صفحة 116 - كتاب الفيزياء - الصف 10 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 قوى الشد في الحبال والخيوط

المفاهيم الأساسية

قوة الشد: القوة التي يؤثر بها خيط أو حبل.

خريطة المفاهيم

```markmap

قوى التأثير المتبادل

قانون نيوتن الثالث

لكل فعل رد فعل

متساويان في المقدار

متعاكسان في الاتجاه

أنواع القوى

قوة الشد (في الخيوط)

#### تعريف: القوة التي يؤثر بها خيط أو حبل

#### افتراض: كتل الحبال والخيوط مهملة

#### مثال: دلو معلق بحبل

##### الشد في أي مكان في الحبل يساوي وزن الدلو

##### السبب: الدلو متزن، والقوة المحصلة صفر

##### تطبيق قانون نيوتن الثالث: F_{السفلي في العلوي} = -F_{العُلوي في السُفلي}

#### مثال: لعبة شد الحبل

##### إذا سحب كل فريق بقوة 500 N

##### الشد الكلي في الحبل = 500 N (وليس 1000 N)

##### السبب: القوى تشكل زوج تأثير متبادل (F_{اليسار في اليمين} = -F_{اليمين في اليسار})

القوة العمودية

تطبيقات وتحليل

مثال: حمل كتاب باليد

#### زوج تفاعل: الكتاب في اليد و اليد في الكتاب

مثال: كرة على طاولة على الأرض

#### أزواج التأثير المتبادل:

##### الكرة والطاولة

##### الطاولة والأرض

##### الكرة والأرض

#### قوى تؤثر في نفس الجسم (ليست أزواج تفاعل):

##### قوة الطاولة على الكرة (لأعلى)

##### قوة جاذبية الأرض على الكرة (لأسفل)

استراتيجيات حل المسألة

1. اعزل النظام أو الأنظمة عن المحيط الخارجي

2. ارسم نموذجًا تصويريًا وفيزيائيًا (مخطط الجسم الحر)

3. صل بين كل زوج من أزواج التأثير المتبادل بخط متقطع

4. استخدم قانون نيوتن الثاني لكل نظام

F_{محصلة} = m a

5. استخدم قانون نيوتن الثالث لربط قوى التأثير المتبادل

F_{A في B} = -F_{B في A}

6. حل المسألة واختبر الوحدات والإشارات والمقادير

مثال: تسارع الأرض

النظامان: كرة (0.18 kg) والأرض (6.0 × 10²⁴ kg)

زوج التأثير المتبادل: قوة جاذبية الأرض على الكرة وقوة جاذبية الكرة على الأرض

التسارع: تسارع الكرة = -g = -9.80 m/s²

القوة: القوة التي تؤثر بها الأرض في الكرة = -1.8 N

القوة: القوة التي تؤثر بها الكرة في الأرض

F_{الأرض في الكرة} = -F_{الكرة في الأرض} = -(-1.8 N) = +1.8 N

التسارع: التسارع الذي تكتسبه الأرض

a_{الأرض} = \frac{F_{المحصلة}}{m_{الأرض}} = \frac{1.8 N}{6.0 × 10^{24} kg} = 2.9 × 10^{-25} m/s^2

تقويم الجواب

1. هل الوحدات صحيحة؟

2. هل للإشارات معنى؟

3. هل الجواب منطقي؟

```

نقاط مهمة

• قوة الشد هي قوة تأثير متبادل بين أجزاء الحبل (طبقاً لقانون نيوتن الثالث).
• في حالة جسم معلق بحبل (كتلة الحبل مهملة)، يكون الشد في أي نقطة من الحبل مساوياً لوزن الجسم المعلق.
• في لعبة شد الحبل، إذا سحب كل فريق بنفس القوة، فإن الشد في الحبل يساوي قوة كل فريق (وليس مجموع القوتين).

قوى الشد في الحبال والخيوط

Forces of Ropes and Strings

قوة الشد اسم يطلق على القوة التي يؤثر بها خيط أو حبل. وللتبسيط سنفترض في هذا الكتاب أن كتل الحبال والخيوط مهملة.

ومن أجل فهم أكثر عمقاً لمصطلح الشد سندرس الحالة المبينة في الشكل 16-4، حيث يعلق دلو في نهاية حبل مثبت في السقف. تلاحظ أن الحبل يوشك أن ينقطع عند المنتصف، وإذا انقطع الحبل فسوف يسقط الدلو. وهذا يعني وجود قوى تجعل طرف الحبل العلوي (قبل أن ينقطع) متماسكاً مع طرفه السفلي.

نرمز إلى القوة التي يؤثر بها الطرف العلوي للحبل في الطرف السفلي بـ F السُفلي في العلوي ، وهي بحسب قانون نيوتن الثالث جزء من زوجي تأثير متبادل، أما الزوج الآخر فهو القوة التي يؤثر بها الطرف السفلي للحبل في الطرف العلوي: F العُلوي في السُفلي ، وهاتان القوتان متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه، كما هو موضح في الشكل 16-4.

يمكن أن تفكر في هذه الحالة بطريقة أخرى، فقبل أن ينقطع الحبل كان الدلو متزنًا، وهذا يعني أن قوة وزنه إلى أسفل يجب أن تساوي في المقدار وتعاكس في الاتجاه قوة الشد فيه إلى أعلى. الأمر الذي دعنا ننظر إلى تلك النقطة من الحبل التي تقع مباشرة فوق الدلو، وهي أيضاً في أسفل الحبل، وهي في اتجاه الأعلى. وينطبق هذا على أي نقطة في الحبل.

ولأن الشد في الطرف السفلي للحبل يساوي وزن الدلو كذلك، فإن الشد في أي مكان في الحبل يساوي وزن الدلو كذلك. وهذا يعني أن الشد في الحبل يساوي وزن جميع الأجسام التي تعلق في أسفله. ولأن كتلة الحبل مهملة لذلك فإن الشد في أي مكان في الحبل يساوي وزن الدلو.

توجد قوى الشد أيضاً في لعبة شد الحبل، مثل تلك المبينة في الشكل 17-4. فإذا أثر الفريق (A) الذي عن اليسار بقوة 500 N ولم يتحرك الحبل (R) فهذا يعني أن الفريق (B) الذي عن اليمين يسحب الحبل أيضاً بقوة 500 N. ما الشد في الحبل في مثل هذه الحالة؟ للإجابة على ذلك، الطرف الأيسر لا يتحرك، وهذا يعني أن القوة المحصلة المؤثرة فيه تساوي صفراً، لذلك فإن:

F_{اليسار في اليسار} = F_{اليمين في اليسار} = 500 N

وإذا سحب كل فريق بقوة 500 N، فهل سيكون الشد الكلي في الحبل 1000 N؟ للإجابة على ذلك، سندرس كلاً من نصفي الحبل على حدة. الطرف الأيسر لا يتحرك، وهذا يعني أن القوة المحصلة المؤثرة فيه تساوي صفراً، لذلك فإن:

F_{اليسار في اليمين} = F_{اليمين في اليسار} = 500 N

تمثل كل من F_{اليسار في اليمين} ، F_{اليمين في اليسار} أحد زوجي التأثير المتبادل، لذلك فهما متعاكستان في الاتجاه، أي أن الشد الكلي في الحبل يساوي كل فريق، وتساوي 500 N.

ولكن

كما أن:

F_{اليسار في اليمين} = F_{اليمين في اليسار} = 500 N

كأن:

ما القوى المؤثرة في القطار؟

ارجع إلى دليل التجارب منصة عين الافتراضية

QR code image

وزارة التعليم

Ministry of Education

2025 - 1447

116

قوى الشد في الحبال والخيوط Forces of Ropes and Strings قوة الشد اسم يطلق على القوة التي يؤثر بها خيط أو حبل. وللتبسيط سنفترض في هذا الكتاب أن كتل الحبال والخيوط مهملة. ومن أجل فهم أكثر عمقاً لمصطلح الشد سندرس الحالة المبينة في الشكل 16-4، حيث يعلق دلو في نهاية حبل مثبت في السقف. تلاحظ أن الحبل يوشك أن ينقطع عند المنتصف، وإذا انقطع الحبل فسوف يسقط الدلو. وهذا يعني وجود قوى تجعل طرف الحبل العلوي (قبل أن ينقطع) متماسكاً مع طرفه السفلي. نرمز إلى القوة التي يؤثر بها الطرف العلوي للحبل في الطرف السفلي بـ F السُفلي في العلوي ، وهي بحسب قانون نيوتن الثالث جزء من زوجي تأثير متبادل، أما الزوج الآخر فهو القوة التي يؤثر بها الطرف السفلي للحبل في الطرف العلوي: F العُلوي في السُفلي ، وهاتان القوتان متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه، كما هو موضح في الشكل 16-4. يمكن أن تفكر في هذه الحالة بطريقة أخرى، فقبل أن ينقطع الحبل كان الدلو متزنًا، وهذا يعني أن قوة وزنه إلى أسفل يجب أن تساوي في المقدار وتعاكس في الاتجاه قوة الشد فيه إلى أعلى. الأمر الذي دعنا ننظر إلى تلك النقطة من الحبل التي تقع مباشرة فوق الدلو، وهي أيضاً في أسفل الحبل، وهي في اتجاه الأعلى. وينطبق هذا على أي نقطة في الحبل. ولأن الشد في الطرف السفلي للحبل يساوي وزن الدلو كذلك، فإن الشد في أي مكان في الحبل يساوي وزن الدلو كذلك. وهذا يعني أن الشد في الحبل يساوي وزن جميع الأجسام التي تعلق في أسفله. ولأن كتلة الحبل مهملة لذلك فإن الشد في أي مكان في الحبل يساوي وزن الدلو. توجد قوى الشد أيضاً في لعبة شد الحبل، مثل تلك المبينة في الشكل 17-4. فإذا أثر الفريق (A) الذي عن اليسار بقوة 500 N ولم يتحرك الحبل (R) فهذا يعني أن الفريق (B) الذي عن اليمين يسحب الحبل أيضاً بقوة 500 N. ما الشد في الحبل في مثل هذه الحالة؟ للإجابة على ذلك، الطرف الأيسر لا يتحرك، وهذا يعني أن القوة المحصلة المؤثرة فيه تساوي صفراً، لذلك فإن: F_{اليسار في اليسار} = F_{اليمين في اليسار} = 500 N وإذا سحب كل فريق بقوة 500 N، فهل سيكون الشد الكلي في الحبل 1000 N؟ للإجابة على ذلك، سندرس كلاً من نصفي الحبل على حدة. الطرف الأيسر لا يتحرك، وهذا يعني أن القوة المحصلة المؤثرة فيه تساوي صفراً، لذلك فإن: F_{اليسار في اليمين} = F_{اليمين في اليسار} = 500 N تمثل كل من F_{اليسار في اليمين} ، F_{اليمين في اليسار} أحد زوجي التأثير المتبادل، لذلك فهما متعاكستان في الاتجاه، أي أن الشد الكلي في الحبل يساوي كل فريق، وتساوي 500 N. ولكن كما أن: F_{اليسار في اليمين} = F_{اليمين في اليسار} = 500 N كأن: ما القوى المؤثرة في القطار؟ ارجع إلى دليل التجارب منصة عين الافتراضية QR code image وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 116 --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: الشكل 16-4 الشد في الحبل يساوى مجموع أوزان الأجسام المعلقة به. Description: The diagram illustrates tension forces in a rope. A bucket is hanging from a rope. Forces labeled are F_السفلي في العلوي (tension from upper rope on lower rope), F_العُلوي في السُفلي (tension from lower rope on upper rope), and Fg (weight of the bucket). The diagram implies Newton's third law action-reaction pair for the rope segments and equilibrium for the bucket. Context: Illustrates the concept of tension forces in ropes and how they relate to the weight of suspended objects, demonstrating Newton's third law.