تجربة استهلالية - كتاب الفيزياء - الصف 10 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال سؤال التجربة: هل يمكنك وصف حركة مقذوف في كلا الاتجاهين الأفقي والرأسي؟

الإجابة: س: سؤال التجربة - وصف حركة المقذوف في الاتجاهين نعم، يمكن وصف حركة المقذوف على أنها حركتان مستقلتان: حركة أفقية بسرعة ثابتة تقريبًا، وحركة رأسية بتسارع ثابت نحو الأسفل بسبب الجاذبية؛ لذلك يكون المسار قطعًا مكافئًا.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لنفهم حركة المقذوف، يجب أن نتذكر أنها تتكون من حركتين مستقلتين لا تؤثر إحداهما على الأخرى: حركة في الاتجاه الأفقي وحركة في الاتجاه الرأسي.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** - في الاتجاه الأفقي، لا توجد قوى مؤثرة على المقذوف (بإهمال مقاومة الهواء)، مما يعني أن سرعته الأفقية تظل ثابتة. - في الاتجاه الرأسي، تؤثر قوة الجاذبية الأرضية باستمرار نحو الأسفل، مما يسبب تسارعًا ثابتًا (تسارع الجاذبية g) في هذا الاتجاه.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بناءً على ذلك، يمكن وصف حركة المقذوف بأنها حركة أفقية بسرعة ثابتة تقريبًا، وحركة رأسية بتسارع ثابت نحو الأسفل. هذا الدمج للحركتين يجعل المسار الكلي للمقذوف على شكل **قطع مكافئ**.

سؤال الخطوات: 1. استعن بخلفية مقسمة إلى مربعات على تصوير كرة مقذوفة بالفيديو، على أن تبدأ حركتها بسرعة في الاتجاه الأفقي فقط. 2. أنشئ الرسوم البيانية واستخدمها ارسم موقع الكرة كل 0.1s على ورقة رسم بياني. 3. ارسم شكلين للحركة: أحدهما يوضح الحركة الأفقية للكرة، والآخر يوضح حركتها الرأسية.

الإجابة: س1: صوّر الكرة أمام شبكة مربعات لتحديد مواقعها بدقة، واجعل الإطلاق أفقيًا فقط بحيث تكون السرعة الابتدائية رأسيًا $v_{0y} = 0$ وأفقيًا $v_{0x} \neq 0$. س2: ضع نقاطًا متتالية لمواضع الكرة كل 0.1s ستظهر المسافات الأفقية بين النقاط متساوية تقريبًا، بينما تزداد المسافات الرأسية بين النقاط مع الزمن. س3: - الشكل الأفقي: نقاط على خط أفقي متساوية التباعد (سرعة أفقية ثابتة). - الشكل الرأسي: نقاط على خط رأسي نحو الأسفل يزداد تباعدها مع الزمن (تسارع رأسي ثابت g).

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لفهم هذه التجربة، يجب أن نتذكر أن حركة المقذوف يمكن تحليلها إلى مركبتين مستقلتين: حركة أفقية وحركة رأسية. الحركة الأفقية تكون بسرعة ثابتة (بإهمال مقاومة الهواء)، بينما الحركة الرأسية تكون بتسارع ثابت هو تسارع الجاذبية الأرضية.
2. **الخطوة 2 (التطبيق على التجربة):** - **بالنسبة للخطوة 1 (التصوير والإطلاق):** تصوير الكرة أمام شبكة مربعات يتيح لنا تحديد إحداثيات موقع الكرة بدقة في كل لحظة. الإطلاق الأفقي فقط يعني أن السرعة الابتدائية الرأسية $v_{0y}$ تساوي صفرًا، بينما السرعة الابتدائية الأفقية $v_{0x}$ لا تساوي صفرًا. - **بالنسبة للخطوة 2 (رسم المواقع):** عند رسم مواقع الكرة كل 0.1s، سنتوقع أن تكون المسافات الأفقية بين النقاط متساوية تقريبًا، لأن السرعة الأفقية ثابتة. أما المسافات الرأسية، فستزداد مع الزمن لأن الكرة تتسارع نحو الأسفل بسبب الجاذبية. - **بالنسبة للخطوة 3 (رسم الشكلين):** - **الشكل الأفقي:** إذا رسمنا فقط الإحداثيات الأفقية للكرة مقابل الزمن، فستظهر النقاط على خط أفقي متساوية التباعد، مما يؤكد أن السرعة الأفقية ثابتة. - **الشكل الرأسي:** إذا رسمنا فقط الإحداثيات الرأسية للكرة مقابل الزمن، فستظهر النقاط على خط رأسي نحو الأسفل، ويزداد التباعد بينها مع الزمن، مما يؤكد أن هناك تسارعًا رأسيًا ثابتًا (g) يؤدي إلى زيادة السرعة الرأسية.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** هذه الملاحظات والرسومات البيانية تؤكد لنا أن حركة المقذوف هي دمج لحركة أفقية منتظمة وحركة رأسية متسارعة بانتظام.

سؤال التحليل: كيف تتغير سرعة الكرة في الاتجاه الرأسي؟ هل تزداد أو تقل أو تظل ثابتة؟ كيف تتغير سرعة الكرة في الاتجاه الأفقي؟ هل تزداد أو تقل أو تظل ثابتة؟

الإجابة: س: التحليل - كيف تتغير سرعة الكرة في الاتجاه الرأسي؟ تزداد سرعة الكرة في الاتجاه الرأسي (يزداد مقدار السرعة لأسفل) مع الزمن بسبب تسارع الجاذبية g. س: التحليل - كيف تتغير سرعة الكرة في الاتجاه الأفقي؟ تظل ثابتة تقريبًا (إذا أهملت مقاومة الهواء) لأن التسارع الأفقي يساوي صفرًا.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لتحليل حركة الكرة، يجب أن نفصل بين مركبتي الحركة: الأفقية والرأسية، ونفكر في القوى المؤثرة في كل اتجاه.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** - **في الاتجاه الرأسي:** القوة الوحيدة المؤثرة على الكرة هي قوة الجاذبية الأرضية، والتي تسحب الكرة باستمرار نحو الأسفل. هذه القوة تسبب تسارعًا ثابتًا (تسارع الجاذبية g) في الاتجاه الرأسي. - **في الاتجاه الأفقي:** بإهمال مقاومة الهواء، لا توجد أي قوة أفقية مؤثرة على الكرة. وفقًا لقانون نيوتن الأول، الجسم الذي لا تؤثر عليه قوة صافية يحافظ على سرعته.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** - بناءً على ذلك، **تزداد سرعة الكرة في الاتجاه الرأسي** (يزداد مقدار السرعة لأسفل) مع مرور الزمن بسبب تسارع الجاذبية g. - أما **سرعة الكرة في الاتجاه الأفقي فتظل ثابتة تقريبًا** (إذا أهملت مقاومة الهواء) لأن التسارع الأفقي يساوي صفرًا.

سؤال التفكير الناقد: صف حركة جسم يُقذف أفقيًا.

الإجابة: س: التفكير الناقد - صف حركة جسم يُقذف أفقيًا. يتحرك الجسم أفقيًا بسرعة ثابتة تقريبًا، وفي الوقت نفسه يسقط رأسيًا سقوطًا حرًا بتسارع g، لذا يكون مساره قطعًا مكافئًا، وزمن السقوط يعتمد على الارتفاع لا على السرعة الأفقية.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم الأساسي):** حركة الجسم المقذوف أفقيًا هي مثال على حركة المقذوفات، والتي يمكن تحليلها إلى حركتين مستقلتين: حركة أفقية وحركة رأسية.
2. **الخطوة 2 (وصف كل حركة):** - **الحركة الأفقية:** بما أنه لا توجد قوى أفقية مؤثرة (بإهمال مقاومة الهواء)، فإن الجسم يتحرك أفقيًا بسرعة ثابتة تقريبًا. - **الحركة الرأسية:** في الوقت نفسه، يتعرض الجسم لقوة الجاذبية الأرضية التي تسحبه نحو الأسفل، مما يجعله يسقط رأسيًا سقوطًا حرًا بتسارع ثابت هو تسارع الجاذبية (g).
3. **الخطوة 3 (النتيجة الكلية):** نتيجة لدمج هاتين الحركتين المستقلتين، يكون مسار الجسم على شكل **قطع مكافئ**. من المهم أيضًا أن ندرك أن زمن سقوط الجسم يعتمد فقط على الارتفاع الذي قُذف منه، ولا يتأثر بالسرعة الأفقية التي قُذف بها.

ما القوة الوحيدة التي تؤثر في الجسم المقذوف بعد إطلاقه (بإهمال مقاومة الهواء)؟

• أ) قوة الدفع الابتدائية
• ب) قوة مقاومة الهواء
• ج) قوة الجاذبية الأرضية
• د) قوة الطرد المركزي

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: قوة الجاذبية الأرضية

الشرح: 1. بعد إطلاق الجسم المقذوف واكتسابه سرعة ابتدائية، وبإهمال مقاومة الهواء، لا توجد قوى أفقية مؤثرة. 2. القوة الوحيدة المؤثرة في أثناء حركته في الهواء هي قوة الجاذبية الأرضية. 3. هذه القوة هي التي تسبب تسارع الجسم نحو الأسفل وتجعله يتحرك في مسار منحني.

تلميح: فكر في القوة التي تسحب الأجسام نحو الأرض.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

كيف تتغير سرعة الجسم المقذوف في الاتجاه الأفقي (بإهمال مقاومة الهواء)؟

• أ) تزداد بانتظام
• ب) تقل بانتظام
• ج) تظل ثابتة
• د) تتغير بشكل عشوائي

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: تظل ثابتة

الشرح: 1. في حركة المقذوف، يمكن تحليل الحركة إلى مركبتين مستقلتين: أفقية ورأسية. 2. في الاتجاه الأفقي، وبإهمال مقاومة الهواء، لا توجد قوى أفقية صافية تؤثر على الجسم. 3. وفقًا لقانون نيوتن الأول، الجسم الذي لا تؤثر عليه قوة صافية يحافظ على سرعته. 4. لذلك، تظل السرعة الأفقية للجسم المقذوف ثابتة.

تلميح: تذكر قانون نيوتن الأول للحركة في حالة عدم وجود قوى أفقية.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما الشكل الهندسي الذي يمثله مسار الجسم المقذوف (بإهمال مقاومة الهواء)؟

• أ) خط مستقيم
• ب) دائرة
• ج) قطع مكافئ
• د) قطع ناقص

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: قطع مكافئ

الشرح: 1. حركة المقذوف هي دمج لحركتين مستقلتين: أفقية ورأسية. 2. الحركة الأفقية تكون بسرعة ثابتة. 3. الحركة الرأسية تكون بتسارع ثابت (تسارع الجاذبية g) نحو الأسفل. 4. نتيجة دمج هاتين الحركتين معًا، يكون المسار الكلي للجسم على شكل قطع مكافئ.

تلميح: فكر في شكل منحنى يتجه لأعلى ثم يعود للأسفل.

التصنيف: تعريف | المستوى: متوسط

أي مما يلي يصف بشكل صحيح حركة جسم يُقذف أفقيًا؟

• أ) يتحرك أفقيًا بتسارع ثابت ويسقط رأسيًا بسرعة ثابتة
• ب) يتحرك أفقيًا بسرعة ثابتة ويسقط رأسيًا بتسارع ثابت
• ج) يتحرك أفقيًا ويسقط رأسيًا بسرعة ثابتة في كليهما
• د) يتحرك أفقيًا ورأسيًا بتسارع ثابت في كليهما

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: يتحرك أفقيًا بسرعة ثابتة ويسقط رأسيًا بتسارع ثابت

الشرح: 1. حركة الجسم المقذوف أفقيًا يمكن تحليلها إلى حركتين مستقلتين. 2. في الاتجاه الأفقي: لا توجد قوى أفقية (بإهمال مقاومة الهواء)، لذا تكون السرعة الأفقية ثابتة. 3. في الاتجاه الرأسي: تؤثر قوة الجاذبية الأرضية، مما يسبب تسارعًا ثابتًا (g) نحو الأسفل. 4. لذلك، يتحرك الجسم أفقيًا بسرعة ثابتة ويسقط رأسيًا بتسارع ثابت.

تلميح: تذكر أن الحركتين الأفقية والرأسية مستقلتان.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب

ما المصطلح الذي يُطلق على حركة الجسم المقذوف في الهواء؟

• أ) الحركة الدائرية
• ب) مسار المقذوف
• ج) الحركة التوافقية
• د) الحركة المستقيمة

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: مسار المقذوف

الشرح: 1. عندما يُقذف جسم في الهواء ويكتسب سرعة ابتدائية، فإنه يتحرك تحت تأثير الجاذبية. 2. هذه الحركة الخاصة للجسم في الهواء لها مصطلح علمي محدد. 3. وفقًا للنص، يُطلق على حركة الجسم المقذوف في الهواء اسم 'مسار المقذوف'.

تلميح: هو المصطلح المحدد لوصف هذا النوع من الحركة.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل