التجارب



التجارب


تجربة نمطية (*)                 إيجاد البعد البؤري لعدسة محدبة

أهداف التجربة

إيجاد البعد البؤري لعدسة محدبة.


الأساس النظري  للتجربة
عندما تسقط على عدسة محدبة أشعة قادمة من جسم يقع وراء بؤرة العدسة، تكون العدسة خيالاً حقيقياً للجسم، يمكن جمعه على ستاره، وبقياس بعد الجسم (س) وبعد الخيال (ص) واستخدام العلاقة:

لعدد من أوضاع الجسم وأوضاع الخيال، يمكننا حساب البعد البؤري للعدسة.

المواد والأدوات والأجهزة اللازمة
عدسة محدبة، جسم مضيء (مصباح ذو فتيلة 60 واط)، ستارته. مسطرة مترية، حامل عدسة، حامل ستاره.

خطوات إجراء التجربة
1-      ضع المصباح في مكان مناسب، ثم ضع العدسة ستاره كل على حاملها على سطح منضدة، بحيث تكون على استقامة واحدة كما في الشكل أدناه.

* الغرض من التجربة النمطية إعطاء مثال على إعداد تقرير التجربة.
 2- عتم الغرفة بإسدال الستائر وإطفاء النور، ثم أشعل مصباح التجربة.
3- حرك الستاره إلى الأمام أو الوراء حتى يتكون عليها أوضح خيال لفتيلة المصباح.
4- قس المسافة بين المصباح والعدسة (س)، والمسافة بين الستاره والعدسة (ص). ثم سجل قيمتي (س) و (ص) في الجدول.
5- غير المسافة (س)، ثم كرر الخطوتين (3، 4) بضع مرات أخرى.

جدول يبين بعد الجسم (س) وبعد الخيال (ص) عن العدسة المحدبة.
المحاولة         بعد الجسم (س)
(سم)    بعد الخيال (ص)
(سم)    البعد البؤري (ع)
6- احسب قيمة (ع) في كل مرة مستعملاً المعادلة:

7- احسب البعد البؤري للعدسة متضمناً الخطأ. = (متوسط الابعاد البؤرية المحسوبة ± |معدل الانحرافات|)
         الأسئلة
                  

1- ما معنى الخطأ الذي حصلت عليه في التجربة؟
2- إذا استعملنا أشعة الشمس، فما قيمة (ع) التي تتوقع الحصول عليها؟
3- ما العوامل التي يعتمد عليها البعد البؤري لعدسة محدبة؟
4- كيف تستطيع أن تقلل قيمة الخطأ في هذه التجربة؟

تقرير مخبري        إيجاد البعد البؤري لعدسة محدبة
اسم الطالب:                    الشعبة:
المدرسة:                        التاريخ:
أهداف التجربة

إيجاد البعد البؤري لعدسة محدبة.
جدول يبين بعد الجسم (س) وبعد الخيال (ص) عن العدسة وقيم (ع) المحسوبة في المحاولات الخمس.
المحاولة         بعد الجسم س
(سم)    بعد الخيال
(سم)    البعد البؤري (ع)
(سم)

إجابات الأسئلة :
ج1- أي أن البعد البؤري للعدسة يتراوح بين 14.7 سم و 15.3 سم.
ج2- توقع أن نحصل على القيمة نفسها (15.00 –0.3) سم.
ج3- يعتمد البؤري للعدسة على :
1- نصف قطر تكور كلا سطحيها.
2- معامل انكسار المادة المصنوعة منها.
3- معامل انكسار الوسط الذي يحويها.
ج4- نقلل قيمة الخطأ بطريقتين:
 1- استعمال أشعة ضوئية أحادية اللون.
2- استعمال عدسة رقيقة ذات اتساع قليل.


التجربة الأولى           تحليل القوى

أهداف التجربة
إيجاد مركبتي قوة في اتجاهين متعامدين.


الأساس النظري  للتجربة

يمكن التعبير عن أي متجه بدلالة مساقطه، في اتجاه محوري إسناد معرفين، وتسمى هذه المساقط مركبات ذلك المتجه في اتجاه محاور الإسناد (الأحداث ) تلك.

ويحسب مقدار كلتا المركبتين باستخدام النسب المثلثية، كما يأتي:


وتشير العلاقة (2) إلى أن مقدار كلتا المركبتين يتحدد بعاملين:
المواد والأدوات والأجهزة اللازمة

نحتاج لإجراء هذه التجربة إلى: حلقة معدنية خفيفة؛ مسمار؛ بكرة ملساء عدد (2)؛ خُطاف؛ حامل أثقال معروف الكتلة عدد (3)؛ عدد متنوع من الأثقال؛ خيوط غير مرنة؛ لوح خشبي (50 سم × 70سم).

خطوات إجراء التجربة

1- ثبت البكرتين (أ ، ب) على اللوح الخشبي؛ ثم ثبت المسمار (م) بحيث يكون (م أ ^  م ب) فيمثل (م أ): المحور السيني، (م ب): المحور الصادي.
2- اربط ثلاثة خيوط غير غير قابلة للتواتر بالحلقة؛ واربط خطافاً في نهاية كل منها، نعلقها كما في الشكل (19 –أ).
3- علق كتلة معينة في الخطاف (1) لتمثل القوة المراد تحليلها 
4- ابدأ وضع أثقال في كلا الخطافين ( 2، 3)، إلى أن تتزن المجموعة، ويظهر ذلك عندما يصبح المسمار في وسط الحلقة، عند ذلك. و2: تمثل المركبة السينية للقوة ق
و3 : تمثل المركبة الصادية للقوة ق
5- غير في الوزن و1 ، وجد و2 ، و3 عدة مرات، ثم رتب نتائجك كما في الجدول (1)

أجب عن السؤال الآتي: هل تتغير قيمة كلتا المركبتين بتغيير مقدار القوة 
7- غير الزاوية (q) مع بقاء (ق) ثابتة، وذلك بإدارة اللوح الخشبي لاحظ الشكل (19- ب)

         الأسئلة
                  

1- هل يتغير مقدار كلتا المركبتين بتغير الزاوية؟
2- ما العلاقة بين:
 ق المقيسة والمقدار ق جتا q ؟
ق المقيسة والمقدار ق جا q؟
3- استنتج العوامل التي تحدد مقدار كلتا المركبتين.
4- ارسم العلاقة (قس ، q) ، (قص¬ ، q).
5- ما مصادر الخطأ حسب رأيك؟
الجدول (2)
رقم المحاولة    الزاوية (q)     قس     قص    ق جتا q         ق جا q
1
التجربة الثانية            اتزان القوى

أهداف التجربة
دراسة اتزان جسم تحت تأثير ثلاث قوى مستوية ومتلاقية.


الأساس النظري  للتجربة

يتزن أي جسم تحت تأثير مجموعة من القوى المستوية المتلاقية، إذا تحقق شرط انعدام محصلة تلك القوى.
وفي حالة تأثير ثلاث قوى مستوية ومتلاقية، فإن المحصلة ح يمكن أن تنعدم عندما:

وتكون القوى في هذه الحالة متزنة، ويمكن تمثيلها بيانياً بأضلاح مثلث مغلق، وبترتيب دوري واحد؛ يسمى مثلث القوى، لاحظ الشكل ( 20 – أ، ب).
وينطبق قانون الجيب على مثلث القوى، ويمكن استنتاج أن

وتسمى العلاقة (3) قاعدة لامي.
ملحوظة: يمكن استخدام هذه الطريقة لإيجاد محصلة قوتين معلومتين                    بينهما زاوية معلومة (q)؛ وذلك بإيجاد القوة (ق3) الموازنة للقوتين المذكورتين.

المواد والأدوات والأجهزة اللازمة

لإجراء هذه التجربة، تحتاج إلى المواد والأدوات الآتية:
بكرة ملساء عدد (2)؛ لوح خشبي؛ خيوط غير مرنة؛ خطاف لتعليق الأثقال عدد (3)؛ أثقال مختلفة.
خطوات إجراء التجربة

1- ثبت كلتا البكرتين كما في الشكل (21)؛ وثبت المسمار في منتصف اللوح الخشبي.
2- اربط اطراف الخيوط الثلاثة في نقطة واحدة ثم اربط أطراف الخيوط الحرة بالخطافات، واجعل اثنين منها يمران حول البكرة، وارتك الثالث يتدلى بين البكرتين.
3- ابدأ وضع أثقال على كلا الخطافين الأول والثاني، لاحظ نقطة الربط (م).
4- علق أثقال على الخطاف الثالث.
5- قس الزوايا (q1 ، q2 ، q3) المقابلة للأوزان الثالثة.
6- غير في الأوزان، برفع بعضها عن الخطاف الأول، وإضافتها للثاني أو الثالث عدة مرات، وقياس الزوايا (q1 ، q2 ، q3) في كل مرة.
7- رتب نتائجك في الجدول (3)

9- مثل القوى في كل محاولة بيانياً كما يأتي:

هل تقع نهاية ق1 في نقطة الإسناد؟
10- يسمى المثلث الناتج من تمثيل القوى بيانياً مثلث القوى، وفيه تناسب مقادير القوى مع اضلاع المثلث.
في التجربة السابقة، حاول أن تحسب في كل محاولة محصلة القوتين              ، وذلك حسب العلاقة:


حيث ق¬1 = و1 ؛ ق2 = و2.
قارن النتائج التي حصلت عليها بالمقدار ق3.
         الأسئلة
                  

1- ماذا تتوقع أن تكون نتيجة حساباتك كمن المعادلة (4)؟
2- هل تختلف عن مقدار القوى ق3 ( حيث يق3 = و3)؟
3- علل سبب الاختلاف إن وجد.
4- ما سبب الخطأ في رأيك؟
5- اقترح طريقة لتقليل نسبة الخطأ في التجربة.


التجربة الثالثة            قوة الاحتكاك

أهداف التجربة
1- تعيين معامل الاحتكاك السكوني بين سطحين.
2- تعيين معامل الاحتكاك الانزلاقي بين سطحين.


الأساس النظري  للتجربة

نشأ قوة الاحتكاك بين سطحين متلامسين عند وجود احتمال لحركة أحدهما على الآخر، يكون اتجاهها دائماً عكس اتجاه الحركة المحتملة، فعند وضع جسم على سطح أفقي، فإنه يتزن تحت تأثير قوتين متساويتين ومعاكستين، هما:
وزن الجسم و = ك جـ. ويعمل رأسياً إلى الأسفل، ورد فعل السطح ويعمل رأسياً إلى الأعلى، لاحظ الشكل (22- أ).
وعند التأثير بقوة أفقية (ق) في الجسم، يبقى متزناً في البداية؛ وهذا لا يكون إلا إذا نشأت قوة مساوية ومعاكسة للقوة المؤثرة (ق)، لاحظ الشكل (22 – ب))، وهذه القوة التي نشأت تسمى قوة الاحتكاك، ومن مميزاتها:
1- أنها قوة مماسية بين السطحين المنزلقين.
2- يكون اتجاهها دائماً بعكس اتجاه الحركة.
3- تبدأ بالصفر، وتتزايد تدريجياً إلى أن تصل إلى قيمة نهائية تعتمد على نوع السطوح المتفاعلة ومدى خشونتها، ويكون ذلك عندما يصبح الجسم على وشك الانزلاق.
4- تعتمد قوة الاحتكاك النهائي قح نها، على رد الفعل العمودي بين السطح والجسم، وتتناسب معه طردياً حسب العلاقة:
قح نها = m ر...........(1)
حيث m : تسمى معامل الاحتكاك السكوني.
ر: رد الفعل العمودي.
قح نها: قوة الاحتكاك النهائية.
وجدير بالذكر أن الجسم إذا بدأ الحركة بسرعة ثابتة، فإن القوة اللازمة لذلك تقل عن القوة اللازمة، لجعله يبدأ الحركة، وهذا يعني أن قوة الاحتكاك في حالة الانزلاق تقل عن قوة الاحتكاك عندما يكون الجسم على وشك الحركة:

قح(حركي) = m(انزلاقي) ×  ر< قح نها = m ر...........(2)
وهذا يشير إلى أن معامل الاحتكاك الانزلاقي أقل من معامل الاحتكاك السكوني، أي أن:
m(حركي) < m(سكوني).......................(3)
وفي هذه التجربة، ستجد معامل الاحتكاك السكوني، ثم معامل الاحتكاك الحركي.
المواد والأدوات والأجهزة اللازمة
لوح خشبي مثبت على منضدة، قطعة خشبية على شكل متوازي مستطيلات، مثبت فهيا خطاف يربط به خيط غير قابل للتواتر (غير مرن)، خطاف لتعليق الأشكال عليه، مجموعة من الأثقال المناسبة.
خطوات إجراء التجربة

أولاً : إيجاد معامل الاحتكاك السكوني
1- ضع لوح الخشب افقياً، وضع عليه متوازي المستطيلات الخشبي، واربط الخيط بين الخطافين، كما في الشكل (23).
2- ضع متوازي المستطيلات عند نقطة معينة، وعلم ذلك بقلم رصاص.
3- علق أثقالاً بشكل تدريجي حتى تصبح الزلاجة (متوازي المستطيلات الخشبي) تعلى وشك الحركة. ويمكن أن تبدأ الحركة نتيجة أي دفعة أو طرقة خفيفة بالإصبع على اللوح الخشبي، عند ذلك،
 فإن قح نها = ق¬السحب = وَ = وزن الخطاف والأثقال المعلقة............... 
ر= و = وزن الزلاجة + ما تحمله من أثقال ...............................
4- ارفع بضعة أثقال من الخطاف، ثم ابدأ أضافتها من جديد حتى تصبح الزلاجة على وشك الحركة، اعتبر قح متوسط وَ في الحالتين.
5- ضع ثقلاً جديداً على الزلاجة لتغيير رد الفعل، ثم أضف أثقالاً إلى الخطاف، حتى تصبح الزلاجة من جديد على وشك الحركة. وكرر ذلك مرتين، وجد قيمة متوسطهما.
6- كرر الخطوات ( 4 ، 5) عدة مرات، ورتب نتائجك كما في الجدول (4).
7- احسب متوسط معامل الاحتكاك في كل محاولة، فيكون هو معامل الاحتكاك السكوني بين لوح الخشب والزلاجة (متوازي المستطيلات الخشبي).
8- يمكن إيجاد معامل الاحتكاك، وهو ميل أفضل خط مستقيم يمثل النقاط التي تحصل عليها من التجربة، وذلك عند تمثيل المقادير ( ر، قح نها) بيانياً.

ثانياً: إيجاد معامل الاحتكاك الحركي
يتم ذلك كما في التجربة الأولى، والفارق الوحيد هو أنه بدلاً من الانتظار حتى تتحرك الزلاجة بعد وضع الأثقال، أطرق طرقاً خفيفاً بالإصبع، وسجل القوة اللازمة لجعل الزلاجة تبدأ بالحركة نتيجة الطرقة الخفيفة. ويكون معامل الاحتكاك الذي نحصل عليه في هذه الحالة هو معامل الاحتكاك الانزلاقي.
         الأسئلة
                  
1- إذا علمت أن وزن الخطاف وما يحتويه من أثقال يساوي 12 نيوتن، عندما كان متوازي مستطيلات من الخشب كتلته (2) كغ وموضوع عليه ثقل كتلته 1 كغ يتحرك، احسب معامل الاحتكاك السكوني بين متوازي المستطيلات والسطح.
2- كيف يمكن تقليل قوة الاحتكاك؟

يمكن إيجاد معامل الاحتكاك السكوني و الانزلاقي، يوضح الجسم على السطح ، ومن ثم امالة السطح تدريجياً حتى يكاد الجسم ينزلق تحت تأثير مركبة وزنه كما في الشكل (24) عند ذلك، فإن:




وتعرف الزاوية (q ) بزاوية الاحتكاك. وهي اصغر زاوية ميل للسطح يصبح عندها الجسم على وشك الانزلاق.


التجربة الرابعة                    قانون نيوتن الثاني في الحركة

أهداف التجربة
دراسة العلاقة بين القوة المؤثرة في جسم والتسارع الذي يكتسبه الجسم.


الأساس النظري  للتجربة

إذا ركزنا اهتمامنا على دراسة الحركة في اتجاه مستقيم على مستوى افقي. فإن جسماً يتحرك إلى اليمين يتأثر بقوتين:

مقدار المحصلة (القوة المسببة للتسارع) = ق1 –ق2 ..........(2)
ويرتبط التسارع الناتج بالقوة المحصلة بتناسب طردي كما في العلاقة

والعلاقة (3) هي الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الثاني الذي ينص: إذا أثرت قوة محصلة في جسم أكسبته تسارعاً يتناسب طردياً مع مقدار القوة المحصلة وبالاتجاه نفسه.
وفي هذه التجربة، ستتحقق من صحة قانون نيوتن الثاني عمليا عبر ترتيب بسيط.

المواد والأدوات والأجهزة اللازمة
عربة ميكانيكية، سطح مستو أملس طويل نسبياً ينتهي ببكرة ملساء، خيط غير مرن مهمل الكتلة، ساعة توقيت، خطاف، مجموعة متنوعة من الأثقال..
خطوات إجراء التجربة

1- ركب الأدوات كما في الشكل (26)

حيث تضع العربة وعليها مجموعة الأثقال المتنوعة عند بداية السطح، ومربوطة بخيط ينتهي بخطاف يمر حول البكرة الملساء.
2-      اضبط ميل السطح عند زاوية q ، بحيث لو دفعت العربة دفعة بسيطة، فإنها تستمر في الحركة بسرعة ثابتة، ويحدث ذلك عندما تكون مركبة وزن العربة باتجاه السطح تساوي قوة الاحتكاك.
3-      ضع العربة عند بداية السطح على مسافة (ف) من البكرة.
4- علق الخطاف معروف الكتلة بنهاية الخيط.
5- اسمع للعربة بالحركة تحت تأثير وزن الخطاف. استخدم ساعة التوقيت لقياس الزمن اللازم لتقطع العربة المسافة (ف).
6- احسب التسارع من معادلة الحركة

7- خذ ثقلاً صغيراً عن العربة وعلقه على الخطاف، واسمح للعربة بالحركة بعد إعادتها إلى بداية السطح، وقس الزمن اللازم لتصل العربة إلى نهاية السطح واحسب التسارع من جديد.
8- كرر ذلك عدداً من المرات، (حاول أن تكون الأثقال التي تأخذها عن العربة وتضعها على الخطاف صغيرة دائماً حتى لا يكون التسارع كبيراً، ويصبح الزمن قليلاً فيصعب قياسه. وكرر قياس الزمن لكل ثقل، فيكون الزمن المطلوب هو معدل الزمنين).
9- رتب نتائجك كما في الجدول (5).
10- ارسم العلاقة بين القوة (الممثلة بوزن الخطاف والأثقال المعلقة) على المحور الصادي، ومتوسط والتسارع المحسوب في كل محاولة على المحور السيني. ثم أجب عن الأسئلة اللاحقة.

         الأسئلة
                  

1- ما نوع العلاقة التي حصلت عليها؟
2- هل النسبة ( ∆ ق    ) ثابتة؟
         ∆ ت  

3- ماذا اصطلح على تسمية الثابت الذي حصلت عليه؟
4- كم كان التسارع عندما كانت ق = صفراً؟
5- ما اسم القانون الذي ينطبق عندما ق = صفراً؟
6- هل يمكن استنتاج قانون نيون الأول في الحركة، من قانون نيون الثاني في الحركة؟
7- إذا كانت كتلة العربة وما عليها = 1 كغ، وكانت كتلة الخطاف = (50) غ، وكانت كتلة الأثقال التي وضعت على الخطاف = 150غ، فاحسب تسارع العربة.
8- لماذا وضعت الأثقال المستخدمة أصلاً على ظهر العربة؟
9- هل تتغير كتلة النظام في أثناء إجراء التجربة؟
10- اذكر أسباب الخطأ في هذه التجربة؟

تجربة مقترحة
حول التجربة السابقة لدراسة العلاقة بين الكتلة والتسارع الناتج من قوة ثابتة، وذلك بتثبيت الخطاف والأثقال المعلقة عليه، ثم قياس تسارع العربة كاقتران بكتلة العربة وما عليها من أثقال، وفي كل مرة، غير كتلة العربة العربة وذلك برفع بعض الأثقال أو إضافة أثقال جديدة إلهيا، ثم أجب عن الأسئلة اللاحقة.

         الأسئلة
                  

1- ارسم العلاقة بين الكتلة والتسارع (ل، ت)؟
2- ما نوع هذه العلاقة؟
3- ارسم العلاقة التي تمثل ( ت،         1       )
         ك      
4- ما نوع هذه العلاقة؟
الجدول (5)
رقم المحاولة    القوة المنسببة للتسارع (نيوتن)  الزمن (ث)      التسارع المحسوب
(م/ ث2)
1

التجربة الخامسة                  البندول البسيط (الرقاص)

أهداف التجربة
1- دراسة العلاقة بين طول البندول، وزمن الاهتزازة (الزمن الدوري)
2- حساب قيمة تسارع الجاذبية الأرضية في مكان التجربة.


الأساس النظري  للتجربة

يتكون البندول من كرة فلزية صغيرة ثقيلة، معلقة بطرف خيط غير مرن، مهمل الوزن، وطرفه الآخر مربوط بنقطة ثابتة عند م، كما في الشكل (27).
عند ازاحة الكرة إزاحة جانبية صغيرة إلى (أ) ثم تركها؛ فإنها تتحرك على مسار يمثل جزءاً من محيط دائرة هو القوس (أ ب حـ)، وتبقى متحركة ذهاباً وأياباً تحت تأثير مركبة وزنها باتجاه ممأس المسار الدائري.

وتشير العلاقة (2) إلى:
1- يتناسب الزمن الدوري (ر) طردياً مع الجذر التربيعي لطول البندول الفعلي. حيث يقاس طول البندول الفعلي من نقطة التعلق (م) إلى مركز كتلة كرة البندول المهتزة.
2- لا يعتمد الزمن الدوري على كتلة الكرة بأي حال من الأحوال.
وتسمى الحركة ابتداء من (أ) إلى (جـ) ث م العودة إلى (أ) مروراً من النقطة (ب) دورة كاملة، وتسمى الإزاحة الجانبية (ب أ) أو (ب جـ) اتساع الدورة: - وهي أقصى إزاحة تصلها الكرة كابتداء من موضع الاتزان (ب).
ومن ناحية أخرى، يمكن حساب تسارع الجاذبية الأرضية

إذا مثلت العلاقة بين ر2 ، ل بيانياً فإننا نحصل على خط مستقيم كما في الشكل (28) حيث يكون ميل الخط المستقيم مقداراً ثابتاً كما في العلاقة:
المواد والأدوات والأجهزة اللازمة

كرة معدنية مثقوبة؛ خيط غير مرن من الكتان، ساعة توقيت، حامل رأسي للتعليق.
خطوات إجراء التجربة

1- اربط الكرة بخيط، ثم علقها رأسياً بالحامل بحيث يكون طول الخيط متراً واحداً.
2- أزح الكرة جانبياً عن موضع اتزانها مسافة 10 سم، واتركها تهتز.
3- سجل الزمن اللازم لإتمام (50) دورة.
4- كرر الخطوتين (2 ، 3) عدة مرات، بأطوال مختلفة لخيط التعليق (0.9 ، 0.8، .... 0.4) متر، وحاول أن تكون الإزاحة الجانبية أقل ما يمكن ما بين (3-5) سم. (لماذا؟).
5- رتب نتائجك كما في الجدول (6).
6- ارسم العلاقة البيانية بين (ر2) على المحور الأفقي، (ل) على المحور الرأسي وأوجد ميل الخط البيانيي.
7- احسب قيمة (جـ) لكل محاولة على حده، وذلك من العلاقة (3)، ثم أوجد المتوسط الحسابي لقيم (جـ) المحسوبة، تفكون هي القيمة التقريبية لتسارع الجاذبية في منطقة التجربة.
         الأسئلة
                  
1- علل لما يأتي:
أ- كلما كان اتساع الاهتزاز أقل ، كانت النتائج أكثر دقة.
ب- يكون خيط التعليق غير مرن ومهمل الوزن.
جـ- لا تؤثر كتلة الكرة في الزمن الدوري للحركة.
2- ما مصادر الخطأ في هذه التجربة؟
3- إذا عملت التجربة في مدرسة من مدارس الأغوار، وأخرى في مدرسة في عجلون، وكان طول خيط التعليق ثابتاً، ففي أيهما يكون زمن الذبذبة أطول؟
4- بين كيف يمكن استخدام مبدأ البندول البسيط لقاس ارتفاع المختبر صمم تجربة تبين فيها ذلك.
تجربة مقترحة
إجراء تجربة باستخدام نابض خفيف وتعليق كتلة ك، ثم شدة مسافة (س) أسفل موضع أتزان الجسم، وتركه يتذبذب باتساع مقداره (س) على جانبي موضع السكون، الشكل (29). ثم استخدام ذلك لتعيين.
1- ثابت المرونة للنابض.
2- تسارع الجاذبية الأرضية في مكان التجربة.

أهداف التجربة
تعيين معامل الارتداد عملياً بين جسمين متصادمين. (كرة تنس وأرضية الغرفة).
الأساس النظري  للتجربة

يعرف معامل الارتداد بين جسمين متصادمين بأنه النسب بين المركبة العمودية للسرعة النسبية بعد التصادم مباشرة والمربكة العمودية للسرعة النسبية قبل التصادم مباشرة أي:


وقياس السرعة قبل التصادم وبعده لا يتم مباشرة
فإذا فرضنا أن جسماً ساقطاً من ارتفاع ف1، يصطدم بالأرض فيرتد إلى ارتفاع ف2 كما في الشكل (30) المجاور، فإنه يمكن حساب سرعة الجسم قبل التصادم كما يلي على السمار الأول (السقوط) وذلك بإهمال مقاومة الاحتكاك وبتطبيق قانون حفظ الطاقة يكون:
(ط ح + ط و ) عند النقطة أ = ( ط ح + ط و) عند السطح،



المعادلة (4) تعطي معامل الارتداد، بدلالة الارتفاع الذي سقط منه الجسم والارتفاع الذي ارتد إليه.
المواد والأدوات والأجهزة اللازمة
كرة تنس؛ مقياس متري
خطوات إجراء التجربة

لتعيين معامل الارتداد بين كرة تنس والأرض، اتبع الخطوات الآتية:
1- عين المسافة الرأسية ف1 التي تمثل مسافة السقوط.
2- أسقط الكرة إسقاطاً حراً عن المسافة الرأسية ف1، وعين المسافة الرأسية التي ترتدها الكرة ف2.
3- كرر الخطوة (2) عدة مرات، مع ملاحظة عدم تغيير موضع السقوط ، حتى لا تتغير الظروف المصاحبة للتصادم.
4- اسحب معامل الارتداد في كل مرة من العلاقة:


5- احسب المتوسط الحسابي لقيم معامل الارتداد المحسوبة من كل محاولة؛ فيكون هذا معامل الارتداد المطلوب.
6- أجب عن الأسئلة الآتية:
كيف تقارن باستخدام طريقة السقوط الحر بين معامل الارتداد لعدد مختلف من الكرات (كرة تنس، كرة مطاطية، كرة زجاجية) والأرضية نفسها.
هل يتغير معامل ارتداد كرة القدم مع أرضية الملعب بتغير ضغط الهواء داخلها؟ حاول التأكد من ذلك عملياً.
ما مقدار معامل الارتداد في الحالات الآتية:
- التصادم التام المرونة؟
- التصادم غير المرن (عديم المرونة)؟
- التصادم المرن (غير تام المرونة)؟
ما مصادر الخطأ في التجربة؟ كيف يمكن تقليل نسبة الخطأ؟
احسب معامل ارتداد كرة مع أرضية. إذا أسقطت بسرعة ابتدائية مقدارها 1 م/ث من ارتفاع 4 م، فارتدت إلى ارتفاع 1.8م.


التجربة السابعة                   قانون هوك


أهداف التجربة
1- إيجاد العلاقة بين القوة المؤثرة في سلك، والاستطالة التي تحدث نتيجة لتأثير هذه القوة.
2- إيجاد ثابت التناسب للسلك.



الأساس النظري  للتجربة

عندما تؤثر قوة شد في سلك فلزي، تحدث زيادة في طول السلك (∆ ل)، وعندما يزول تأثير القوة، يعود السلك إلى طوله الأصيل (ل)، وعندما تحدث زيادة في طول السلك، يحدث في الوقت نفسه نقص في مساحة مقطعه العرضي، لأن حجم السلك ثابت.

المواد والأدوات والأجهزة اللازمة
مقياس متري، ورنية، سلك فلزي طوله (10)م؛ أثقال مختلفة؛ خطاف؛ ساعة يد؛ قاعدة للتثبيت.

وصف الجهاز

يتكون الجهاز من سلك فلزي طوله ( 9-10)م يقطع إلى نصفين ( السلك المستعمل في الطوبار يصلح لهذه التجربة). يثبت الطرفان العلويان لقطعتي السلك على الجدار أو السقف، ويثبت في الطرف السفلي للقطعة الأولى مقياس متري مدرج بالسنتمترات والمليمترات، وثقل يكفي لشد السلك وحفظه مستقيماً، ويثبت في الطرف السفلي للقطعة الثانية ورنية وخطاف لتعليق الأثقال عليه، ويسمى السلك الأول سلك الضبط والثاني سلك التجريب.

خطوات إجراء التجربة
1- ركب الجهاز كما في الشكل (31).
2- قس طول سلك التجريب من نقطة التعليق إلى صفر الورنية (ل) م. اضبط مكان المقياس حتى ينطبق صفر المقياس على صفر الورنية.
3- استعمل الأثقال بالكيفية التالية:
أ- ضع كتلة (   1       )        كغ برفق على الخطاف،
         2                
انتظر خمس ثوانٍ، ثم خذ قراءة المقياس والورنية معاً، هذه القراءة هي الزيادة في طول السلك (∆ ل) أي الاستطالة، ارفع الكتلة، هل رجع صفر الورنية محاذياً لصفر المقياس؟ سجل الكتلة والاستطالة في الجدول (7).

ب- ضع كتلة (1) كغ على الخطاف، وانتظر خمس ثوانٍ ثم اقرأ تدريج المقياس والورنية معاً، وسجل في الجدول (7)، ثم ارفع الكتلة.
جـ- كرر العمل مضيفاً 1       )        كغ في كل مرة
         2                
حتى (6) كغ ثم سجل في الجدول. 

4- جد مقدار قوة شد السلك ( ق = ك جـ) في كل محاولة وسجل قيمة ق في مكانها في الجدول (7).
5- ارسم العلاقة بين (ق ، ∆ل) على ورقة رسم بياني، (ق: على محور السينات ، ∆ ل على محور الصادات).
6- استخلص العلاقة بين ق ، ∆ ل  بالكلمات ثم بالرموز. 

         الأسئلة
                  
1- يجب أن يكون السلكان مشدودين تماماً. كيف تتأكد من هذا قبل البدء في التجربة؟ ما الخطأ الذي ينتج إذا كان سلك التجريب رخواً؟
2-إذا كان طول السلك (ل) م، ومساحة مقطعه العرضي (مـ) وحدثت في السلك استطالة
مقدارها (∆ ل)، فبرهن أن النقص الحادث في مساحة المقطع(∆ مـ) = مـ(      ∆ ل    ).      
         ل                
3- ما مصادر الخطأ في هذه التجربة؟
4-      ما اقتراحاتك لتحسين هذه التجربة؟

الجدول (7)
رقم المحاولة    1       2       3       4       5       6       7       8
الكتلة (كغ)                                                                      
القوة (نيوتن)                                                                    
الاستطالة (مم)                                                                  

التجربة الثامنة           العلاقة بين الإجهاد والمطاوعة لسلك فلزي

أهداف التجربة
1- إيجاد معامل ينغ لمادة سلك فلزي.
2- دراسة التغيرات التي تطرأ على سلك فلزي تحت تأثير إجهاد متزايدة.


الأساس النظري  للتجربة

عندما تؤثر قوة شد (ق) ت في سلك فلزي مساحة مقطعه (مـ) يقع تحت إجهاد مقداره
(        ق       )، تحدث فــي الطــــول الأصلي للسـلك (ل) زيـادة مقـدارها (∆ ل)، نتيجة لتأثير 
         مـ      
الإجهاد، وبذلك يكون مقدار المطاوعة التي يبديها السلك = (     ∆ ل    (        ، وحيث أن
         ل                
معامل ينغ يساوي النسبة بين الإجهاد والمطاوعة، فإن:

ي =    ق       ÷       ∆ل     نيوتن / م2
         مـ                ل      

ويبقى السلك محتفظاً بشكله دون أن يحدث فيه تشويه دائم، ما دام الإجهاد المؤثر أقل من الإجهاد الحرج، ولكن، إذا تجاوزنا الإجهاد الحرج، فإن السلك لا يرجع إلى طوله الأصيل، بل تبقى فيه زيادة دائمة، وبذلك، نكون قد تجاوزنا حد المرونة، وعندها، لا تكون العلاقة بين الإجهاد والمطاوعة خطية، لأن قوى الترابط بني جزيئات مادة السلك قد ضعفت في بعض الأماكن، وبزيادة قيمة الإجهاد، نصل إلى نقطة تسمى نقطة الإذعان التي تزداد بعدها الاستطالة، على الرغم من ثبات قيمة الإجهاد، أو حتى نقصان الإجهاد، ويرافق هذا نقصان في مساحة مقطع السلك، ثم ينقطع.
المواد والأدوات والأجهزة اللازمة

سلك فلزي بطول (10) م؛ مجموعة كتل مختلفة؛ ميكرومتر؛ مقياس مع ورنية؛ ساعة يد؛ كيس خيش فيه رمل (أو تراب ناعم).
وصف الجهاز

يتكون الجهاز من قطعتين من سلك فلزي (من السلك نفسه)، طول كل منهما ( 4-5) م. يثبت الطرفان العلويان للقطعتين على الجدار أو السقف أو دعامة، وبقيت في الطرف السفلي لإحداهما مقياس متري مدرج بالسنتمترات والمليمترات، وثقل لتبقى قطعة السلك مشدودة ومستقيمة، تسمى هذه القطعة سلك الضبط، ويثبت في الطرف السفلي للقطعة الأخرى ورنية وخطاف، وتسمى هذه القطعة سلك التجريب. أنظر الشكل (32).
خطوات إجراء التجربة

1- قس قطر السلك من خمسة أماكن مختلفة قبل تركيب الجهاز، مستعملاً الميكروميتر.
2- قس طول سلك التجريب من نقطة التعليق إلى صفر الورنية – المحاذي لصفر التدريج (ل).
3- تأكد أن السلكين مستقيمان ومشدودان.
4-  ضع كتلة (          1       )        كغ برفق على الخطاف،
         2                
برفق، انتظر عشر ثوانٍ، ثم خذ قراءة المقياس والرونية معاً، هذه القراءة تدل على الزيادة في الطول (الاستطالة).
5- ارفع الكتلة برفق، ثم خذ القراءة مرة ثانية. هل تطابق الصفران؟
6- سجل الكتلة والاستطالة في المكان المخصص على الجدول (8).
7- ضع كتلة 1 كغ على الخطاف برفق، انتظر عشر ثوانٍ، وهذه القراءة، ثم ارفع الكتلة، ولاحظ القراءة مرة ثانية، ثم سجل الكتلة الجديدة والاستطالة الجديدة.
8- أعد الخطوتين السابقتين؛ وضع الكتلة وخذ القراءة مستعملاً الكتل:
1.5 ، 2، 2.5 ، 3.......... بزيادة نصف كغ في كل مرة، استمر في العمل ما دام الصفران ينطبقان عند رفع الكتل عن الخطاف.
9- توقف عندما لا ينطبق الصفران، أي عندما لا يعود سلك التجريب إلى طوله الأصيل.

الحسابات
1- جد متوسط قطر السلك، ثم احسب مساحة المقطع العرضي (مـ = نق2 ).
2- احسب مقدار القوة ق = ك جـ ، جـ = 9.8 م / ث2 ضع ق المحسوبة في الجدول.
3- احسب قيمة الإجهاد الطولي (ق/ مـ) ثم ضع هذه القيم في أماكنها على الجدول.
4- احسب قيمة المطاوعة (∆ل/ ل). ثم ضع  هذه القيم في أماكنها على الجدول.
5- اقسم قيمة الإجهاد على المطاوعة، ثم ضع هذه القيم على الجدول.
الرسم البياني: على ورقة رسم بياني، ارسم الإجهاد على محور الصادات، والمطاوعة على محور السينات. من الرسم البياني، استخلص العلاقة بين الإجهاد والمطاوعة، واكتب هذه العلاقة بالكلمات، ثم عبر عنها بالرموز.
تأثير إجهاد متزايد في سلك بعد تخطي حد المرونة:
1- ابدأ الآن من حيث انتهيت سابقاً، وضع كتلاً تساوي كتلة آخر مجموعة وضعتها، وانتظر عشر ثاونٍ، ثم خذ القراءة. وسجل الكتلة والاستطالة في الجدول.
2- أضف كتلة 100 غ، انتظر عشر ثوانٍ وخذ القراءة، دقق النظر، هل القراءة ثابتة؟ إن كانت كذلك، فسجل الكتلة والاستطالة.
3- استمر في إضافة 100 غ كل مرة، وتسجيل الكتلة والاستطالة في الجدول السابق، حتى تلاحظ أن الاستطالة مستمرة بدون إضافة كتل أخرى. توقف الآن، وراقب بحذر.

تحذير: ضع المخدة تحت الكتل مباشرة، حتى لا تسقط على قدميك، وحتى لا تكسر البلاط. انتبه للسلك فإنه سوف ينقطع، وربما يؤذيك.
4- أحسب قيمة الإجهاد والمطاوعة لكل قيمة وسجلها في العمود المخصص لها.
5- مثل هذه البيانات على ورقة الرسم البياني نفسها.
6- حدد على الرسم البياني:
أ- منطقة المرونة التامة.
ب- منطقة تعب المرونة.
جـ- نقطة الاذعان.
د- نقطة الكسر.
هـ- قيمة الإجهاد والحرج.

ملحوظات:
1- يجب أن يكون السلكان؛ سلك الضبط وسلك التجريب مشدودين ومستقيمين. (إن وجود ثنية أو اعوجاج في أحد السلكين يؤدي إلى خظأ في التجربة، أو كسر السلك).
2- انتبه على الكتل المعلقة، ولا تضع قدميك تحتها، فإذا انقطع السلك وسقطت على قدميك، فستؤذيك.
         الأسئلة
                  

1- هل تظن أن لمعامل ينغ علاقة بثابت السلك؟ أكتب هذه العلاقة.
2- قس قطر السلك عند الطرف الذي حدث عنده القطع، ثم قارنه بالقيمة المتوسطة التي حصلت عليها قبل بدء التجربة. فسر سبب الاختلاف.
3- ما الأخطاء المحتملة في التجربة التي أجريتها؟ وما تأثير كل منها في نتائج التجربة؟
4- ما اقتراحاتك لتحسين إجراء هذه التجربة للحصول على نتائج افضل.
الجدول (8)
رقم المحاولة    الكتلة (ك)       القوة = ك جـ   الاستطالة (∆ ل)        الإجهاد الطولي
(ق/ مـ) المطاوعة (∆ل / ل)    الإجهاد/ المطاوعة
1
التجربة التاسعة                   انتقال الحرارة بالتوصيل

أهداف التجربة
إيجاد معامل التوصيل الحراري لقضيب نحاسي



الأساس النظري  للتجربة

تنتقل الطاقة الحرارية بين أجزاء الجسم الصلب نتيجة لوجود فرق في درجة الحرارة بين طرفي الجسم، وتسمى هذه العملية التوصيل الحراري، وتعتمد كمية الطاقة الحراري التي تنتقل من الطرف الساخن لقضيب فلزي على ما يلي: مساحة مقطع القضيب، وطوله، ونوع المادة المصنوع منه، وزمن الانتقال، والفرق في درجة الحرارة بين طرفيه، وتعطي كمية الحرارة المنقولة بالتوصيل بالعلاقة:
المواد والأدوات والأجهزة اللازمة

قضيب نحاس؛ غرفة بخار؛ إناء جليد؛ كأس، صوف صخري، مسطرة مترية؛ قدمة؛ ميزانا حرارة؛ قماش لفاف، مصدر بخار، ميزان ذو كفتين، ساعة توقيت.

وصف الجهاز
يتكون الجهاز كما في الشكل (33) أعلاه من قضيب نحاسي  ملفوف بالصوف الصخري، أحد طرفيه في حُجيَرْة يمر منها بخار ماء يغلي، وطرفه الآخر في إناءٍ به جليد مجروش.

خطوات إجراء التجربة
1- ثبت أحد طرفي القضيب في غرفة البخار، والطرف الآخر في وعاء الجليد تثبيتاً محكماً – يمكنك استعمال المعجون أو اللحام.
2- قس طول القضيب (ل) المحصور بين غرفة البخار ووعاء الجليد بالمسطرة المترية.
3- استخدم القدمة لقياس قطر القضيب في أربعة مواضع مختلفة.
4-      لف القضيب ووعاء الجليد لفاً جيداً بالصوف الزجاجي، ثم بالقماش اللفاف.
5- صل مصدر البخار بغرفة البخار.
6- لاحظ ميزان الحرارة الموجود في غرفة البخار وميزان الحرارة المغموس في الجليد. انتظر حتى تستقر قراءة الثيرومترين.
7- خذ قراءة ميزان الحرارة الموجود في غرفة البخار (د2) وقراءة الميزان المغموس في الجليد (د1).
8- جد كتلة الكأس مستعملاً الميزان ذا الكفتين (ك).
9- ضع الكأس لتستقبل بها قطرات الماء النازلة من الجليد.
10- انتظر دقيقتين، ثم جد كتلة الكأس والماء (ك1)
11- اسكب الماء في الكأس وجففه، ثم ضعه تحت إناء الجليد، وانتظر دقيقتين أخريين، ثم جد كتلة الكأس والماء (ك2).
12- كرر العملية حتى تحصل على كتلة ثابتة تقريباً لثلاث مرات متتالية.

سؤال: ما ضرورة حصولنا على كتلتين متتاليتين متساويتين؟ ومتى يحدث هذا؟
* جفف الكأس؛ ضع الكأس تحت فوهة إناء الجليد، ثم شغل الساعة لتبدأ الزمن، استمر حتى يتجمع لديك كمية من الماء بحدود (100) غم، سجل الزمن (ز) ثم أوقف التجربة.
* دون المعلومات التي حصلت عليها في التقرير.
* أجر الحسابات.
أعد التجربة مستعملاً قضيباً من الحديد أو الألومنيوم.
         الأسئلة
                  

1- لماذا لففنا القضيب بالمادة العازلة؟
2- قارن (مع مجموعة أخرى) النتيجة التي حصلت عليها.
3-  قارن القيمة التي حصلت عليها بالقيمة المسجلة في كتابك.
4- ما قيمة الخطأ؟ وما مصادره؟
5- صمم أنت ومجموعتك تجربة بديلة. (السؤال (14) في كتابك يوضح شكلاً آخر للتجربة).

ملحوظتان:
1-  يمكنك الحصول على المواد العازلة من المحلات والمشاغل التي تختص بالتدفئة المركزية، أو تكييف الهواء.
2- يمكنك عمل متطلبات التجربة ولوازمها من قطع الصفيح.
التجربة العاشرة                   الحرارة النوعية