الأسئلة الممتدة - كتاب الفيزياء - الصف 10 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 6: إذا تدلى غصن الشجرة في المسألة السابقة إلى أسفل بحيث تستند قدما الطفل على الأرض، وأصبحت قوة الشد في حبل الأرجوحة 220 N، فما مقدار القوة العمودية المؤثرة في قدمي الطفل؟ 2.2 × 10² N (A 2.5 × 10² N (B 4.3 × 10² N (C 6.9 × 10² N (D

الإجابة: س6: الإجابة الصحيحة: (أ) $2.2 \times 10^2\text{ N}$ عند الاتزان: $N = W - T = 440 - 220 = 220\text{ N}$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - وزن الطفل (من المسألة السابقة، وهو قوة الجاذبية المؤثرة عليه): $W = 440\text{ N}$ - قوة الشد في حبل الأرجوحة (للأعلى): $T = 220\text{ N}$ - المطلوب: القوة العمودية المؤثرة في قدمي الطفل ($N$).
2. **الخطوة 2 (القانون):** عندما تستند قدما الطفل على الأرض، يكون الطفل في حالة اتزان (أو على وشك الاتزان) في الاتجاه الرأسي. القوى المؤثرة عليه في الاتجاه الرأسي هي: 1. قوة الوزن ($W$) للأسفل. 2. قوة الشد في الحبل ($T$) للأعلى. 3. القوة العمودية من الأرض على قدمي الطفل ($N$) للأعلى. بتطبيق قانون نيوتن الثاني للاتزان (مجموع القوى الرأسية يساوي صفر) إذا اعتبرنا الاتجاه للأعلى موجبًا: $$\Sigma F_y = N + T - W = 0$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** من معادلة الاتزان، يمكننا إعادة ترتيبها لإيجاد القوة العمودية $N$: $$N = W - T$$ بالتعويض بالقيم المعطاة: $$N = 440\text{ N} - 220\text{ N} = 220\text{ N}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن مقدار القوة العمودية المؤثرة في قدمي الطفل هو: **$220\text{ N}$** وهذه القيمة يمكن كتابتها أيضاً على شكل $2.2 \times 10^2\text{ N}$.

سؤال 7: اعتمادًا على الرسم البياني أدناه، ما مقدار القوة المؤثرة في عربة كتلتها 16 kg؟ 4 N (A 8 N (B 16 N (C 32 N (D

الإجابة: س7: الإجابة الصحيحة: (د) $32\text{ N}$ من الرسم: $a = \frac{8}{4} = 2\text{ m/s}^2$ ، القوة $F = ma = 16 \times 2 = 32\text{ N}$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - كتلة العربة: $m = 16\text{ kg}$ - من الرسم البياني (نفترض أنه يمثل العلاقة بين السرعة والزمن، حيث المحور الرأسي يمثل السرعة والمحور الأفقي يمثل الزمن): يمكننا حساب التسارع ($a$) من ميل الخط المستقيم. - التغير في السرعة ($\Delta v$) = 8 m/s (من 0 إلى 8) - التغير في الزمن ($\Delta t$) = 4 s (من 0 إلى 4)
2. **الخطوة 2 (القانون):** أولاً، نحسب التسارع ($a$) من الرسم البياني باستخدام العلاقة التي تربط التغير في السرعة بالتغير في الزمن: $$a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$$ ثانياً، نستخدم قانون نيوتن الثاني للحركة لحساب القوة ($F$) المؤثرة في العربة: $$F = m \times a$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** نحسب التسارع من الرسم البياني: $$a = \frac{8\text{ m/s}}{4\text{ s}} = 2\text{ m/s}^2$$ الآن، نحسب القوة المؤثرة في العربة باستخدام التسارع المحسوب والكتلة المعطاة: $$F = 16\text{ kg} \times 2\text{ m/s}^2 = 32\text{ N}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن مقدار القوة المؤثرة في عربة كتلتها 16 kg هو: **$32\text{ N}$**

سؤال 8: ارسم مخطط الجسم الحر لطفل يقف على ميزان في مصعد، ثم صف باستخدام الكلمات والمعادلات الرياضية ما يحدث لوزن الطفل الظاهري عندما: يتسارع المصعد إلى أعلى، يهبط المصعد بسرعة منتظمة إلى أسفل، يهبط المصعد في حالة سقوط حر.

الإجابة: س8: مخطط الجسم الحر: $N$ لأعلى، $W$ لأسفل. 1) تسارع لأعلى: $N > mg$ (يزداد الوزن الظاهري) 2) سرعة منتظمة: $N = mg$ (يساوي الحقيقي) 3) سقوط حر: $N = 0$ (انعدام الوزن)

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم ومخطط الجسم الحر):** عندما يقف طفل على ميزان في مصعد، تؤثر عليه قوتان رئيسيتان في الاتجاه الرأسي: 1. **قوة الوزن ($W$):** وهي قوة الجاذبية الأرضية المؤثرة على الطفل، وتتجه دائمًا للأسفل. مقدارها $W = mg$ (حيث $m$ كتلة الطفل و $g$ تسارع الجاذبية الأرضية). 2. **القوة العمودية ($N$):** وهي القوة التي يؤثر بها الميزان (أو أرضية المصعد) على الطفل للأعلى. هذه القوة هي ما يقرأه الميزان، وبالتالي تمثل الوزن الظاهري للطفل. مخطط الجسم الحر للطفل يتضمن سهمًا للأسفل يمثل $W$ وسهمًا للأعلى يمثل $N$.
2. **الخطوة 2 (التطبيق - تحليل الحالات المختلفة):** نطبق قانون نيوتن الثاني للحركة ($\Sigma F = ma$) في الاتجاه الرأسي، حيث $a$ هو تسارع المصعد. إذا اعتبرنا الاتجاه للأعلى موجبًا: $$\Sigma F_y = N - W = ma$$ * **الحالة الأولى: يتسارع المصعد إلى أعلى.** في هذه الحالة، يكون اتجاه التسارع ($a$) للأعلى، لذا $a$ قيمة موجبة. $$N - W = ma$$ $$N = W + ma$$ بما أن $W = mg$، فإن $N = mg + ma = m(g+a)$. **الوصف:** يزداد الوزن الظاهري للطفل ($N$) ويصبح أكبر من وزنه الحقيقي ($W$). يشعر الطفل بأنه أثقل من المعتاد. * **الحالة الثانية: يهبط المصعد بسرعة منتظمة إلى أسفل.** في هذه الحالة، تكون السرعة منتظمة، مما يعني أن التسارع ($a$) يساوي صفرًا. $$N - W = m(0)$$ $$N = W$$ بما أن $W = mg$، فإن $N = mg$. **الوصف:** يساوي الوزن الظاهري للطفل ($N$) وزنه الحقيقي ($W$). يشعر الطفل بوزنه الطبيعي. * **الحالة الثالثة: يهبط المصعد في حالة سقوط حر.** في هذه الحالة، يهبط المصعد بتسارع يساوي تسارع الجاذبية الأرضية ($a = g$) للأسفل. إذا اعتبرنا الاتجاه للأعلى موجبًا، فإن التسارع سيكون $-g$. $$N - W = m(-g)$$ $$N = W - mg$$ بما أن $W = mg$، فإن $N = mg - mg = 0$. **الوصف:** ينعدم الوزن الظاهري للطفل ($N = 0$). يشعر الطفل بانعدام الوزن.

إذا تدلى غصن الشجرة في المسألة السابقة إلى أسفل بحيث تستند قدما الطفل على الأرض، وأصبحت قوة الشد في حبل الأرجوحة 220 N، فما مقدار القوة العمودية المؤثرة في قدمي الطفل؟

• أ) 2.5 × 10² N
• ب) 2.2 × 10² N
• ج) 4.3 × 10² N
• د) 6.9 × 10² N

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: 2.2 × 10² N

الشرح: ١. المعطيات: وزن الطفل W = 440 N (من المسألة السابقة)، قوة الشد T = 220 N. ٢. عند الاتزان الرأسي (مجموع القوى = 0): N + T - W = 0. ٣. إيجاد القوة العمودية: N = W - T = 440 N - 220 N = 220 N. ٤. النتيجة: 220 N = 2.2 × 10² N.

تلميح: تذكر أن الطفل في حالة اتزان. القوى المؤثرة عليه هي الوزن للأسفل، وقوة الشد والقوة العمودية للأعلى.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط

ما العلاقة بين القوة العمودية (الوزن الظاهري N) ووزن الطفل الحقيقي (W = mg) عندما يتسارع المصعد إلى أعلى؟

• أ) N = W (الوزن الظاهري يساوي الوزن الحقيقي)
• ب) N < W (الوزن الظاهري أقل من الوزن الحقيقي)
• ج) N > W (الوزن الظاهري أكبر من الوزن الحقيقي)
• د) N = 0 (انعدام الوزن الظاهري)

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: N > W (الوزن الظاهري أكبر من الوزن الحقيقي)

الشرح: ١. عند تسارع المصعد لأعلى (a موجب)، نطبق قانون نيوتن الثاني: ΣF = ma. ٢. القوى المؤثرة: N (لأعلى)، W (لأسفل). المعادلة: N - W = ma. ٣. إعادة الترتيب: N = W + ma. ٤. بما أن ma قيمة موجبة، فإن N ستكون أكبر من W.

تلميح: فكر في اتجاه التسارع. عندما يكون التسارع لأعلى، ما تأثير ذلك على القوة التي يبذلها الميزان؟

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

عندما يهبط مصعد بسرعة منتظمة إلى أسفل، ماذا يحدث للوزن الظاهري لطفل يقف على ميزان داخله؟

• أ) يزداد عن وزنه الحقيقي (N > mg)
• ب) يساوي وزنه الحقيقي (N = mg)
• ج) ينعدم (N = 0)
• د) ينقص عن وزنه الحقيقي (N < mg)

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: يساوي وزنه الحقيقي (N = mg)

الشرح: ١. السرعة المنتظمة تعني التسارع (a) = 0. ٢. القوى المؤثرة: الوزن (W = mg) للأسفل، والقوة العمودية (N) للأعلى (الوزن الظاهري). ٣. قانون نيوتن الثاني: ΣF = ma → N - mg = m × 0. ٤. إذن: N - mg = 0 → N = mg. ٥. الوزن الظاهري (N) يساوي الوزن الحقيقي (mg).

تلميح: تذكر أن السرعة المنتظمة تعني تسارعاً صفرياً. طبق قانون نيوتن الثاني للاتزان.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

عندما يهبط مصعد في حالة سقوط حر، ماذا يحدث للوزن الظاهري لطفل يقف على ميزان داخله؟

• أ) يزداد عن وزنه الحقيقي (N > mg)
• ب) يساوي وزنه الحقيقي (N = mg)
• ج) ينعدم (N = 0)
• د) ينقص عن وزنه الحقيقي (N < mg)

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: ينعدم (N = 0)

الشرح: ١. في السقوط الحر، تسارع المصعد (a) = g للأسفل. إذا اعتبرنا الأعلى موجباً: a = -g. ٢. قانون نيوتن الثاني: ΣF = ma → N - mg = m × (-g). ٣. إذن: N - mg = -mg → N = mg - mg. ٤. النتيجة: N = 0. ٥. الوزن الظاهري ينعدم، ويشعر الطفل بانعدام الوزن.

تلميح: في السقوط الحر، تسارع المصعد يساوي تسارع الجاذبية (g) للأسفل. طبق قانون نيوتن الثاني.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما القانون الفيزيائي الأساسي المستخدم لتحليل القوى المؤثرة على جسم في مصعد متحرك؟

• أ) قانون نيوتن الأول (القصور الذاتي)
• ب) قانون نيوتن الثاني للحركة (ΣF = ma)
• ج) قانون الجذب العام لنيوتن
• د) قانون حفظ الطاقة

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: قانون نيوتن الثاني للحركة (ΣF = ma)

الشرح: ١. لتحليل الوزن الظاهري في مصعد متحرك، ندرس القوى الرأسية المؤثرة على الجسم. ٢. القوى هي: الوزن الحقيقي (W = mg) للأسفل، والقوة العمودية (N) للأعلى. ٣. القانون المستخدم هو قانون نيوتن الثاني: مجموع القوى (ΣF) = الكتلة (m) × التسارع (a). ٤. بتطبيقه في الاتجاه الرأسي (مع اعتبار الأعلى موجباً): N - mg = ma. ٥. من هذه المعادلة يمكن استنتاج العلاقة بين الوزن الظاهري (N) والوزن الحقيقي (mg) بناءً على تسارع المصعد (a).

تلميح: هذا القانون يربط القوة المحصلة المؤثرة على جسم بتسارعه وكتلته.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

في مخطط الجسم الحر لطفل يقف ساكناً على أرضية مصعد، ما القوتان الرئيسيتان المؤثرتان عليه في الاتجاه الرأسي؟

• أ) قوة الشد في الحبل وقوة الوزن
• ب) قوة الوزن (للأسفل) والقوة العمودية من الميزان (للأعلى)
• ج) قوة الاحتكاك وقوة الوزن
• د) قوة الدفع وقوة المقاومة

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: قوة الوزن (للأسفل) والقوة العمودية من الميزان (للأعلى)

الشرح: ١. مخطط الجسم الحر هو تمثيل بياني للقوى الخارجية المؤثرة على جسم معين. ٢. للطفل الواقف على ميزان في مصعد، القوى الخارجية الرأسية هي: - قوة الوزن (W): قوة جذب الأرض للطفل، تتجه للأسفل. - القوة العمودية (N): قوة رد فعل الميزان (أو أرضية المصعد) على الطفل، تتجه للأعلى. ٣. هاتان القوتان هما الوحيدتان المؤثرتان في الاتجاه الرأسي في هذا الموقف الأساسي.

تلميح: مخطط الجسم الحر يظهر جميع القوى المؤثرة على الجسم من محيطه، متجاهلاً القوى الداخلية.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل