الدرس الأول: القانونان الأول والثاني لنيوتن في الحركة

ما الشيء المشترك بين جميع أشكال قوة الاحتكاك؟

أن جميعها تعمل على مقاومة انزلاق جسم يتحرك على سطح جسم آخر فتتسبب في إبطاء حركة الجسم.

ما الفرق بين الاحتكاك السكوني والاحتكاك الانزلاقي؟

تعمل قوى الاحتكاك السكوني على منع الجسم من الحركة بينما تعمل قوى الاحتكاك الانزلاقي على تقبل سرع الجسم المنزلق.

ملاحظة الاحتكاك

الخطوات:

1. ضع قطعة من الصابون وممحاة ومفتاحاً بعضها جانب بعض على سطح دفترك.

قوة الاحتكاك السكونية للممحاة أقل حيث أن حركة الممحاة كانت أسرع من الصابونة والمفتاح وتكون قوة الاحتكاك السكونية للصابون أكبر حيث أن قَطعة الصابون كانت أبطأهم في الحركة.

التحليل

1. أي الأجسام أعلاه كانت قوة الاحتكاك السكونية له أكبر، وأيها كانت له أقل؟ فسر إجابتك.

قوة الاحتكاك السكونية للممحاة كانت الأكبر لأنها انزلقت متأخراً أما الصابونة فلها أقل قوة احتكاك سكونية لأنها كانت الأسرع عند الانزلاق.

2. أي الأجسام تكون سرعة انزلاقه أكبر، وأيها أقل؟ فسر إجابتك.

تكون سرعة انزلاق الممحاة هي الأكبر لأن قوة الاحتكاك بينها وبين السطح اقل، أما سرعة انزلاق الصابونة هي الأقل لأن قوة الاحتكاك بينها وبين السطح أكبر.

3. كيف يمكنك زيادة أو إنقاص قوة الاحتكاك بين سطحين؟

يمكن زيادة قوة الاحتكاك بضغط السطحين معاً ويمكن تقليل قوة الاحتكاك بوضع مواد التشحيم بين السطحين.

ما هو القانون الثاني لنيوتن؟

تعمل قوة الاحتكاك السكوني على منع الجسم من الحركة بينما تعمل قوة الاحتكاك الانزلاقي على تقليل سرعة الجسم المنزلق.

الاسئلة المتعلقة بالأشكال:

سؤال الشكل 4: ينزلق قرص الهوكي على طبقة من الهواء في لعبة الهوكي الهوائية، لذا يكون الاحتكاك معدوماً. ويتحرك قرص الهوكي بسرعة ثابتة وبخط مستقيم بعد ضربه. استنتج كيف تكون حركة قرص الهوكي في غياب طبقة الهواء؟

يحرك القرص في خط مستقيم ولكنه سيتباطأ ثم يتوقف بسبب الاحتكاك.

سؤال الشكل 7: القوة اللازمة لتغيير حركة جسم تعتمد على كتلته. توقع أي العربتين يسهل إيقافها؟

العربة التي تحتوي على مواد غذائية أقل إيقافها أسهل لأن كتلتها أقل.

سؤال الشكل 10: تؤثر الجاذبية في الكرة بقوة تصنع زاوية مع سرعتها المتجهة، مما يجعل مسارها منحنياً. توقع كيف تكون حركة الكرة إذا قذفت في اتجاه أفقي؟

تتحرك الكرة في مسار منحني لأن الجاذبية تجذب الكرة لأسفل فتسقط على الأرض.

1. دفع كتاب كتلته 2.0 كجم على سطح طاولة. فإذا كانت القوة المحصلة المؤثرة في الكتاب تساوي 1.0 نيوتن، فما تسارعه؟

• الكتلة (ك) = 2 كجم القوة المحصلة (ق) = 1 نيوتن.
• التسارع (ت) =؟

• $ت=\frac{ق \mathrm{محصلة}}{ك}=\frac{1 \mathrm{نيوتن}}{2 \mathrm{كجم}} = 5.0 م/{ث}^2$.

2. احسب القوة المحصلة المؤثرة في كرة بيسبول كتلتها 0.15 كجم، إذا كانت تتحرك بتسارع 40.0 م/ث².

• الكتلة (ك) = 0.15 كجم التسارع (ت) = 40 م/ث²
• القوة المحصلة (ق) = ك × ت = 0.15 كجم × 40 م/ث² = 6 نيوتن.

اختبر نفسك

1. وضح ما إذا كانت هناك قوة محصلة تؤثر في سيارة تتحرك بسرعة 20 كم/س وتنعطف إلى اليسار.

نعم، هناك قوة محصلة تلزم للحفاظ على السيارة متحركة ولتغيير الاتجاه.

2. ناقش لماذا جعل الاحتكاك استكشاف القانون الأول لنيوتن صعباً؟

لأن الاحتكاك يسبب ترقق الأجسام المتحركة فيبدو السكون وكأنه الحالة الطبيعية للمادة.

3. ناقش هل يمكن لجسم أن يكون متحركاً إذا كانت القوة المحصلة المؤثرة فيه تساوي صفراً؟

نعم، إذا كان الجسم متحركاً فسوف يظل متحركاً بسرعة ثابتة حتى تؤثر فيه قوة خارجية.

4. ارسم شكلاً يبين القوى المؤثرة في راكب دراجة تتحرك بسرعة 25 كم/س على طريق أفقية.

قوة الجاذبية إلى الأسفل تتزن مع القوة التي تؤثر بها الأرض إلى أعلى.

5. حلل كيف يتغير وزنك باستمرار إذا كنت في مركبة فضائية تتحرك من الأرض في اتجاه القمر؟

ستقل قوة جذب الأرض وبالتالي يقل وزني.

6. وضح كيف تعتمد قوة مقاومة الهواء لجسم متحرك على سرعته؟

بزيادة سرعة الجسم تزداد مقاومة الهواء.

7. استنتج اتجاه القوة المحصلة المؤثرة في سيارة تتناقص سرعتها وتنعطف إلى اليمين.

تؤثر المحصلة قطرياً في السيارة بزاوية نحو اليمين.

8. التفكير الناقد

- بين ما إذا كانت القوى المؤثرة متزنة أو غير متزنة لكل من الأفعال الآتية:

أ. تدفع صندوقاً حتى يتحرك.

غير متزنة لأن الصندوق يبدأ في الحركة.

ب. تدفع صندوقاً لكنه لم يتحرك.

القوى المؤثرة متزنة لأن الصندوق لم يتحرك.

ج. تتوقف عن دفع صندوق فتتباطأ حركته.

القوى المؤثرة غير متزنة لأن الصندوق يتباطأ.

- يدفع ثلاثة طلبة صندوقاً ما الشروط الواجب توافرها لكي تتغير حركة الصندوق؟

أن تكون القوة غير متزنة.

9. حساب القوة المحصلة ما القوة المحصلة المؤثرة في سيارة كتلتها 1500 كجم تتحرك بتسارع 2.0 م/ث²؟

• الكتلة (ك) = 1500 كجم.
• التسارع(ت) = 2 م/ث^2.
• القوة المحصلة (ق) =؟
• ق = ت × ك =2 م/ث² × 1500 كجم = 3000 نيوتن.

10. حساب الكتلة تتحرك كرة بتسارع مقداره 1500 م/ث² فإذا كانت القوة المحصلة المؤثرة فيها تساوي 300 نيوتن، فما كتلتها؟

• التسارع(ت) = 2 م/ث²
• القوة المحصلة (ق) = 300 نيوتن.
• الكتلة (ك) = ؟.
• ك = ق÷ ت= 300 نيوتن ÷ 1500 م/ث² = 0.2 كجم.