4-2 مراجعة - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 29: الآلات البسيطة صنف الأدوات أدناه إلى رافعة، أو عجلة ومحور، أو مستوى مائل، أو إسفين، أو بكرة. a) مفك براغي b) كماشة c) إزميل d) نزاعة الدبابيس

الإجابة: a. عجلة ومحور b. رافعة c. إسفين d. رافعة

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** تعتمد الآلات البسيطة على مبدأ تغيير اتجاه القوة أو مقدارها. لتصنيف هذه الأدوات، نحتاج للنظر في كيفية عملها ومكان نقطة الارتكاز أو السطح المستخدم.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** - **مفك البراغي:** يتكون من مقبض عريض (عجلة) ومحور رفيع يدوران معاً، لذا هو **عجلة ومحور**. - **الكماشة:** تتكون من ذراعين ونقطة ارتكاز في المنتصف تضاعف القوة، فهي **رافعة**. - **الإزميل:** له حافة مائلة وحادة تُستخدم للقطع أو الفصل، فهو **إسفين**. - **نزاعة الدبابيس:** تعمل بذراعين يتحركان حول نقطة ارتكاز لرفع الدبوس، فهي **رافعة**.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن التصنيف هو: a) عجلة ومحور b) رافعة c) إسفين d) رافعة

سؤال 30: الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) يتفحص عامل نظام بكرات متعددة؛ وذلك لتقدير أكبر جسم يمكن أن يرفعه. فإذا كانت أكبر قوة يمكن للعامل التأثير بها رأسيا إلى أسفل مساوية لوزنه 875 ، وعندما يحرك العامل الحبل مسافة 1.5 فإن الجسم يتحرك مسافة 0.25 ، فما وزن أثقل جسم يمكنه رفعه؟

الإجابة: IMA = 5250 N

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد البيانات المتوفرة لدينا: - القوة التي يؤثر بها العامل (قوة الجهد): $F_e = 875\ N$ - مسافة الجهد (إزاحة الحبل): $d_e = 1.5\ m$ - مسافة المقاومة (إزاحة الجسم): $d_r = 0.25\ m$
2. **الخطوة 2 (القانون):** أولاً، نحسب الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA): $$IMA = \frac{d_e}{d_r}$$ ثم نستخدمها لإيجاد أقصى وزن (قوة المقاومة $F_r$) بفرض أن الآلة مثالية: $$F_r = IMA \times F_e$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** حساب الفائدة الميكانيكية المثالية: $$IMA = \frac{1.5}{0.25} = 6$$ حساب وزن أثقل جسم (المقاومة): $$F_r = 6 \times 875 = 5250$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن وزن أثقل جسم يمكن رفعه هو: **5250 N**

سؤال 31: الآلات المركبة للونش ذراع نصف قطر دورانه 45cm ، يُدوّر أسطوانة نصف قطرها 7.5cm خلال مجموعة من نواقل الحركة، بحيث يدور الذراع ثلاث دورات لتدور الأسطوانة دورة واحدة. فما مقدار الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) لهذه الآلة المركبة؟

الإجابة: IMA = 18

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** المعطيات المتوفرة للآلة المركبة: - نصف قطر ذراع التدوير (الجهد): $r_e = 45\ cm$ - نصف قطر الأسطوانة (المقاومة): $r_r = 7.5\ cm$ - نسبة الدوران: 3 دورات للذراع مقابل دورة واحدة للأسطوانة.
2. **الخطوة 2 (القانون):** الفائدة الميكانيكية المثالية للآلة المركبة تساوي حاصل ضرب الفائدة الناتجة عن نصف القطر في الفائدة الناتجة عن نسبة التروس (عدد الدورات): $$IMA = \left( \frac{r_e}{r_r} \right) \times \left( \frac{\text{عدد دورات الجهد}}{\text{عدد دورات المقاومة}} \right)$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض في القانون: $$IMA = \left( \frac{45}{7.5} \right) \times \left( \frac{3}{1} \right)$$ $$IMA = 6 \times 3 = 18$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن الفائدة الميكانيكية المثالية لهذه الآلة هي: **18**

سؤال 32: الكفاءة إذا رفعت كفاءة آلة بسيطة، فهل تزداد الفائدة الميكانيكية (MA) ، والفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) أم تنقص، أم تبقى ثابتة ؟

الإجابة: تبقى ثابتة.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** نتذكر أن الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) تعتمد فقط على الأبعاد الهندسية للآلة (مثل الأطوال وأنصاف الأقطار)، بينما الكفاءة تتعلق بمدى ضياع الطاقة بسبب الاحتكاك.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عندما تزداد كفاءة الآلة، فإننا نقوم بتقليل الاحتكاك، مما يجعل الفائدة الميكانيكية الحقيقية (MA) تقترب من القيمة المثالية (IMA). ومع ذلك، فإن التصميم الهندسي للآلة (المسافات) لا يتغير بمجرد تحسين الكفاءة.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بما أن الأبعاد الهندسية ثابتة، فإن الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) **تبقى ثابتة**.

سؤال 33: التفكير الناقد تتغير الفائدة الميكانيكية لدراجة هوائية متعددة نواقل الحركة بتحريك السلسلة بحيث تدور ناقل حركة خلفيًا مناسبًا. a) عند الانطلاق بالدراجة عليك أن تؤثر في الدراجة بأكبر قوة ممكنة؛ لتكسبها تسارعا، فهل ينبغي أن تختار ناقل حركة صغيرًا أم كبيرًا؟ b) إذا وصلت إلى مقدار السرعة المناسب وأردت تدوير الدواسة بأقل عدد ممكن من الدورات فهل تختار ناقل حركة كبيرًا أم صغيرًا؟ c) بعض أنواع الدراجات الهوائية تمنحك فرصة اختيار حجم ناقل الحركة الأمامي. فإذا كنت بحاجة إلى قوة أكبر لتحدث تسارعا في أثناء صعودك تلا، فهل تتحول إلى ناقل الحركة الأمامي الأصغر أم الأكبر ؟

الإجابة: a. ناقل خلفي صغير b. ناقل خلفي كبير c. الناقل الأمامي الأصغر

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** في الدراجة الهوائية، تعمل التروس كناقل للحركة. الفائدة الميكانيكية تعتمد على النسبة بين عدد أسنان الترس الأمامي والترس الخلفي. لزيادة القوة (العزم)، نحتاج لنسبة تروس معينة، ولزيادة السرعة نحتاج لنسبة أخرى.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** - في حالة الانطلاق (a)، نحتاج لتسارع عالٍ وقوة كبيرة، وهذا يتطلب اختيار ترس خلفي يجعل بذل الجهد أسهل. - للحفاظ على السرعة بأقل مجهود تدوير (b)، نحتاج لترس يغطي مسافة أكبر في كل دورة. - عند صعود تلة (c)، نحتاج لأكبر قوة ممكنة للتغلب على الجاذبية، مما يتطلب أصغر ترس أمامي متاح.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بناءً على ذلك: a. نختار **ناقل حركة خلفي صغير**. b. نختار **ناقل حركة خلفي كبير**. c. نتحول إلى **الناقل الأمامي الأصغر**.

ما القانون المستخدم لحساب الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) لنظام بكرات، إذا عُرفت مسافة الجهد (d_e) ومسافة المقاومة (d_r)؟

• أ) IMA = F_r / F_e
• ب) IMA = d_e / d_r
• ج) IMA = (F_e * d_e) / (F_r * d_r)
• د) IMA = d_r / d_e

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: IMA = d_e / d_r

الشرح: 1. الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) هي نسبة الشغل المُدخل إلى الشغل المُخرج في آلة مثالية (بدون احتكاك). 2. في نظام البكرات، يمكن حسابها من نسبة المسافات. 3. القانون هو: IMA = مسافة الجهد (d_e) مقسومة على مسافة المقاومة (d_r). 4. هذا القانون مستمد من مبدأ حفظ الشغل في الآلات المثالية.

تلميح: الفائدة الميكانيكية المثالية تعتمد على نسبة المسافات التي يقطعها الجهد والمقاومة.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

إذا رُفعت كفاءة آلة بسيطة، ماذا يحدث للفائدة الميكانيكية المثالية (IMA)؟

• أ) تزداد
• ب) تنقص
• ج) تبقى ثابتة
• د) تتغير عشوائياً

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: تبقى ثابتة

الشرح: 1. الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) تعتمد فقط على الأبعاد الهندسية للآلة (مثل الأطوال، أنصاف الأقطار، عدد البكرات). 2. رفع الكفاءة يعني تقليل الطاقة المفقودة بسبب الاحتكاك. 3. تغيير الكفاءة لا يغير الأبعاد الهندسية للآلة. 4. لذلك، تبقى الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) ثابتة.

تلميح: الكفاءة تتعلق بفقدان الطاقة، بينما الفائدة الميكانيكية المثالية تتعلق بتصميم الآلة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

عند صعود تلّ بالدراجة الهوائية وتحتاج إلى قوة أكبر، أي ناقل حركة أمامي تختار؟

• أ) الناقل الأمامي الأكبر
• ب) الناقل الأمامي الأصغر
• ج) لا فرق بينهما
• د) الناقل الخلفي الأكبر فقط

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: الناقل الأمامي الأصغر

الشرح: 1. عند الصعود، تحتاج إلى قوة (عزم دوران) أكبر للتغلب على الجاذبية. 2. نسبة التروس المنخفضة (صغيرة) تعطي قوة أكبر ولكن بسرعة أقل. 3. اختيار ناقل حركة أمامي أصغر (مع ناقل خلفي كبير) يخلق نسبة تروس منخفضة. 4. هذه النسبة تجعل تدوير الدواسة أسهل وتوفر قوة أكبر للصعود.

تلميح: فكر في كيفية تغيير نسبة التروس للحصول على عزم دوران أكبر لتسهيل الصعود.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب

بناءً على مبدأ الرافعة في جسم الإنسان، لماذا قد يواجه الشخص الطويل صعوبة أكبر في الاحتمال خلال سباق مشي طويل؟

• أ) لأن سرعتهم القصوى أقل من القصار
• ب) لانخفاض كفاءة أنظمة الرافعة لديهم وطول الرافعة (عظام الساق)
• ج) لأن مركز كتلتهم أعلى مما يسبب عدم استقرار
• د) لأن خطواتهم أقصر من القصار

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: لانخفاض كفاءة أنظمة الرافعة لديهم وطول الرافعة (عظام الساق)

الشرح: 1. في جسم الإنسان، تعمل الساق كرافعة، والورك نقطة ارتكاز. 2. لدى الشخص الطويل رافعة (ساق) أطول. 3. تحريك رافعة أطول يتطلب قوة أكبر من نقطة الارتكاز (الورك). 4. بذل قوة أكبر بشكل متكرر على مسافة طويلة (سباق) يستهلك طاقة أكثر ويقلل القدرة على الاحتمال والمواصلة.

تلميح: تذكر العلاقة بين طول الرافعة والقوة المطلوبة لتحريكها، وكيف يؤثر ذلك على الطاقة المستهلكة.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب

عند تحسين كفاءة آلة بسيطة (مثلاً بتقليل الاحتكاك)، أي من الكميات التالية تظل ثابتة ولا تتغير بتغير هذه الكفاءة؟

• أ) الفائدة الميكانيكية الحقيقية (MA)
• ب) الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA)
• ج) الشغل الناتج (Wo)
• د) نسبة الشغل الناتج إلى الشغل المبذول

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA)

الشرح: 1. الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) تُحسب من خلال نسبة المسافات (de/dr). 2. هذه المسافات تعتمد كلياً على التصميم الهندسي والأبعاد المادية للآلة. 3. تحسين الكفاءة يقلل من ضياع الطاقة بسبب الاحتكاك، مما يزيد من الفائدة الميكانيكية الحقيقية (MA) لتقترب من القيمة المثالية. 4. بما أن الأبعاد الهندسية ثابتة، فإن القيمة المثالية (IMA) تظل ثابتة.

تلميح: فكر في الكمية التي تعتمد فقط على الأبعاد الهندسية (المسافات) للآلة وليس على القوى الضائعة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط