السرعة التسارع

 يتوقع من الطالب ان يكون قادرا على : ـ
1 – تعريف التسارع .
2 – ذكر قانون نيوتن الثاني .
3 – حل المسائل البسيطة باستخدام قانون نيوتن الثاني ( F = m x a ( لا يتطلب استخدام الآلة الحاسبة .
4 – ذكر قانون نيوتن الثالث .
5 - استحدام هذين القانونين لفحص حركة الزلاجات في مدن الملاهي والسفر في السيارات واستكشاف الفضاء .
6 – تطبيق التجارب للبحث في السرعة المتعلقة بالمسافة و الزمن والتسارع .
7 – بناء وتحليل الرسوم البيانية المتعلقة بالمسافة –الزمن (الحركة الطولية فقط ) .
8 – بناء وتحليل الرسوم البيانية المتعلقة بالسرعة - الزمن (التسارع الثابت فقط ) .
9 – بناء وتحليل الرسوم البيانية المتعلقة بوقت التسارع – الزمن (التسارع  الثابت فقط ) .
10 – تعريف ان)    W  الشغل المبذولJ  (  و F  (القوة  N  ))   m المسافة المقطوعة ) .
11 – ايجاز استحدامات وايجابيات وسلبيات الرافعات بدون تفاصيل عن ترتيبات الروافع والبكرات والمسننات والبراغي والأسفين والسطح المائل .
12 –تطبيق الإيجابية الميكانيكية ( الفائدة الآلية ) للجهد المطلوب من الآلات البسيطة .
        

ا لتسارع (العجلة)acceleration
هي معدل تغير السرعة خلال فترة زمنية معينة من حيث المقدار أو الاتجاه أو كليهما معا وهو كمية فيزيائية متجهة يرمز لها (a)
وتقاس بوحدة            أو
ملاحظة:
1.     عجلة التسارع ونحصل عليها عندما تتزايد سرعة الجسم مع الزمن مثل انطلاق السيارة المتوقفة على الاشارة الضوئية
2.     عجلة التباطؤ:ونحصل عليها عندما تتناقص سرعة الجسم مع الزمن مثل توقف السيارة على الاشارة الضوئية
3.     انعدام العجلة:وتكون عندما يتحرك الجسم بسرعة ثابتة مثل سيارة تتحرك وسائقها مستخدما مثبت السرعة
مثال :
ادرس الشكل التالي ثم اجب عن الاسئلة التالية:
       عند النقطة (A)...........................................................................
       عند النقطة (B)...........................................................................
       عند النقطة (C).........................................................................
قانون العجلة
                                    =a                                  =a
حيث أن:
         v     = معدل السرعة
          t     = معدل الزمن
          v     = السرعة النهائية
          u     = السرعة الابتدائية
مثال:
احسب العجلة حسب الجدول التالي:
Acceleration
العجلة       m/s2   Time taken
الزمن          (t)    Final speed
السرعة النهائية m/s Starting speed
السرعة الابتدائية m/s
        10
50    0
                                  
4      50    10

5
30    50
        10    25
atrest
……………………   12    stationary 60

قانون نيوتن الثانيNewtons second low :-
عندما تؤثر محصلة في جسم فإنها تسبب تغيرا في حالته الحركية وذلك من خلال قانون نيوتن الثاني الذي ينص على إذا أثرت قوة محصلة في جسم فإنها تكسبه تسارعا بالتجاهها يتناسب مقداره طرديا مع مقدار القوة  وعكسيا مع كتلة الجسم 
                                                                  F=m×a                                               حيث أن : ـ      
             F    = القوة المحصلة بوحدة (N)
             m   = كتلة الجسم بوحدة (kg)
            a    = العجلة أو التسارع بوحدة                  أو
أي أن     =a  ...............................
           =m  ...............................         
  
مثال1:                                                                                                                     طائرة تحلق على ارتفاع ثابت تحت تأثير قوة دفع محركها التي تساوي 8×103N وتتجه غربا وتصادف مقاومة من الهواء مقدارها 1×102N وإذا علمت أن كتلة الطائرة
0.8×104kg فأجب عما يلي
1.     ارسم مخططا للقوى المؤثرة في الطائرة.

 -  2  ما مقدار القوة المؤثرة في الطائرة في الاتجاه الرأسي أم العمودي؟  ولماذا؟

3احسب مقدار العجلة التي تتحرك بها الطائرة وحدد اتجاهها



مثال 2
اكمل الجدول التالي:

Acceleration      Mass(kg)   Force(N)
4.0
       مثال 3         
          احسب القوة المؤثرة  (F)                                                                              إذا كانت :-
m=5kg box                           ,  a=at 4.1 m/s 2
...........................................................................................................................                                                               
.  m=1.3 tonne                         ,  a=at  2 m/s2                                .....................................................................................................................
m=400 garm                         ,  a=at  4 m/s2                                .....................................................................................................................
مثال 5  احسب الكتلة ( ( m
اذا كانت  ( (F=35 N   و)  (a = 7m/s2
………………………………………………………………………………………………………..
قانون نيوتن الثالث :Newton’s third law
"لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار و مضاد له في الاتجاه"

استخدامات قانون نيوتن الثاني و الثالث:
1-     فحص حركة الزلاجات في مدن الملاهي
2-     سفر السيارات
3-     استكشاف الفضاء
4-    
الشغل:the work used
هو حاصل ضرب القوة المؤثرة في الجسم في الازاحة التي يتحركها الجسم باتجاه القوة و هو كمية فيزيائية قياسية  لا اتجاه لها يرمز لها "w" و تقاس بوحدة الجول و التي يرمز لها " J"  و يحسب الشغل بالعلاقة التالية:                                                              
W=F x d
حيث ان     W = هي الشغل الذي تبذله القوة بوحدة الجول (J)
                F= هي القوة المؤثرة في الجسم بوحدة النيوتن(N)
                 =dهي المسافة التي يتحركها الجسم بوحدة المتر(m)

مثال1 :قام طفل يسحب لعبته الواقفة علي أرض افقية من خلال بذل قوة سحب مقدارها (12N) فتحركت اللعبة و قطعت مسافة 2m))باتجاه القوة
احسب الشغل الذي بذله الطفل علي اللعبة..
الحل:............................................................................................
مثال2 :اثرت قوة في جسم و حركته باتجهاهما مسافة(30m)فاذا كان الشغل الذي بذلته القوة علي الجسم   1500J))
احسب مقدار القوة.
الحل................................................................................................

مثال 3: قوة مقدارها (60N)تأثر في في عربة و تسحبها باتجاهها باذلة عليها شغلا مقداره (2400J)
أحسب المسافة التي تتحركها العربة تحت تاثير هذه القوة.
الحل:.............................................................................................

مثال4:أكمل الجدول التالي:
                               
الشغل(W)    الازاحة (d)   القوة(F)

استخدامات و ايجابيات الرافعات –البكرات-المسننات-و و البراغي و الآسفين-السطح المائل.
كان الإنسان في الماضي يعتمد اعتمادا كبيرا علي عضلات جسمه في أداء جميع أعماله مع كثرة الأعمال المتعلقة باحتياجاته.أخذ يعتمد علي عضلات الحيوانات في معاونته في القيام ببعض الأعمال مثل حمل الأمتعة و الانتقال من مكان لآخر.
وبمرور الزمن فكر في عمل وسائل تساعد علي القيام بالأعمال التي تتطلب منه قوة أكبر.
لذلك  لجأ لاستخدام أدوات بسيطة  (آلة بسيطة)مثل الآلات التي تساعد في حرث الأرض و عزقها و جمع المحصول مثل المنجل و الفأس و المحراث أما إنسان العصر الحديث فقد تمكن بفضل التقدم العلمي و ابتكار آلات كثيرة مركبة بها عدة آلات بسيطة كالدراجة و السيارة و الطائرة التي ساعدت في تحسين المواصلات ووسائل النقل كما استخدم الكهرباء في إضاءة الشوارع.و ابتكر الآلات الكهربائية المختلفة التي تفي بكثير من الاحتياجات المتطورة للإنسان و تساعد علي لأداء عمله بسهولة و للآلات كثيرة في حياتنا منها ماهو بسيط مثل الرافعة و المستوى المائل و البكرة و العجلة و العجلات المخففة و منها المركبة التي تشمل علي أكثر من آلة بسيطة مثل ماكينة الخياطة و الغسالة و آلة الحفر وآلات التبريد و التدفئة التي تعمل كلها علي راحة الإنسان و رفاهيته

استخدامات الآلات(ايجابياتها)

- توفير (الوقت و الجهد مثل الدراجة و السيارة و الطائرة )
- تحسين الانتاج مثل المقص و ماكينة الخياطة.
- زيادة الانتاج مثل الالة الكاتبة و الات الطباعة و غيرها.
-نقل الحركة و تغيير اتجاه الحركة (التروس)
-تسهيل صعود الجبال العالية و العمارات (السلم الملتوي)

تطبيق الايجابية الميكانية للجهد المطلوب  من الالات البسيطة

يعتمد الإنسان في الوقت الحاضر اعتمادا كبيرا قبل الآلات مثل الروافع و البكرات و العجلات......و غيرها من آلات بسيطة.
مثال1 : المطرقة آلة تمكننا من استخدام قوتان بالتغلب علي مقاومة كبيرة . المطرقة رافعه تساعدنا علي أداء العمل بسهولة و توفر لنا الجهد .

مثال2 : الروافع (الكماشة- العتلة)
-       تساعد في أداء العمل بسهولة.
-       تساعد في مضاعفة القوة.

مثال 3: البكرات (ثابتة-متحركة)
-توفير الجهد
تسهيل الكثير من الأعمال (رفع سارية ........-رفع المياه من الآبار –رفع مواد البناء إلي اعلي البنايات)
-التغلب علي مقاومة ......(توفير نصف الجهد مثل البكيرة المتحركة )

مثال4 : العجلات المسننة
-رفع المياه من الآبار
-صناعة لعب الأطفال
-صناعة الساعات
-صناعة ناقل الحركة في السيارات
الايجابية الميكانيكية (الفائدة الآلية):Mechanical advantage
الايجابية الميكانيكية :للسطح المائل The inclined plane
(الفائدة الآلية)الايجابية الميكانيكية=الوزن/جهد القوة المطلوبة=load/effort
حيث أن: هي القوة التي نحتاجها لتحويل شيء ماـــــــــــــ:effort
          :هو وزن الشيء المراد تحريكه ـــــــــــــــــــــــــ:load
ملاحظة :كلما زادت الايجابية الميكانيكية كانت الميكانيكية أحسن.



مثال: ماكينة بسيطة رفعت وزن (60N) هذا يساوي حوالي (6KG) و الجهد المطلوب بذلك (20N).احسب الايجابية الميكانيكية.
              1-A :أحسب الفائدة الميكانيكية (MA)
اذا كانت:
a)Load =12N  ;effort=6N
…………………………………............……………………………..

b)load=18N ;effort=6N
……………………………….............………………………………..

c)effort =3N ; Load= 18N
………………………………………...............………………………..

d)load=5 kg (about 50N weight force) ;effort=10N
…………………………………………..............………………………


            1-: Bاي الماكينات أحسن a أوb أو c أو d

....................................................................................................


الروافع(levers)
قانون الروافع = القوة xذراع القوة =المقاومة x ذراع المقاومة

الفائدة الميكانيكية للروافع  Mechanical advantage in levers
                    
                     Mechanical advantage=load/effort

بعد القوة عن نقطة الارتكاز
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
بعد المقاومة عن نقطة الارتكاز

ملاحظة :كلما كان ذراع القوة أكبر من ذراع المقاومة تكون الفائدة الميكانيكية أكبر(أحسن).
1-الفائدة الالية للرافعة تكون أكبر من (1) إذا كان طول ذراع القوة أكبر من طول ذراع المقاومة ,في هذه الحالة تعمل الرافعة علي مضاعفة أثر القوة حيث تؤثر بقوة صغيرة للتغلب علي مقاومة كبيرة مثل روافع (النوع الثاني  ) مثل عربة الحديقة و كسارة البندق .
2-الفائدة الالية للرافعة تكون أقل من(1)إذا كان طول ذراع القوة أقصر من طول ذراع المقاومة و في هذه الحالة نحتاج لقوة كبيرة للتغلب علي مقاومة صغيرة مثل روافع النوع الثالث مثل الملقط و في هذه الحالة الرافعة لا توفر جهد للإنسان دائما تسهل لنا الأعمال مثل مسك الأشياء الدقيقة و حمل الأجسام المتوهجة كالفحم
 3-الفائدة الآلية للرافعة تساوي (1)إذا كان طول ذراع القوة  يساوي طول ذراع المقاومة في هذه الحالة تكون القوة المؤثرة تساوي المقاومة المراد التغلب عليها مثل روافع النوع الأول مثل الميزان ذو الكفتين
مثال 1 : استخدمت عتلة (ab) في رفع صخرة ثقلها (N600) كانت الصخرة تؤثر عند نقطة ارتكاز على بعد (m 0.2 ) من نقطة الارتكاز
-       فما مقدار القوة اللازمة لرفع الصخرة المؤثرة عند نقطة (a) التي تبعد (m 1.2) من نقطة الارتكاز؟


-       وما الفائدة الآلية ؟


مثال 2 : ملقط فحم طوله (cm25) استخدم في رفع قطعة من الفحم المتوهج وزنها (o.24N ) فاذا كانت نقطة تاثير القوة على بعد (cm15) من نقطة الارتكاز

احسب ما يلي :
-       الفائدة الآلية
-       اقل قوة يلزم التأثير بها لرفع قطعة الفحم.
ملاحظات : ـ
البكرة : ـ عبارة عن قرص أو عجلة من المعدن أو الخشب قابلة للدوران حول محور ما ر بمركزها . ويرتكز طرفا هذا المحور في إطار ثابت .
= البكرات نوعان : ـ
البكرات الثابتة والبكرات المتحركة .
في البكرات الثابتة : ـ  طول ذراع القوة = طول ذراع المقاومة .
                          القوة  = المقاومة
                         الفائدة الآلية = 1
في البكرات المتحركة : ـ طول ذراع القوة = 2 طول ذراع المقاومة .
                          القوة =2/1  المقاومة .
                         الفائدة الآلية القوة/المقاومة  = 2  تقريبا
العجلة والمحور  : ـ هي رافعة ينطبق عليها قانون الروافع وتتكون من قرص دائري ( بكرة ) يسمى العجلة يمر من  مر كزه محور أصغر قطرا من العجلة ويثبت به بإحكام .
لإدارة العجلة لابد من التأثير بقوة على العجلة .
مثل الملفات التي تستخدم لرفع الماء – مفرمة اللحم –مقبض الباب – المثقاب اليدوي  .
القوة x 2/1 قطر العجلة  = المقاومة x 2/1 قطر المحور
الجنزير : ـ  هي عبارة عن سلسلة معدنية تنقل الحركة بين التروس المتباعدة .
السيور : ـ
 عبارة عن أشرطة دائرية من الجلد أو المطاط تنقل الحركة بين العجلات غير المسننة المتباعدة .
السيور والجنازير تنقل الحركة بين التروس المتباعدة .
التروس : ـ عبارةعن عجلات وأقراص مستديرة مسننة على طول محيطها ولها أسنان كأسنان المنشار.
في الترسين المتلامسين والمختلفين في نصف القطر : ـ
عدد دورات الترس الصغير       عدد أسنان الترس الكبير
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــ     =     ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
عدد دورات الترس الكبير         غدد أسنان الترس الصغير
المستوى المائل : ـ عبارة عن سطح أحد طرفيه أعلى من الطرف الأخر . وهو آلة تضاعف مقدار القوة المبذولة ( توفر الجهد )
سؤال 1 – لزحزحة صحرة ثقلها (N 2500( باستخدام قوة لاتزيد عن (N 250 ) نستخدم عتلة طويلة يدخل طرفها تحت الصخرة  وتستند الي حجر يبعد(0.1m  ) عن هذا الطرف . فعلى أي بعد من نقطة الإرتكاز يجب أن تؤثر القوة ؟



سؤال 2 – احسب القوة اللازم استخدامها لرفع جسم ثقله (N 1000( باستخدام بكرة متخركة واحدة ؟


سؤال 3 – ترسان متلامسان إذا كان عدد أسنان الترس الكبير (48 ) سننا وعدد أسنان الترس الصغير (16 ) سننا  . فكم دورة يدورها الترس الصغير عندما يدور الترس الكبير دورة واحدة .




سؤال 4 – اذا كانت القوة المستخدمة في رفع جسم ثقله ( N5000( تساوي (N 1000(  أوجد الفائدة الألية للرافعة ؟


سؤال 5 – عتلة طولها (cm 300(   استخدمت كرافعة من النوع الأول لرفع حجر ثقله (N500) ويبعد (cm50(   عن محور الإرتكاز .
  احسب : ـ 1 _ طول ذراع القوة  ؟
             2 – القوة اللازمة لرفع الحجر ؟
             3 – الفائدة الألية ؟
ا