The Normal Force - كتاب الفيزياء - الصف 10 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 القوة العمودية

المفاهيم الأساسية

القوة العمودية: قوة تلامس يؤثر بها سطح في جسم آخر، وتكون دائماً عمودية على مستوى التلامس بين الجسمين.

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

#### تعريف: قوة تلامس عمودية على مستوى التلامس

#### علاقتها بالوزن

##### الحالة العامة: لا تساوي دائماً وزن الجسم

##### حالة الجسم الساكن على سطح أفقي (بدون قوى أخرى): F_N = F_g

##### حالة سحب الجسم لأعلى بقوة شد (بدون رفعه): F_N = F_g - F_{شد}

##### حالة الضغط على الجسم لأسفل: F_N > F_g

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؟

مثال: دلو يُرفع (مثال 4)

تحليل المسألة

#### ارسم مخطط الحالة ونموذج الجسم النقطي

#### ارسم مخطط الجسم الحر

#### كوّن نظامًا إحداثيًا (الاتجاه الموجب لأعلى)

العلاقات الرياضية

#### القوة المحصلة

F_{محصلة} = F_{T} + (-F_{g})

#### قوة الشد

F_{T} = F_{محصلة} + F_{g} = ma + mg = m(a + g)

#### حساب التسارع من معادلة الحركة

a = \frac{v_{f}^{2} - v_{i}^{2}}{2d}

#### حساب قوة الشد النهائية

F_{T} = m(\frac{v_{f}^{2}}{2d} + g)

#### مثال عددي

##### كتلة الدلو (m) = 50.0 kg

##### السرعة النهائية (v_f) = 3.0 m/s

##### المسافة (d) = 3.0 m

##### التسارع الأرضي (g) = 9.80 m/s²

##### قوة الشد المحسوبة = 565 N

##### وزن الدلو (F_g) = mg = 490 N

##### النتيجة: الحبل سينقطع لأن قوة الشد (565 N) أكبر من قوة تحمله (525 N).

```

نقاط مهمة

• القوة العمودية هي قوة رد فعل من السطح على الجسم.
• مقدار القوة العمودية يتغير حسب القوى الخارجية المؤثرة على الجسم.
• عند تطبيق قانون نيوتن الثاني على جسم متزن (a=0)، يمكن استنتاج العلاقة بين القوة العمودية والوزن والقوى الأخرى.

القوة العمودية

عندما يتلامس جسمان يؤثر كل منهما في الآخر بقوة؛ فالصندوق الموضوع على سطح الطاولة يؤثر فيه الجاذبية الأرضية بقوة إلى أسفل، وفي المقابل تؤثر فيه الطاولة بقوة إلى أعلى، وهذه القوة موجودة بالضرورة؛ لأن الصندوق متزن. إن القوة العمودية هي قوة تلامس يؤثر بها سطح في جسم آخر، وتكون دائماً عمودية على مستوى التلامس بين الجسمين. ولكن هل تكون هذه القوة دائماً مساوية لوزن الجسم، كما هو موضح في الشكل 18-4a؟ ماذا يحدث إذا ربط الصندوق بخيط وسحبته قليلاً إلى أعلى بقوة شد لاتكفي لرفع الصندوق؟ انظر الشكل 18-4b بتطبيق قانون نيوتن الثاني:

F_N + F_الخيط في الصندوق - F_g = ma = 0

وبترتيب المعادلة نجد أن:

F_N = F_g - F_الخيط في الصندوق

تلاحظ في هذه الحالة أن القوة العمودية التي تؤثر بها الطاولة في الصندوق أقل من وزن الجسم، أما إذا ضغطت على الصندوق أكبر من وزن الصندوق.

القوة العمودية المؤثرة في جسم لا تساوي دائماً وزنه.

القوة العمودية تساوي وزن الجسم.

القوة العمودية أقل من وزن الجسم.

القوة العمودية أكبر من وزن الجسم.

--- SECTION: The Normal Force --- القوة العمودية عندما يتلامس جسمان يؤثر كل منهما في الآخر بقوة؛ فالصندوق الموضوع على سطح الطاولة يؤثر فيه الجاذبية الأرضية بقوة إلى أسفل، وفي المقابل تؤثر فيه الطاولة بقوة إلى أعلى، وهذه القوة موجودة بالضرورة؛ لأن الصندوق متزن. إن القوة العمودية هي قوة تلامس يؤثر بها سطح في جسم آخر، وتكون دائماً عمودية على مستوى التلامس بين الجسمين. ولكن هل تكون هذه القوة دائماً مساوية لوزن الجسم، كما هو موضح في الشكل 18-4a؟ ماذا يحدث إذا ربط الصندوق بخيط وسحبته قليلاً إلى أعلى بقوة شد لاتكفي لرفع الصندوق؟ انظر الشكل 18-4b بتطبيق قانون نيوتن الثاني: F_N + F_الخيط في الصندوق - F_g = ma = 0 وبترتيب المعادلة نجد أن: F_N = F_g - F_الخيط في الصندوق تلاحظ في هذه الحالة أن القوة العمودية التي تؤثر بها الطاولة في الصندوق أقل من وزن الجسم، أما إذا ضغطت على الصندوق أكبر من وزن الصندوق. --- SECTION: الشكل 18-4 --- القوة العمودية المؤثرة في جسم لا تساوي دائماً وزنه. --- SECTION: a --- القوة العمودية تساوي وزن الجسم. --- SECTION: b --- القوة العمودية أقل من وزن الجسم. --- SECTION: c --- القوة العمودية أكبر من وزن الجسم. --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: الصندوق موضوع على الطاولة Description: A box resting on a table, with an upward force F_N and a downward force mg shown. The label 'a' is in the top left corner. Key Values: F_N (upward force), mg (downward force) Context: Illustrates the normal force (F_N) and gravitational force (mg) acting on a stationary object on a horizontal surface. **FIGURE**: الصندوق مسحوب بخيط بقوة شد أقل من وزنه Description: A box on a table being pulled upwards by a string with a force of 50.0 N. An upward force F_N and a downward force mg are shown. The label 'b' is in the top left corner. Key Values: F_N (upward force), mg (downward force), 50.0 N (tension force) Context: Illustrates a scenario where an upward tension force is applied, reducing the normal force compared to the weight. **FIGURE**: الصندوق مضغوط بقوة أكبر من وزنه Description: A box on a table being pushed down by a hand with a force of 50.0 N. An upward force F_N and a downward force mg are shown. The label 'c' is in the top left corner. Key Values: F_N (upward force), mg (downward force), 50.0 N (applied downward force) Context: Illustrates a scenario where a downward force is applied, increasing the normal force.