الدرس الثاني: القوى والحركة

أنظر وأتساءل

تصل سرعة هذا المظلي في الهواء إلى 183 كم/ساعة قبل أن يفتح مظلته. لماذا يسقط بعض المظليين بسرعة أكبر من غيرهم؟

سرعة سقوط المظلي تتحدد على الارتفاع الذي يسقط منه ومقدار مقاومة الهواء له وذلك حسب نوع وشكل التجهيزات والملابس التي يرتديها.

أستكشف

أتوقع

كيف تؤثر قوة مقاومة الهواء في سقوط ثقل إلـى الأرض؟ أكتب توقعي على النحو الآتي: "مقاومة الهواء ...".

تقوم بتقليل سرعة سقوط الثقل نحو الأرض.

أختبر توقعي

أجرب. أسقط الثقل المربوط بالمظلة والثقل الآخر من الارتفاع نفسه في اللحظة نفسها. وأسجل ملاحظاتي، هل وصل الثقلان إلى سطح الأرض معاً، أم سبق أحدهما الآخر؟ أسجل ملاحظاتي.

يسقط الثقل الغير المربوط بالمنطقة أولاً.

أستخلص النتائج

أفسر البيانات. هل أثر وجود المظلة في سرعة سقوط الثقل المعلق بها؟ أفسر إجابتي.

نعم، المظلة تعمل على تقليل سرعة الثقل بسبب مقاومة الهواء.

أستنتج. في أثناء سقوط الثقلين، ما القوى المؤثرة في الثقل الذي أسقط وحده؟ وما القوى المؤثرة في الثقل المتصل بالمظلة؟ هل كان توقعي صحيحاً؟

نعم، كان توقعي صحيحاً فالجاذبية تؤثر على الثقل الذي أسقط وحده، وتؤثر قوى الجاذبية ومقاومة الهواء على الثقل المتصل بالمظلة.

أستكشف أكثر

هل تختلف سرعة سقوط الجسم نحو الأرض باختلاف مساحة سطح الورقة المثبت فيها الجسم؟

نعم، فمساحة سطح الورقة المثبت فيها الجسم كلما زادت، زادت مقاومة الهواء وتكون سرعة سقوط الجسم أكثر.

أقرأ الشكل

أي المكعبات يتأثر بقوة الاحتكاك الكبرى؟ إرشاد: أنظر إلى قياسات الأسهم الحمراء الممثلة لقوة الاحتكاك، وأقارن بينها.

المكعب الأكبر.

نشاط

ألاحظ. أترك البالون وأسجل ما ألاحظه.

البالون يتحرك بسرعة على الخيط.

أستنتج. هل أثرت قوة غير متزنة في البالون؟ أفسر ذلك.

نعم، أثرت قوة غير متزنة في البالون، وهذه القوة تنتج بفعل اندفاع الهواء منه، وساعدت على تسريع حركة البالون على الخيط.

كيف تتغير حركة البالون إذا نفخته أكثر من ذي قبل؟ أكتب توقعاتي وأختبرها، وأسجل ما توصلت إليه.

البالون يتحرك بسرعة أكبر ولمسافة أكبر من قبل.

المشكلة والحل. كيف يمكن جعل الطائرة ترتفع بسرعة أكبر في الهواء؟

تقليل كتلة الطائرة لتصبح أخف أو تصميم الطائرة ليكون لها مقاومة هواء أقل أو زيادة قوة الدفع عن طريق تغير الأجنحة ليرفعها الهواء أكثر.

التفكير الناقد. كيف تؤثر قوة في جسم متحرك لتوقفه؟

تعمل هذه القوة على إعاقة حركة الجسم المتحرك وتقلل من سرعته ومن ثم توقفه.

المشكلة والحل. كيف يمكن زيادة الاحتكاك بين إطارات السيارة وطريق مغطاة بالثلوج؟

بزيادة وزن السيارة أو تركيب سلاسل معدنية حول الإطارات.

التفكير الناقد. ماذا يحدث للعالم لو لم يكن هناك احتكاك؟

لم يتمكن الناس من المشي أو التحرك دون احتكاك لأن القدم ستنزلق على أي شيء.

المشكلة والحل. كيف يمكنني أن أحافظ على بالون في الهواء في مكانه دون أن يرتفع أو يسقط على الأرض؟

يجب استعمال قوى متوازنة ويتطلب ذلك موازنة قوى الجاذبية بقوى أخرى ويمكن عمل ذلك باستخدام قوة الطفو إذ يمكن ملء البالون بغاز ساخن أو قليل الكثافة.

التفكير الناقد. فسر كيف يعمل حزام الأمان في السيارة على منع حدوث الإصابات في حوادث الاصطدام؟

عند التصادم يحدث تناقص فجائي في تسارع السيارة على الرغم من أن جسمي لا يزال يتحرك بخط مستقيم بزجاج السيارة الأمامي فيعمل حزام الأمان على إضافة قوة تغير من سرعتي المتجهة وتؤدي إلى الوقوف.

المشكلة والحل. كيف يمكن زيادة تسارع سيارة سباق؟

يمكن زيادة القوة غير المتزنة التي تؤثر في اتجاه حركة السيارة في سيارة السباق عن طريق تقليل الاحتكاك أو قوة الإعاقة (مقاومة الهواء) أو زيادة قوة المحرك ويمكن أيضاً تقليل كتلة السيارة.

التفكير الناقد. ماذا يحدث لتسارع جسم إذا ضاعفنا كلاً من كتلته والقوة غير المتزنة المؤثرة فيه؟

يبقى التسارع ثابتاً.

المشكلة والحل. ما الذي يجعل المركبة الفضائية تتسارع بعد انطلاقها؟

يعد اندفاع الغازات من مؤخرة المركبة الفضائية قوة فعل تنطلق المركبة الفضائية قوة فعل وتنطلق المركبة نحو الأمام بقوة قدر فعل مما يعطيها تسارعاً.

التفكير الناقد. ما قوى الفعل ورد الفعل التي تؤثر فيك وأنت تمشي؟

تؤثر القدم بقوة في الطريق وفي مقابل ذلك يؤثر الطريق برد فعل على القدم لتتحرك.

أفكر وأتحدث وأكتب.

1. المفردات. القوة العاكسة للحركة تسمى قوة الاحتكاك.

2. المشكلة والحل. كيف يمكن تقليل الممانعة المؤثرة في طائرة؟

3. التفكير الناقد. كيف يسهم تدريب رواد الفضاء تحت الماء في العمل في الفضاء؟

تكون قوة الجاذبية خفيفة وأما تحت الماء فيتم موازنة الجاذبية بفعل قوة الطفو وفي كلتا الحالتين توجد جاذبية قليلة.

4. أختار الإجابة الصحيحة. إذا زاد مقدار قوة غير متزنة تؤثر في جسم فإن الجسم:

أ- يتسارع أكثر.

ب- يتسارع أقل.

ج- يبقى على سرعة ثابتة.

د- يبقى ثابتاً.

5. أختار الإجابة الصحيحة. وحدة قياس القوة هي:

أ- م/ث.

ب- نيوتن.

ج- الجرام.

د- م/ث^2.

6. السؤال الأساسي. كيف تؤثر القوة في الحركة؟

يمكن للقوة أن تحرك الجسم الساكن، أو تزيد من سرعته، أو تغير من اتجاه حركته، أو تبطئه، أو توقف حركته.

العلوم والمجتمع

أتحدث باختصار عن القوى التي تؤثر في رائد فضاء ينطلق بصاروخ إلى الفضاء.

الصاروخ عندما يكون في مداره لن يشعر رائد الفضاء بقوى التسارع فيطفو لأنه أصبح عديم الوزن.

العلوم والرياضيات

يؤثر محرك الطائرة بقوة مقدارها 1000 نيوتن، ومقاومة الهواء 600 نيوتن. ما مقدار القوة غير المتزنة المؤثرة في الطائرة؟

مقدار القوة الغير المتزنة المؤثرة في الطائرة = 1000 - 600 = 400 نيوتن.