تطبيق الفيزياء

📚 معلومات الصفحة

الكتاب: كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 | المادة: الفيزياء | المرحلة: الصف 11 | الفصل الدراسي: 1

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

نوع المحتوى: درس تعليمي

📝 ملخص الصفحة

📚 القدرة (تابع) وتطبيقاتها

المفاهيم الأساسية

القدرة: المعدل الزمني لبذل الشغل. P = \frac{W}{t}

علاقة أخرى للقدرة: عندما تكون القوة والإزاحة في نفس الاتجاه، يمكن حساب القدرة أيضًا بالعلاقة P = Fv، حيث (v) هي السرعة.

خريطة المفاهيم

```markmap

الفصل: الشغل والطاقة والآلات البسيطة

4-1 الطاقة والشغل

الشغل بقوة مائلة

#### شروط الشغل

شغل موجب: يزيد طاقة النظام.
شغل سالب: ينقص طاقة النظام (مثال: الاحتكاك).
شغل صفري: عندما تكون القوة ⟂ الإزاحة (θ = 90°).

#### مثال تطبيقي: قوى تؤثر على سيارة مدفوعة

قوة الجاذبية (Fg): إلى أسفل ⟂ الحركة → شغل = 0.
قوة رد الفعل العمودية (FN): إلى أعلى ⟂ الحركة → شغل = 0.
قوة الاحتكاك: أفقية عكس الحركة (θ = 180°) → شغل سالب.

استراتيجية حل مسائل الشغل

ارسم مخططاً للنظام وحدد القوى المبذولة للشغل.

ارسم متجهات القوة والإزاحة.

أوجد الزاوية θ بين كل قوة والإزاحة.

احسب الشغل لكل قوة: W = Fd \cos \theta

احسب الشغل الكلي وحدد الإشارة بناءً على تغير طاقة النظام.

مثال 1: قرص هوكي

#### تحليل المسألة

المعلوم: m = 105 g، F = 4.50 N， d = 0.150 m
المجهول: W = ?، ΔKE = ?
الرسم: مخطط يوضح القوة (F) والإزاحة (d) في نفس الاتجاه (+x).

#### الحل

حساب الشغل: W = Fd = (4.50)(0.150) = 0.675 J

حساب التغير في الطاقة: W = ΔKE، إذن ΔKE = 0.675 J

#### تقويم الجواب

الوحدات صحيحة (الجول).
الإشارة موجبة لأن القوة الخارجية تبذل شغلاً على النظام.

مثال 2: بحار يسحب قاربًا

#### تحليل المسألة

المعلوم: F = 255 N， d = 30.0 m، θ = 25.0°
المجهول: W = ?
الرسم: مخطط متجهات يوضح القوة (F) ومركبتها الأفقية (F cos θ) والإزاحة (d).

#### الحل

حساب الشغل: W = Fd \cos \theta = (255)(30.0)(\cos 25.0°) = 6.93 \times 10^3 J

#### تقويم الجواب

الوحدات صحيحة (الجول).
الإشارة موجبة (البحار يبذل شغلاً على القارب).

مسائل تدريبية (تطبيق)

#### 1. قرص الهوكي (بناءً على مثال 1)

a: تأثير مضاعفة القوة على التغير في الطاقة الحركية.
b: تأثير تقليل المسافة على التغير في الطاقة الحركية.

#### 2. طالبان يدفعان سيارة

a: حساب الشغل المبذول.
b: تأثير مضاعفة القوة على الشغل المبذول لنفس المسافة.

#### 3. متسلق يحمل حقيبة

a: الشغل المبذول على الحقيبة.
b: الشغل المبذول لرفع نفسه والحقيبة.
c: التغير في طاقة المتسلق والحقيبة.

إيجاد الشغل المبذول عندما تتغير القوى المؤثرة

#### الطريقة البيانية

الرسم البياني (القوة - الإزاحة) يمكن استخدامه لحساب الشغل.
المساحة تحت المنحنى تساوي مقدار الشغل المبذول.

#### حالات خاصة

قوة ثابتة: الشغل = المساحة المستطيلة تحت المنحنى.

- مثال: W = Fd = (20.0 N)(1.50 m) = 30.0 J

قوة متغيرة خطياً (مثل قوة النابض): الشغل = مساحة المثلث تحت المنحنى.

- مثال: W = \frac{1}{2} (20.0 N)(1.50 m) = 15.0 J

الشغل الذي تبذله عدة قوى

نظرية الشغل - الطاقة: تربط بين الشغل الكلي المبذول على نظام والتغير في طاقته الحركية.
طريقة الحساب: احسب الشغل الذي تبذله كل قوة على حدة، ثم اجمع النتائج.

4-2 القدرة (Power)

تعريف القدرة

المفهوم: المعدل الزمني لبذل الشغل.
المعادلة: P = \frac{W}{t}

الفرق بين الشغل والقدرة

الشغل: كمية الطاقة المنقولة.
القدرة: سرعة نقل الطاقة (معدل بذل الشغل).

مثال توضيحي (الشكل 6-4)

الموقف: ثلاثة طلاب كتلهم متساوية يصعدون السلم.
التحليل:

- الشغل المبذول: متساوي (لأن الكتل والإزاحة متساوية).

- القدرة: مختلفة.

- طالب منفرد (أسرع): قدرته أكبر (يُنجز نفس الشغل في وقت أقل).

- طالبان معاً (بنفس السرعة): قدرتهما متساوية (يُنجزان نفس الشغل في نفس الوقت).

وحدات قياس القدرة

الواط (W): الواط الواحد = نقل 1 جول من الطاقة خلال 1 ثانية.
الكيلوواط (kW): 1 kW = 1000 W
الحصان الميكانيكي: 1 حصان = 746 W

مثال 3: محرك يرفع مصعدًا

#### تحليل المسألة

المعلوم: d = 9.00 m، t = 15.0 s، F = 1.20×10⁴ N
المجهول: P = ? (بوحدة kW)
الرسم: مخطط يوضح المصعد يتحرك لأعلى (+y) تحت تأثير قوة (F) في اتجاه الإزاحة (d).

#### الحل

استخدام معادلة القدرة: P = \frac{W}{t} = \frac{Fd}{t}

التعويض: P = \frac{(1.20×10⁴ N)(9.00 m)}{15.0 s} = 7.20 kW

#### تقويم الجواب

الوحدات صحيحة (القدرة تقاس بـ J/s أو W).
الإشارة موجبة وتتفق مع اتجاه القوة لأعلى.

مسائل تدريبية (تطبيق)

#### 9. رفع صندوق

المعلوم: الوزن = 575 N، d = 20.0 m، t = 10.0 s
المطلوب: القدرة بوحدة W و kW.

#### 10. دفع عربة يدوية

المعلوم: d = 60.0 m، t = 25.0 s، F = 145 N
المطلوب:

- a: القدرة المبذولة.

- b: القدرة إذا تحركت العربة بضعف السرعة.

#### 11. مضخة مياه

المعلوم: حجم الماء = 35 L/دقيقة، العمق = 110 m، (1 L = 1.00 kg)
المطلوب: القدرة المبذولة.

#### 12. محرك يرفع مصعدًا

المعلوم: P = 65 kW، d = 17.5 m، t = 35 s
المطلوب: مقدار القوة (F).

تطبيقات القدرة

#### العلاقة بين القوة والسرعة

معادلة القدرة: P = Fv
أقصى قدرة: لا يمكن تحقيقها عند أقصى قوة أو أقصى سرعة وحدها، بل عند مزيج معتدل منهما.

#### مثال: الدراجة الهوائية متعددة السرعات

الوظيفة: تضخيم قدرة راكب الدراجة.
الرسم البياني (الشكل 8-4):

- المنحنى الأحمر: العلاقة بين السرعة والقوة (تتناقص السرعة بزيادة القوة).

- المنحنى الأخضر: العلاقة بين القدرة الناتجة والقوة (تزداد القدرة حتى قيمة قصوى ثم تتناقص).

- أقصى قدرة: تحدث عند قوة مقدارها 400 N تقريبًا وسرعة 2.6 m/s تقريبًا، وتنتج قدرة تفوق 1000 W.

#### محددات المحركات والعضلات

المحركات والعضلات: لها حدود قصوى للقوة والسرعة يمكنها توليدها.
تصميم الآلات البسيطة: يهدف إلى التوفيق بين القوة والسرعة التي يولدها المحرك مع متطلبات العمل المطلوب، دون تجاوز حدود المحرك.

```

نقاط مهمة

يمكن حساب القدرة باستخدام العلاقة P = Fv عندما تكون القوة والسرعة في نفس الاتجاه.
لتحقيق أقصى قدرة، يجب إيجاد توازن بين القوة والسرعة، حيث أن أقصى قوة أو أقصى سرعة وحدها لا تنتج أقصى قدرة.
يوضح الرسم البياني للدراجة الهوائية كيف يمكن للآلة (مثل ناقل السرعات) أن تضخم قدرة المستخدم عن طريق تعديل العلاقة بين القوة والسرعة.
كل من المحركات وعضلات الجسم لها حدود قصوى للقوة والسرعة، ويجب تصميم الآلات لتعمل ضمن هذه الحدود.

📋 المحتوى المنظم

📖 محتوى تعليمي مفصّل

نوع: QUESTION_HOMEWORK

صممت رافعة ليتم تثبيتها على شاحنة كما في الشكل 7-4 ، ولدى اختبار قدرتها
ربطت الرافعة بجسم وزنه يعادل أكبر قوة تستطيع الرافعة التأثير بها، ومقدارها
N 10 × 6.8 ، فرفعت الجسم مسافة 15 مولدة قدرة مقدارها 0.30 . ما
الزمن الذي احتاجت إليه الرافعة لرفع الجسم ؟

نوع: QUESTION_HOMEWORK

توقفت سيارتك فجأة وقمت بدفعها، ولاحظت أن القوة اللازمة لجعلها تستمر في
الحركة آخذة في التناقص مع استمرار حركة السيارة. افترض أنه خلال مسافة m15
الأولى تناقصت قوتك بمعدل ثابت من 210.0 إلى 40.0 ، فما مقدار الشغل
الذي بذلته على السيارة ؟ ارسم المنحنى البياني القوة - الإزاحة لتمثل الشغل المبذول
خلال هذه الفترة.

نوع: محتوى تعليمي

لاحظت في المثال 3 أنه عندما تكون القوة والإزاحة في الاتجاه نفسه فإن p = Fd .
ولأن النسبة تمثل مقدار السرعة فإن القدرة يمكن حسابها باستخدام العلاقة
P = Fu أيضًا.

نوع: محتوى تعليمي

كيف تحدد الوضع المناسب لناقل السرعات عندما تركب دراجة هوائية متعددة السرعات ؟

نوع: محتوى تعليمي

بكل تأكيد أنت ترغب في جعل جسمك ينتج أكبر قدرة ممكنة. إذا أخذت المعادلة P = Fu
في الاعتبار فسوف تلاحظ أن القدرة تكون صفرًا عندما تكون السرعة صفرا، أو تكون
القوة صفرا. وفي المقابل لكي تكون القدرة أكبر ما يمكن لا بد أن تكون كل من القوة
والسرعة أكبر ما يمكن، لكن عضلات أجسامنا تعجز عن التأثير بقوى كبيرة جدا، كما
تعجز عن التحرك بسرعات كبيرة جدا، ولذلك فإن مزيجًا من سرعة معتدلة وقوة معتدلة
سينتج أكبر كمية من القدرة. وكما تخضع عضلات أجسامنا المحددات تخضع المحركات
أيضًا لمحددات. يوضح الشكل 8-4 ذلك عن طريق حالة خاصة لمحرك؛ حيث إن أقصى
قدرة منتجة تفوق 1000 عندما تكون القوة 400 تقريبًا ومقدار السرعة m/s 2.6
تقريبا، وجميع المحركات عليها محددات، ولذلك تصمم الآلات البسيطة بحيث تتلاءم
القوة ومقدار السرعة اللتان يولدهما المحرك بحسب ما يتطلبه إنجاز عمل ما دون تجاوز
محددات المحرك. وستتعلم المزيد عن الآلات البسيطة في القسم الآتي.

نوع: محتوى تعليمي

تضخيم القدرة في دراجة هوائية متعددة السرعات

نوع: محتوى تعليمي

الشكل 8-4 عندما تركب دراجة
هوائية متعددة السرعات فإنها تضخم
قدرتك؛ فإذا أثرت عضلاتك بقوة
مقدارها 400 ، وكانت السرعة
m/s 2.6 فإن القدرة الناتجة ستزيد
على 1000. لاحظ أن الرسم البياني
يعبر عن علاقتين؛ العلاقة بين السرعة
والقوة (باللون الأحمر)، والعلاقة بين
القدرة الناتجة والقوة (باللون الأخضر).

🔍 عناصر مرئية

تضخيم القدرة في دراجة هوائية متعددة السرعات

Graph showing the relationship between speed, force, and power in a multi-speed bicycle. The red curve represents the relationship between speed and force, and the green curve represents the relationship between power and force.

📄 النص الكامل للصفحة

صممت رافعة ليتم تثبيتها على شاحنة كما في الشكل 7-4 ، ولدى اختبار قدرتها
ربطت الرافعة بجسم وزنه يعادل أكبر قوة تستطيع الرافعة التأثير بها، ومقدارها
N 10 × 6.8 ، فرفعت الجسم مسافة 15 مولدة قدرة مقدارها 0.30 . ما
الزمن الذي احتاجت إليه الرافعة لرفع الجسم ؟

توقفت سيارتك فجأة وقمت بدفعها، ولاحظت أن القوة اللازمة لجعلها تستمر في
الحركة آخذة في التناقص مع استمرار حركة السيارة. افترض أنه خلال مسافة m15
الأولى تناقصت قوتك بمعدل ثابت من 210.0 إلى 40.0 ، فما مقدار الشغل
الذي بذلته على السيارة ؟ ارسم المنحنى البياني القوة - الإزاحة لتمثل الشغل المبذول
خلال هذه الفترة.

لاحظت في المثال 3 أنه عندما تكون القوة والإزاحة في الاتجاه نفسه فإن p = Fd .
ولأن النسبة تمثل مقدار السرعة فإن القدرة يمكن حسابها باستخدام العلاقة
P = Fu أيضًا.

--- SECTION: تطبيق الفيزياء ---
كيف تحدد الوضع المناسب لناقل السرعات عندما تركب دراجة هوائية متعددة السرعات ؟

بكل تأكيد أنت ترغب في جعل جسمك ينتج أكبر قدرة ممكنة. إذا أخذت المعادلة P = Fu
في الاعتبار فسوف تلاحظ أن القدرة تكون صفرًا عندما تكون السرعة صفرا، أو تكون
القوة صفرا. وفي المقابل لكي تكون القدرة أكبر ما يمكن لا بد أن تكون كل من القوة
والسرعة أكبر ما يمكن، لكن عضلات أجسامنا تعجز عن التأثير بقوى كبيرة جدا، كما
تعجز عن التحرك بسرعات كبيرة جدا، ولذلك فإن مزيجًا من سرعة معتدلة وقوة معتدلة
سينتج أكبر كمية من القدرة. وكما تخضع عضلات أجسامنا المحددات تخضع المحركات
أيضًا لمحددات. يوضح الشكل 8-4 ذلك عن طريق حالة خاصة لمحرك؛ حيث إن أقصى
قدرة منتجة تفوق 1000 عندما تكون القوة 400 تقريبًا ومقدار السرعة m/s 2.6
تقريبا، وجميع المحركات عليها محددات، ولذلك تصمم الآلات البسيطة بحيث تتلاءم
القوة ومقدار السرعة اللتان يولدهما المحرك بحسب ما يتطلبه إنجاز عمل ما دون تجاوز
محددات المحرك. وستتعلم المزيد عن الآلات البسيطة في القسم الآتي.

تضخيم القدرة في دراجة هوائية متعددة السرعات

الشكل 8-4 عندما تركب دراجة
هوائية متعددة السرعات فإنها تضخم
قدرتك؛ فإذا أثرت عضلاتك بقوة
مقدارها 400 ، وكانت السرعة
m/s 2.6 فإن القدرة الناتجة ستزيد
على 1000. لاحظ أن الرسم البياني
يعبر عن علاقتين؛ العلاقة بين السرعة
والقوة (باللون الأحمر)، والعلاقة بين
القدرة الناتجة والقوة (باللون الأخضر).

--- VISUAL CONTEXT ---
**GRAPH**: تضخيم القدرة في دراجة هوائية متعددة السرعات
Description: Graph showing the relationship between speed, force, and power in a multi-speed bicycle. The red curve represents the relationship between speed and force, and the green curve represents the relationship between power and force.
Table Structure:
Headers: N/A
X-axis: القوة (N)
Y-axis: القدرة الناتجة (W) and السرعة المتجهة (m/s)
Data: The graph shows two curves: one for the relationship between speed and force (red), and another for the relationship between power and force (green).
Context: This graph illustrates the relationship between force, speed, and power in a multi-speed bicycle, showing how power can be maximized by adjusting the gear ratio.

✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

عدد الأسئلة: 2

سؤال 13: صممت رافعة ليتم تثبيتها على شاحنة كما في الشكل 7-4 ، ولدى اختبار قدرتها ربطت الرافعة بجسم وزنه يعادل أكبر قوة تستطيع الرافعة التأثير بها، ومقدارها N 10 × 6.8 ، فرفعت الجسم مسافة 15 مولدة قدرة مقدارها 0.30 . ما الزمن الذي احتاجت إليه الرافعة لرفع الجسم ؟

الإجابة: الحل: 13 W = Fd = (6.8 × 10³) (15) = 1.02 × 10⁵ J P = 0.30 kW = 300 W $t = \frac{W}{P} = \frac{1.02 \times 10⁵}{300} = 340 s$

خطوات الحل:

**الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد المعطيات المتوفرة لدينا من السؤال: - القوة (الوزن): $F = 6.8 \times 10^3$ N - المسافة (الإزاحة): $d = 15$ m - القدرة: $P = 0.30$ kW
**الخطوة 2 (القانون):** لإيجاد الزمن، نحتاج أولاً لحساب الشغل المبذول ($W$) باستخدام القانون: $$W = F \times d$$ ثم نستخدم علاقة القدرة بالزمن: $$P = \frac{W}{t} \implies t = \frac{W}{P}$$
**الخطوة 3 (الحل):** أولاً: نقوم بتحويل القدرة من كيلوواط (kW) إلى واط (W): $$P = 0.30 \times 1000 = 300 \text{ W}$$ ثانياً: نحسب الشغل: $$W = (6.8 \times 10^3) \times 15 = 1.02 \times 10^5 \text{ J}$$ ثالثاً: نحسب الزمن بالتعويض في قانون القدرة: $$t = \frac{1.02 \times 10^5}{300} = 340$$
**الخطوة 4 (النتيجة):** إذن الزمن الذي احتاجت إليه الرافعة لرفع الجسم هو: **340 s**

سؤال 14: توقفت سيارتك فجأة وقمت بدفعها، ولاحظت أن القوة اللازمة لجعلها تستمر في الحركة آخذة في التناقص مع استمرار حركة السيارة. افترض أنه خلال مسافة m15 الأولى تناقصت قوتك بمعدل ثابت من 210.0 إلى 40.0 ، فما مقدار الشغل الذي بذلته على السيارة ؟ ارسم المنحنى البياني القوة - الإزاحة لتمثل الشغل المبذول خلال هذه الفترة.

الإجابة: الشغل = مساحة شبه المنحرف = $\frac{1}{2}$ (القوة الأولى + القوة الثانية) × الإزاحة = $\frac{1}{2}$ (210 + 40) (15) = 1875 J تستطيع تدوير عجلة القيادة من (0, 210) إلى (15, 40)

خطوات الحل:

**الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا من معلومات: - القوة الابتدائية: $F_1 = 210.0$ N - القوة النهائية: $F_2 = 40.0$ N - الإزاحة: $d = 15$ m
**الخطوة 2 (القانون):** بما أن القوة تتناقص بمعدل ثابت، فإن الشغل يساوي المساحة تحت منحنى (القوة - الإزاحة). في هذه الحالة، الشكل الناتج هو شبه منحرف، وقانون مساحته هو: $$W = \frac{1}{2}(F_1 + F_2) \times d$$
**الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض في القانون: $$W = \frac{1}{2}(210 + 40) \times 15$$ $$W = \frac{1}{2}(250) \times 15 = 125 \times 15 = 1875$$ ولتمثيل ذلك بيانياً، نرسم محوراً رأسياً للقوة ومحوراً أفقياً للإزاحة، ونصل بخط مستقيم بين النقطة $(0, 210)$ والنقطة $(15, 40)$.
**الخطوة 4 (النتيجة):** إذن مقدار الشغل الذي بذلته على السيارة هو: **1875 J**

🎴 بطاقات تعليمية للمراجعة

عدد البطاقات: 5 بطاقة لهذه الصفحة

صممت رافعة ليتم تثبيتها على شاحنة. لدى اختبار قدرتها رُبطت الرافعة بجسم وزنه يعادل أكبر قوة تستطيع الرافعة التأثير بها، ومقدارها 6.8 × 10⁴ N، فرفعت الجسم مسافة 15 m مولدة قدرة مقدارها 0.30 kW. ما الزمن الذي احتاجت إليه الرافعة لرفع الجسم؟

أ) 340 ثانية
ب) 3400 ثانية
ج) 5100 ثانية
د) 225 ثانية

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: 3400 ثانية

الشرح: ١. الشغل (W) = القوة × الإزاحة = (6.8 × 10⁴ N) × (15 m) = 1.02 × 10⁶ J. ٢. القدرة (P) = 0.30 kW = 300 W. ٣. الزمن (t) = الشغل ÷ القدرة = (1.02 × 10⁶ J) ÷ (300 W) = 3400 ثانية.

تلميح: تذكر العلاقة بين القدرة والشغل والزمن: القدرة = الشغل ÷ الزمن. احسب الشغل أولاً.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط

في سياق ركوب الدراجة الهوائية متعددة السرعات، ما الشرط الذي يجب تحقيقه للحصول على أكبر قدرة ممكنة من جسم الإنسان أو المحرك؟

أ) أقصى قوة ممكنة بغض النظر عن السرعة
ب) أقصى سرعة ممكنة بغض النظر عن القوة
ج) مزيج من سرعة معتدلة وقوة معتدلة
د) قوة صغيرة جداً وسرعة عالية جداً

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: مزيج من سرعة معتدلة وقوة معتدلة

الشرح: ١. القدرة (P) = القوة (F) × السرعة (v). ٢. لا يمكن للعضلات أو المحركات تحقيق قيم قصوى جداً للقوة والسرعة في نفس الوقت. ٣. لذلك، لتحقيق أقصى قدرة، يجب إيجاد توازن بين القوة والسرعة، أي استخدام قوة معتدلة وسرعة معتدلة.

تلميح: تذكر أن القدرة تساوي حاصل ضرب القوة في السرعة (P = Fv).

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

في اختبار رافعة، إذا كانت القوة المؤثرة 6.8 × 10⁴ N والإزاحة 15 m، فما مقدار الشغل المبذول؟

أ) 102 × 10³ J
ب) 1.02 × 10⁵ J
ج) 1.02 × 10⁶ J
د) 10.2 × 10⁶ J

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: 1.02 × 10⁶ J

الشرح: ١. قانون الشغل: W = F × d. ٢. التعويض: W = (6.8 × 10⁴ N) × (15 m). ٣. الحساب: W = 1.02 × 10⁶ جول (J).

تلميح: استخدم قانون الشغل: الشغل = القوة × الإزاحة (بشرط أن تكون القوة في اتجاه الإزاحة).

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

ما سبب تصميم الآلات البسيطة (مثل ناقل السرعات في الدراجة) بحيث تتلاءم القوة والسرعة التي يولدهما المحرك؟

أ) لزيادة تكلفة التصنيع فقط
ب) لجعل الآلة أكثر تعقيداً
ج) لتلائم إنجاز العمل المطلوب دون تجاوز محددات المحرك
د) لتقليل وزن الآلة فقط

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: لتلائم إنجاز العمل المطلوب دون تجاوز محددات المحرك

الشرح: ١. لكل محرك (أو عضلات الإنسان) حدود قصوى للقوة والسرعة لا يمكن تجاوزها. ٢. الآلات البسيطة تُصمم لضبط وتوليف القوة والسرعة الناتجتين. ٣. الهدف هو تحقيق التوازن الأمثل لإنجاز العمل المطلوب ضمن هذه الحدود (المحددات).

تلميح: فكر في حدود قدرة المحركات أو عضلات الإنسان على توليد القوة والسرعة.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط

توقفت سيارتك فجأة وقمت بدفعها، ولاحظت أن القوة اللازمة لجعلها تستمر في الحركة آخذة في التناقص مع استمرار حركة السيارة. افترض أنه خلال مسافة m15 الأولى تناقصت قوتك بمعدل ثابت من 210.0 إلى 40.0، فما مقدار الشغل الذي بذلته على السيارة؟

أ) 1875 جول
ب) 3750 جول
ج) 3150 جول
د) 125 جول

الإجابة الصحيحة: a

الإجابة: 1875 جول

الشرح: ١. المعطيات: القوة الابتدائية F₁ = 210.0 N، القوة النهائية F₂ = 40.0 N، الإزاحة d = 15 m. ٢. بما أن القوة تتناقص بمعدل ثابت، فإن الشغل (W) يساوي مساحة شبه المنحرف تحت منحنى القوة-الإزاحة. ٣. قانون مساحة شبه المنحرف: W = ½ × (F₁ + F₂) × d. ٤. التعويض: W = ½ × (210 + 40) × 15 = ½ × 250 × 15 = 125 × 15 = 1875. ٥. إذن مقدار الشغل هو 1875 جول.

تلميح: الشغل يساوي المساحة تحت منحنى القوة-الإزاحة. عندما تتناقص القوة بمعدل ثابت، يكون الشكل الناتج شبه منحرف.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط