كيف تعمل - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 1: 1. احسب ما مقدار الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) للدراجة الهوائية المتعددة السرعات في الحالات الآتية: a. عند وضع السلسلة على ناقل حركة أمامي عدد مسنناته 52، وعلى ناقل حركة خلفي عدد مسنناته 14؟ b. عند وضع السلسلة على ناقل حركة أمامي عدد مسنناته 42 ، وعلى ناقل حركة خلفي عدد مسنناته 34؟

الإجابة: س1: (a) IMA = 14/52 ≈ 0.27 س1: (b) IMA = 34/42 ≈ 0.81

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات والمفهوم):** لنفهم هذا السؤال. الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) للدراجة الهوائية تعتمد على نسبة التروس. في الدراجات، عادة ما تُحسب هذه الفائدة بقسمة عدد مسننات ناقل الحركة الخلفي على عدد مسننات ناقل الحركة الأمامي. هذا يعطينا نسبة دوران العجلة الخلفية إلى دوران الدواسات. لدينا حالتان: - الحالة (أ): أمامي = 52 مسننة، خلفي = 14 مسننة. - الحالة (ب): أمامي = 42 مسننة، خلفي = 34 مسننة.
2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم القانون التالي لحساب الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA): $$IMA = \frac{\text{عدد مسننات الناقل الخلفي}}{\text{عدد مسننات الناقل الأمامي}}$$
3. **الخطوة 3 (الحل للحالة أ):** بالتعويض في القانون للحالة (أ): $$IMA_{(a)} = \frac{14}{52}$$ لحساب القيمة العددية: $$IMA_{(a)} = 0.2692... \approx 0.27$$
4. **الخطوة 4 (الحل للحالة ب):** بالتعويض في القانون للحالة (ب): $$IMA_{(b)} = \frac{34}{42}$$ لحساب القيمة العددية: $$IMA_{(b)} = 0.8095... \approx 0.81$$
5. **الخطوة 5 (النتيجة):** إذن: - في الحالة (أ): الفائدة الميكانيكية المثالية IMA ≈ **0.27** - في الحالة (ب): الفائدة الميكانيكية المثالية IMA ≈ **0.81**

سؤال 2: 2. طبق أي الحالتين a أو b في المسألة السابقة تختار أن تطبقها عند التسابق مع صديقك على أرض مستوية؟ وأي حالة تختار أن تطبقها عند صعود تل شديد الانحدار؟

الإجابة: أرض مستوية: (a) صعود التل: (b)

خطوات الحل:

1. **الشرح:** الفكرة هنا هي فهم العلاقة بين الفائدة الميكانيكية (IMA) وظروف القيادة. قيمة IMA المنخفضة (مثل 0.27) تعني أن العجلة الخلفية تدور عدد دورات أقل مقارنة بالدواسات، مما يتطلب جهداً أكبر من الراكب لتحريك الدراجة، لكنه يعطي سرعة أكبر عند نفس معدل دوران الدواسات. هذه مناسبة للأرض المستوية حيث لا يوجد مقاومة كبيرة مثل الانحدار. أما قيمة IMA المرتفعة (مثل 0.81) فتعني أن العجلة الخلفية تدور عدد دورات أكبر مقارنة بالدواسات، مما يجعل تحريك الدراجة أسهل ويتطلب جهداً أقل من الراكب، لكن السرعة الناتجة تكون أقل. هذه مناسبة لتسلق التلال شديدة الانحدار حيث نحتاج إلى بذل جهد أقل للتغلب على مقاومة الجاذبية. لذلك: - عند التسابق على أرض مستوية، نختار الحالة التي تعطي سرعة أكبر وهي الحالة **(أ)** ذات الـ IMA المنخفضة (0.27). - عند صعود تل شديد الانحدار، نختار الحالة التي تجعل القيادة أسهل وهي الحالة **(ب)** ذات الـ IMA المرتفع (0.81).

ما القانون المستخدم لحساب الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) لنظام نواقل الحركة في الدراجة الهوائية؟

• أ) IMA = عدد مسننات الناقل الأمامي / عدد مسننات الناقل الخلفي
• ب) IMA = عدد مسننات الناقل الخلفي × عدد مسننات الناقل الأمامي
• ج) IMA = عدد مسننات الناقل الخلفي / عدد مسننات الناقل الأمامي
• د) IMA = عدد مسننات الناقل الأمامي - عدد مسننات الناقل الخلفي

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: IMA = عدد مسننات الناقل الخلفي / عدد مسننات الناقل الأمامي

الشرح: 1. الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) في الدراجة الهوائية تعتمد على نسبة التروس. 2. تُحسب بقسمة عدد مسننات ناقل الحركة الخلفي على عدد مسننات ناقل الحركة الأمامي. 3. هذه النسبة تحدد سهولة أو صعوبة تدوير العجلة مقارنة بالدواسات.

تلميح: انظر إلى العلاقة بين عدد المسننات في الجزأين الأمامي والخلفي.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

ما تأثير الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) الكبيرة على قيادة الدراجة الهوائية؟

• أ) تزيد السرعة على الأرض المستوية وتقلل الجهد.
• ب) تقلل الجهد (القوة) اللازم لصعود التلال، لكن السرعة الناتجة تكون أقل.
• ج) تزيد الجهد المطلوب ولكن تعطي سرعة قصوى.
• د) لا تؤثر على الجهد ولكن تحسن استقرار الدراجة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تقلل الجهد (القوة) اللازم لصعود التلال، لكن السرعة الناتجة تكون أقل.

الشرح: 1. قيمة IMA الكبيرة تعني أن العجلة الخلفية تدور عدد دورات أكبر مقارنة بالدواسات. 2. هذا يجعل تحريك الدراجة أسهل ويتطلب جهداً أقل من الراكب. 3. العيب هو أن السرعة الناتجة عند نفس معدل دوران الدواسات تكون أقل.

تلميح: فكر في المواقف التي تحتاج فيها إلى بذل جهد أقل مقابل سرعة أقل.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

أي من الحالتين التاليتين تختارها لصعود تل شديد الانحدار، علماً بأن IMA للحالة (أ) ≈ 0.27 وللحالة (ب) ≈ 0.81؟

• أ) الحالة (أ) ذات الـ IMA المنخفض (0.27)
• ب) الحالة (ب) ذات الـ IMA المرتفع (0.81)
• ج) كلا الحالتين مناسبتان بنفس القدر.
• د) لا فرق بينهما لأن الـ IMA لا يؤثر على صعود التلال.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: الحالة (ب) ذات الـ IMA المرتفع (0.81)

الشرح: 1. عند صعود التل، نحتاج إلى بذل جهد أقل للتغلب على مقاومة الجاذبية. 2. قيمة IMA المرتفعة (0.81) تجعل تحريك الدراجة أسهل وتتطلب جهداً أقل من الراكب. 3. لذلك، نختار الحالة التي تعطي IMA أكبر لتسهيل عملية الصعود.

تلميح: تذكر العلاقة بين قيمة IMA والجهد المطلوب للتغلب على مقاومة الجاذبية.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط

ما الوظيفة الأساسية لمجموعة المبدل (الدرايلر) الخلفي في الدراجة الهوائية؟

• أ) التحكم في المكابح (الفرامل) الخلفية للدراجة.
• ب) تحديد موقع السلسلة على ناقل الحركة الخلفي استجابة لحركة رافعة المبدل الأيمن.
• ج) تعديل ضغط الهواء في الإطار الخلفي.
• د) تحريك السلسلة بين النواقل الأمامية فقط.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تحديد موقع السلسلة على ناقل الحركة الخلفي استجابة لحركة رافعة المبدل الأيمن.

الشرح: 1. مجموعة المبدل الخلفي تستجيب لحركة رافعة التحكم في مقبض اليد اليمنى. 2. وظيفتها هي تحريك السلسلة وتموضعها على ناقل الحركة الخلفي المطلوب. 3. تحتوي على ناقلي حركة صغيرين وآلية تحافظ على شد السلسلة أثناء التبديل.

تلميح: فكر في الجزء المسؤول عن نقل السلسلة بين المسننات الخلفية.

التصنيف: تعريف | المستوى: متوسط