتب طوله 152 cm وعرضه 76 cm؟ 1.2x105 N
.2 يلامس إطار سيارة سطح الأرض بمساحة مستطيلة عرضها 12 cm وطولها 18 cm, فإذا كانت كتلة السيارة 925 kg, فما مقدار الضغط الذي تؤثر به السيارة في سطح الأرض إذا استقرت ساكنة على إطاراتها الأربعة؟ 100 kPa
.3 كتلة من الرصاص أبعادها 5.0 cm × 10.0 cm × 20.0 cm تستقر على الأرض على أصغر وجه, فإذا علمت أن كثافة الرصاص 11.8 g/cm3, فما مقدار الضغط الذي تؤثر به كتلة الرصاص في سطح الأرض؟ 23 kPa
.4 يمكن أن يصبح الضغط في أثناء الإعصار أقل 15 % من الضغط الجوي المعياري, افترض أن الإعصار حدث خارج باب طوله195 cm وعرضه 91 cm, فما مقدار القوة المحصلة التي تؤثر في الباب نتيجة هبوط مقداره 15 % من الضغط الجوي المعياري؟ وفي أي اتجاه تؤثر القوة؟ 2.7x104 N تتجه من داخل المنزل إلي خارجه
.5 يلجأ المهندسون في المباني الصناعية إلى وضع المعدات والآلات الثقيلة على ألواح فولاذية عريضة, بحيث يتوزع وزن هذه الآلات على مساحات أكبر. فإذا خطط مهندس لتركيب جهاز كتلته 454 kg على أرضية صممت لتتحمل ضغطاً إضافياً مقداره 5.0 × 104 Pa, فما مساحة صفيحة الفولاذ