مثال 1 - كتاب الفيزياء - الصف 10 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 15: 15. ما وزن بطيخة كتلتها 4.0 kg؟

الإجابة: $W = mg = 4.0 \times 9.8 = 39.2\text{ N} :15\text{س}$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - كتلة البطيخة (m) = 4.0 kg - تسارع الجاذبية الأرضية (g) = 9.8 m/s² (وهي قيمة ثابتة على سطح الأرض)
2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم قانون الوزن، الذي يربط بين الكتلة وتسارع الجاذبية: $$W = m \times g$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض بالقيم المعطاة في القانون: $$W = 4.0 \times 9.8 = 39.2$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن وزن البطيخة = **39.2 N**

سؤال 16: 16. يتعلم أحمد التزلج على الجليد، ويساعده أبوه بأن يسحبه بحيث يكتسب تسارعاً مقداره 0.80 m/s². فإذا كانت كتلة أحمد 27.2 kg فما القوة التي يسحب بها أبوه؟ (أهمل مقاومة الهواء وحذاء التزلج).

الإجابة: $F = ma = 27.2 \times 0.80 = 21.76\text{ N} \approx 22\text{ N} :16\text{س}$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - كتلة أحمد (m) = 27.2 kg - التسارع الذي يكتسبه أحمد (a) = 0.80 m/s² - مقاومة الهواء وحذاء التزلج مهملة، مما يعني أن القوة الوحيدة المؤثرة هي قوة سحب الأب.
2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم قانون نيوتن الثاني للحركة، الذي يربط بين القوة والكتلة والتسارع: $$F = m \times a$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض بالقيم المعطاة في القانون: $$F = 27.2 \times 0.80 = 21.76$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن القوة التي يسحب بها أبوه = **21.76 N** (يمكن تقريبها إلى 22 N)

سؤال 17: 17. تمسك أمل وسارة معاً بقطعة حبل كتلتها 0.75 kg، وتشد كل منهما في الاتجاه المعاكس للأخرى. فإذا سحبت أمل بقوة 16.0 N، وتسارع الحبل بالمقدار 1.25 m/s² مبتعداً عنها، فما القوة التي تسحب بها سارة الحبل؟

الإجابة: $F_{\text{سارة}} - 16.0 = ma = 0.94 :17\text{س}$ $F_{\text{سارة}} = 16.9\text{ N}$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - كتلة الحبل (m) = 0.75 kg - قوة سحب أمل ($F_{\text{أمل}}$) = 16.0 N - تسارع الحبل (a) = 1.25 m/s² - اتجاه التسارع: مبتعداً عن أمل. هذا يعني أن القوة المحصلة في اتجاه معاكس لقوة أمل، أي في اتجاه سحب سارة.
2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم قانون نيوتن الثاني، حيث أن القوة المحصلة ($\Sigma F$) تساوي حاصل ضرب الكتلة في التسارع: $$\\Sigma F = m \times a$$ بما أن القوتين في اتجاهين متعاكسين والتسارع في اتجاه سحب سارة، فإن القوة المحصلة هي الفرق بين القوتين، وتكون في اتجاه القوة الأكبر (قوة سارة): $$F_{\text{سارة}} - F_{\text{أمل}} = m \times a$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** أولاً، نحسب القوة المحصلة: $$F_{\text{محصلة}} = 0.75 \times 1.25 = 0.9375 \text{ N}$$ ثم نعوض في معادلة القوى: $$F_{\text{سارة}} - 16.0 = 0.9375$$ لإيجاد قوة سارة، نضيف 16.0 إلى الطرفين: $$F_{\text{سارة}} = 16.0 + 0.9375 = 16.9375 \text{ N}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن القوة التي تسحب بها سارة الحبل = **16.9 N** (بالتقريب لأقرب منزلة عشرية)

سؤال 18: 18. يبين الشكل 10-4 مكعباً خشبياً كتلته 1.2 kg، وكرة خشبية كتلتها 3.0 kg. ما قراءة كل من الميزانين؟ (أهمل كتلة الميزانين).

الإجابة: س18: - قراءة الميزان السفلي: 29.4 N - قراءة الميزان العلوي: $T_1 = 41.2\text{ N}$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - كتلة المكعب الخشبي ($m_{\text{مكعب}}$) = 1.2 kg - كتلة الكرة الخشبية ($m_{\text{كرة}}$) = 3.0 kg - تسارع الجاذبية الأرضية (g) = 9.8 m/s² (بما أن الشكل 10-4 غير متاح، سنفترض أن الميزان السفلي يقيس وزن الكرة فقط، وأن الميزان العلوي يقيس الوزن الكلي للمكعب والكرة معاً، وهو تفسير شائع لمثل هذه الأسئلة.)
2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم قانون الوزن، حيث الوزن (W) يساوي الكتلة (m) مضروبة في تسارع الجاذبية (g): $$W = m \times g$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** **أولاً: قراءة الميزان السفلي** إذا كان الميزان السفلي يقيس وزن الكرة الخشبية فقط، فإن قراءته تكون: $$W_{\text{كرة}} = m_{\text{كرة}} \times g = 3.0 \text{ kg} \times 9.8 \text{ m/s}^2 = 29.4 \text{ N}$$ **ثانياً: قراءة الميزان العلوي** إذا كان الميزان العلوي يقيس الوزن الكلي للمكعب والكرة معاً، فإن الكتلة الكلية التي يقيسها هي مجموع الكتلتين: $$m_{\text{كلية}} = m_{\text{مكعب}} + m_{\text{كرة}} = 1.2 \text{ kg} + 3.0 \text{ kg} = 4.2 \text{ kg}$$ وبالتالي، تكون قراءة الميزان العلوي: $$W_{\text{كلية}} = m_{\text{كلية}} \times g = 4.2 \text{ kg} \times 9.8 \text{ m/s}^2 = 41.16 \text{ N}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن، قراءة الميزان السفلي = **29.4 N** وقراءة الميزان العلوي = **41.2 N** (بالتقريب لأقرب منزلة عشرية)

ما القانون المستخدم لحساب التسارع عندما تكون القوة المحصلة والكتلة معلومتين؟

• أ) F = m / a
• ب) a = F_net / m
• ج) F_net = m * a^2
• د) a = m * F_net

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: a = F_net / m

الشرح: 1. القانون هو قانون نيوتن الثاني للحركة. 2. ينص على أن التسارع (a) يتناسب طردياً مع القوة المحصلة (F_net) المؤثرة على الجسم. 3. ويتناسب عكسياً مع كتلة الجسم (m). 4. الصيغة الرياضية هي: التسارع = القوة المحصلة ÷ الكتلة.

تلميح: هذا القانون يربط بين ثلاثة كميات فيزيائية أساسية.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

في مسألة قوتين متعاكستين تؤثران على جسم، كيف تحسب القوة المحصلة؟

• أ) F_net = F1 + F2
• ب) F_net = F1 * F2
• ج) F_net = F_الأكبر - F_الأصغر (في اتجاه القوة الأكبر)
• د) F_net = (F1 + F2) / 2

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: F_net = F_الأكبر - F_الأصغر (في اتجاه القوة الأكبر)

الشرح: 1. إذا أثرت قوتان على جسم في اتجاهين متعاكسين. 2. تحسب القوة المحصلة (F_net) بطرح القيمة المطلقة للقوة الأصغر من القوة الأكبر. 3. يكون اتجاه القوة المحصلة هو اتجاه القوة الأكبر. 4. مثال: إذا كانت F1 = 11.0 N و F2 = 10.0 N، فإن F_net = 11.0 - 10.0 = 1.0 N باتجاه F1.

تلميح: فكر في اتجاه القوى. إذا كانتا متعاكستين، فإنهما تطرحان من بعضهما.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما الوحدة الصحيحة للتسارع في النظام الدولي للوحدات (SI)؟

• أ) نيوتن (N)
• ب) متر لكل ثانية (m/s)
• ج) متر لكل ثانية مربعة (m/s²)
• د) كيلوجرام (kg)

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: متر لكل ثانية مربعة (m/s²)

الشرح: 1. التسارع هو التغير في السرعة مقسوماً على الزمن. 2. وحدة السرعة هي متر/ثانية (m/s). 3. وحدة الزمن هي الثانية (s). 4. لذلك، وحدة التسارع هي (متر/ثانية) / ثانية = متر لكل ثانية مربعة (m/s²).

تلميح: التسارع هو معدل تغير السرعة بالنسبة للزمن.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

إذا كانت القوة المحصلة المؤثرة على جسم تساوي 1.0 N وكتلته 0.30 kg، فما تسارعه؟

• أ) 0.30 m/s²
• ب) 1.0 m/s²
• ج) 3.3 m/s²
• د) 10.0 m/s²

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: 3.3 m/s²

الشرح: 1. المعطيات: القوة المحصلة (F_net) = 1.0 N، الكتلة (m) = 0.30 kg. 2. القانون: a = F_net / m. 3. الحل: a = 1.0 N / 0.30 kg. 4. النتيجة: a = 3.333... m/s². 5. بالتقريب حسب الأرقام المعنوية: a ≈ 3.3 m/s².

تلميح: استخدم قانون نيوتن الثاني: التسارع = القوة المحصلة ÷ الكتلة.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط

ما الخطوة الأولى في تحليل مسألة فيزيائية تتعلق بالقوى والتسارع؟

• أ) التعويض المباشر في القانون.
• ب) تحديد النظام واتجاه موجب، ورسم مخطط الجسم الحر.
• ج) تغيير الوحدات إلى النظام الدولي.
• د) تخمين الإجابة ثم التحقق منها.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تحديد النظام واتجاه موجب، ورسم مخطط الجسم الحر.

الشرح: 1. تحديد الجسم أو 'النظام' الذي ستُطبّق عليه القوانين. 2. اختيار اتجاه موجب للحركة (مثلاً اتجاه أحد القوى). 3. رسم مخطط الجسم الحر، وهو رسم يوضّح الجسم مع جميع القوى المؤثرة عليه. 4. هذه الخطوة أساسية لتحديد القوة المحصلة بشكل صحيح قبل تطبيق القانون.

تلميح: قبل الحساب، يجب فهم المشكلة وتصور القوى.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط