صفحة 122 - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

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

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

📚 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

📚 تقويم: الشغل والطاقة والآلات

المفاهيم الأساسية

الشغل: انتقال الطاقة عندما تؤثر قوة في جسم فيتحرك في اتجاه القوة أو عكسه.

القدرة: المعدل الزمني لبذل الشغل.

خريطة المفاهيم

```markmap

الفصل 4: الطاقة والشغل والآلات

4-1 الطاقة والشغل

المفردات

  • الشغل
  • الطاقة
  • الطاقة الحركية
  • نظرية الشغل والطاقة
  • الجول (وحدة الشغل)
  • القدرة
  • الواط (وحدة القدرة)

المفاهيم الرئيسة

  • الشغل هو انتقال الطاقة: W = Fd \cos \theta
  • طاقة الحركة: KE = \frac{1}{2} mv^2
  • نظرية الشغل والطاقة: W = \Delta KE
  • حساب الشغل من منحنى (القوة - الإزاحة)
  • القدرة هي المعدل: P = \frac{W}{t}

4-2 الآلات

المفردات

  • الآلة
  • القوة (المسلطة)
  • المقاومة
  • الفائدة الميكانيكية (MA)
  • الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA)
  • الكفاءة
  • الآلة المركبة

المفاهيم الرئيسة

  • الآلات لا تغير الشغل، بل تجعل المهمة أسهل.
  • تخفف الحمل بتغيير مقدار القوة أو اتجاهها.
  • الفائدة الميكانيكية: MA = \frac{F_r}{F_e}
  • الفائدة الميكانيكية المثالية: IMA = \frac{d_e}{d_r}
  • الكفاءة: e = \frac{W_o}{W_i} \times 100
  • العلاقة بين MA و IMA والكفاءة: e = \frac{MA}{IMA} \times 100
  • MA الفعلية دائماً أقل من IMA.

التقويم

خريطة المفاهيم (السؤال 34)

  • ربط المصطلحات: القوة، الإزاحة، اتجاه الحركة، الشغل، التغير في الطاقة الحركية.

إتقان المفاهيم (أسئلة 35-42)

  • وحدة قياس الشغل هي الجول.
  • شروط بذل الشغل: وجود قوة وإزاحة في اتجاهها.
  • العلاقة بين الشغل والتغير في الطاقة.
  • تعريف القدرة ووحدتها (الواط).
  • حدود عمل الآلات (الشغل الناتج لا يمكن أن يكون أكبر من الشغل المبذول).

تطبيق المفاهيم (أسئلة 43-52)

  • حساب الشغل اللازم للرفع الرأسي: W = F \times d = (mg) \times h
  • مقارنة الشغل المبذول والقدرة المنتجة في مواقف مختلفة.
  • تفسير حالات يبدو فيها الشغل صفراً (مثل رفع جسم بسرعة ثابتة).
  • تفسير حركة الكواكب في ضوء نظرية الشغل والطاقة.
  • تطبيقات على الآلات البسيطة (مثل دواسات الدراجة، الإسفين، المطرقة ذات الكماشة).
```

نقاط مهمة

  • الشغل المبذول لرفع جسم رأسيًا يعتمد على وزنه والارتفاع فقط، بغض النظر عن المسار.
  • إذا كانت القوة عمودية على اتجاه الحركة، فإن الشغل المبذول يساوي صفرًا (مثل قوة الجاذبية على قمر في مدار دائري).
  • القدرة تعتمد على مقدار الشغل والزمن المستغرق لإنجازه.
  • الفائدة الميكانيكية المثالية للآلة تعتمد على أبعادها الهندسية.

📄 النص الكامل للصفحة

--- SECTION: خريطة المفاهيم --- 34. كوّن خريطة مفاهيم مستخدما المصطلحات الآتية: القوة الإزاحة، اتجاه الحركة الشغل، التغير في الطاقة الحركية. --- SECTION: إتقان المفاهيم --- 35. ما وحدة قياس الشغل ؟ (1-4) 36. افترض أن قمرًا صناعيا يدور حول الأرض في مدار دائري، فهل تبذل قوة الجاذبية الأرضية أي شغل على القمر؟ (1-4) 37. ينزلق جسم بسرعة ثابتة على سطح عديم الاحتكاك. ما القوى المؤثرة في الجسم ؟ وما مقدار الشغل الذي تبذله كل قوة؟ (1-4) 38. عرف كلا من الشغل والقدرة؟ (1-4) 39. ماذا تكافئ وحدة الواط بدلالة وحدات الكيلوجرام والمتر والثانية؟ (1-4) 40. وضّح العلاقة بين الشغل المبذول والتغير في الطاقة. (1-4) 41. هل يمكن لآلة ما أن تعطي شغلاً ناتجا أكبر من الشغل المبذول عليها. (2-4) 42. فسر كيف يمكن اعتبار الدواسات التي في الدراجة الهوائية آلة بسيطة ؟ (2-4) --- SECTION: تطبيق المفاهيم --- 43. أي الحالتين الآتيتين تتطلب بذل شغل أكبر : حمل حقيبة ظهر وزنها 420 إلى أعلى تل ارتفاعه 200 ، أو حمل حقيبة ظهر وزنها 210 إلى أعلى تل ارتفاعه 400؟ ولماذا؟m 44. الرفع يقع صندوق كتب تحت تأثير قوتين في أثناء رفعك له عن الأرض لتضعه على سطح طاولة؛ إذ تؤثر فيه الجاذبية الأرضية بقوة مقدارها (mg) إلى أسفل، وتؤثر فيه أنت بقوة مقدارها (mg) إلى أعلى. ولأن هاتين القوتين متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه فيبدو كأنه لا يوجد شغل مبذول، ولكنك تعلم أنك بذلت شغلاً. فسر ما الشغل الذي بذل؟ 45. يحمل عامل صناديق كرتونية إلى أعلى السلم ثم يحمل صناديق مماثلة لها في الوزن إلى أسفله. غير أن معلم الفيزياء يرى أن هذا العامل لم "يشتغل" مطلقًا؛ لذا فإنه لا يستحق أجرًا. فكيف يمكن أن يكون المعلم على صواب؟ وكيف يمكن إيجاد طريقة ليحصل بها العامل على أجره؟ 46. إذا حمل العامل في المسألة السابقة الكراتين إلى أسفل درج، ثم سار بها مسافة 15 في ممر ، فهل يبذل شغلاً الآن؟ فسر إجابتك. 47. صعود الدرج يصعد شخصان لهما الكتلة نفسها العدد نفسه من الدرجات. فإذا صعد الشخص الأول الدرجات خلال 25 ، وصعد الشخص الثاني الدرجات خلال 35 a. فأي الشخصين بذل شغلاً أكبر ؟ فسر إجابتك. b. أي الشخصين أنتج قدرة أكثر ؟ فسر إجابتك. a. فأي الشخصين بذل شغلاً أكبر ؟ فسر إجابتك. b. أي الشخصين أنتج قدرة أكثر ؟ فسر إجابتك. 48. وضح أن القدرة المنقولة يمكن كتابتها على النحو الآتي: P = Fucos 49. كيف تستطيع زيادة الفائدة الميكانيكية المثالية لآلة؟ 50. الإسفين كيف تستطيع زيادة الفائدة الميكانيكية للإسفين دون تغيير فائدته الميكانيكية المثالية ؟ 51. المدارات فسر لماذا لا يتعارض دوران كوكب حول الشمس مع نظرية الشغل والطاقة ؟ 52. المطرقة ذات الكماشة تستخدم المطرقة ذات الكماشة لسحب مسمار من قطعة خشب كما في الشكل 16-4.

✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

عدد الأسئلة: 20

سؤال 34: 34. كوّن خريطة مفاهيم مستخدما المصطلحات الآتية: القوة الإزاحة، اتجاه الحركة الشغل، التغير في الطاقة الحركية.

الإجابة: القوة، الإزاحة، اتجاه الحركة، الشغل، التغير في الطاقة الحركية. W = Fd cos θ الشغل = التغير في الطاقة الحركية

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لربط هذه المصطلحات، نبدأ بالعلاقة الأساسية للشغل؛ حيث ينتج الشغل عن تأثير **قوة** في جسم لتحريكه **إزاحة** معينة، مع مراعاة **اتجاه الحركة** (الزاوية).
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** وفقاً لنظرية الشغل-الطاقة، فإن هذا **الشغل** المبذول يؤدي مباشرة إلى **تغير في الطاقة الحركية** للجسم.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذا يمكننا صياغة الخريطة كالتالي: القوة والإزاحة واتجاه الحركة تحدد الشغل ($$W = Fd \\cos \theta$$)، وهذا الشغل يساوي التغير في الطاقة الحركية.

سؤال 35: 35. ما وحدة قياس الشغل ؟ (1-4)

الإجابة: الجول (J) ويكافئ N.m

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** نتذكر أن الشغل هو حاصل ضرب القوة في الإزاحة ($$W = F \\cdot d$$).
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بما أن وحدة القوة هي النيوتن ($$N$$) ووحدة الإزاحة هي المتر ($$m$$)، فإن وحدة الشغل هي ($$N.m$$).
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** هذه الوحدة المركبة تُعرف في النظام الدولي للوحدات باسم **الجول (J)**.

سؤال 36: 36. افترض أن قمرًا صناعيا يدور حول الأرض في مدار دائري، فهل تبذل قوة الجاذبية الأرضية أي شغل على القمر؟ (1-4)

الإجابة: لا؛ لأن القوة عمودية على الإزاحة.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لكي تبذل قوة شغلاً، يجب أن يكون هناك مركبة للقوة في اتجاه الإزاحة. قانون الشغل هو $$W = Fd \\cos \theta$$.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** في المدار الدائري، تؤثر قوة الجاذبية نحو مركز الأرض (نصف قطرياً)، بينما تكون حركة القمر الصناعي (الإزاحة) مماسية للمسار. هذا يعني أن الزاوية بين القوة والإزاحة هي $$90^\\circ$$.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بما أن $$\\cos 90^\\circ = 0$$، فإن **قوة الجاذبية لا تبذل شغلاً** على القمر الصناعي.

سؤال 37: 37. ينزلق جسم بسرعة ثابتة على سطح عديم الاحتكاك. ما القوى المؤثرة في الجسم ؟ وما مقدار الشغل الذي تبذله كل قوة؟ (1-4)

الإجابة: القوى المؤثرة هي: القوة العمودية وقوة الجاذبية الأرضية. ومقدار الشغل الذي تبذله كل قوة = 0

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لنحلل القوى المؤثرة على جسم ينزلق أفقياً: هناك قوة الجاذبية ($$Fg$$) لأسفل، والقوة العمودية ($$FN$$) لأعلى. وبما أن السطح عديم الاحتكاك والسرعة ثابتة، فلا توجد قوى أفقية مؤثرة.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** نلاحظ أن كلاً من القوة العمودية وقوة الجاذبية متعامدتان تماماً مع اتجاه حركة الجسم الأفقي.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بما أن القوى عمودية على الإزاحة، فإن **مقدار الشغل الذي تبذله كل قوة يساوي صفراً**.

سؤال 38: 38. عرف كلا من الشغل والقدرة؟ (1-4)

الإجابة: الشغل: هو حاصل ضرب القوة في الإزاحة في اتجاه القوة. القدرة: هي المعدل الزمني لبذل الشغل.

خطوات الحل:

  1. **الشرح:** لفهم الفرق بين المصطلحين، ننظر إلى تعريف كل منهما في الفيزياء؛ **الشغل** يعبر عن كمية الطاقة المنقولة عندما تؤثر قوة في جسم وتحركه مسافة معينة في اتجاهها. أما **القدرة**، فهي لا تهتم فقط بكمية الشغل، بل بمدى سرعة إنجازه، أي أنها المعدل الزمني لبذل الشغل. إذن الإجابة هي: **الشغل هو حاصل ضرب القوة في الإزاحة، والقدرة هي المعدل الزمني لبذل الشغل.**

سؤال 39: 39. ماذا تكافئ وحدة الواط بدلالة وحدات الكيلوجرام والمتر والثانية؟ (1-4)

الإجابة: الواط = $\frac{J}{s} = \frac{kg.m^2}{s^3}$

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المعطيات):** الواط هو وحدة القدرة، والقدرة تساوي الشغل مقسوماً على الزمن ($$P = W/t$$). إذن: $$1 W = 1 J/s$$.
  2. **الخطوة 2 (القانون):** نحلل الجول ($$J$$): هو نيوتن في متر ($$N.m$$). والنيوتن ($$N$$) من قانون نيوتن الثاني هو $$kg.m/s^2$$.
  3. **الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض: $$J = (kg.m/s^2) \\cdot m = kg.m^2/s^2$$. ثم نقسم على الثانية ($$s$$) للحصول على الواط: $$(kg.m^2/s^2) / s = kg.m^2/s^3$$.
  4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن الواط يكافئ: **$$\frac{kg.m^2}{s^3}$$**

سؤال 40: 40. وضّح العلاقة بين الشغل المبذول والتغير في الطاقة. (1-4)

الإجابة: الشغل المبذول = التغير في الطاقة الحركية W = ΔK

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** العلاقة بين الشغل والطاقة يوصفها مبدأ فيزيائي شهير يسمى "نظرية الشغل-الطاقة".
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** هذه النظرية تنص على أن الشغل الكلي المبذول على جسم ما يؤدي إلى تغيير في طاقته الحركية.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك العلاقة هي: **الشغل المبذول يساوي التغير في الطاقة الحركية ($$W = \\Delta K$$)**.

سؤال 41: 41. هل يمكن لآلة ما أن تعطي شغلاً ناتجا أكبر من الشغل المبذول عليها. (2-4)

الإجابة: لا؛ لأن ذلك يتعارض مع قانون حفظ الطاقة.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** نتذكر قانون حفظ الطاقة، الذي ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** إذا أنتجت الآلة شغلاً أكبر مما بُذل عليها، فهذا يعني أنها خلقت طاقة إضافية، وهو أمر مستحيل فيزيائياً. في الواقع، دائماً ما يكون الشغل الناتج أقل من المبذول بسبب ضياع جزء من الطاقة كحرارة (احتكاك).
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن الإجابة هي: **لا؛ لأن ذلك يتعارض مع قانون حفظ الطاقة.**

سؤال 42: 42. فسر كيف يمكن اعتبار الدواسات التي في الدراجة الهوائية آلة بسيطة ؟ (2-4)

الإجابة: تغير اتجاه القوة وتزيد من مقدارها (عجلة ومحور)

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** الآلة البسيطة هي أداة تسهل أداء المهام عن طريق تغيير مقدار القوة أو اتجاهها.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** في الدراجة، عندما تضغط على الدواسات، فإنك تؤثر بقوة على ذراع يدور حول محور. هذا النظام يعمل كـ "عجلة ومحور".
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك تعتبر آلة بسيطة لأنها **تغير اتجاه القوة وتزيد من مقدارها (نظام عجلة ومحور)**.

سؤال 43: 43. أي الحالتين الآتيتين تتطلب بذل شغل أكبر : حمل حقيبة ظهر وزنها 420N إلى أعلى تل ارتفاعه 200m ، أو حمل حقيبة ظهر وزنها 210N إلى أعلى تل ارتفاعه 400m؟ ولماذا؟

الإجابة: الحالة الأولى؛ لأن الشغل المبذول في الحالتين متساوٍ (84000J) ولكن في الحالة الأولى القوة أكبر.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (الحساب):** نحسب الشغل في الحالة الأولى: $$W_1 = 420 N \times 200 m = 84,000 J$$. نحسب الشغل في الحالة الثانية: $$W_2 = 210 N \times 400 m = 84,000 J$$.
  2. **الخطوة 2 (المقارنة):** نلاحظ أن مقدار الشغل متساوٍ في الحالتين، ولكن بذل هذا الشغل في الحالة الأولى يتطلب قوة أكبر ($$420 N$$).
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** على الرغم من تساوي الشغل، إلا أن **الحالة الأولى تتطلب جهداً (قوة) أكبر** للقيام بالمهمة.

سؤال 44: 44. الرفع يقع صندوق كتب تحت تأثير قوتين في أثناء رفعك له عن الأرض لتضعه على سطح طاولة؛ إذ تؤثر فيه الجاذبية الأرضية بقوة مقدارها (mg) إلى أسفل، وتؤثر فيه أنت بقوة مقدارها (mg) إلى أعلى. ولأن هاتين القوتين متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه فيبدو كأنه لا يوجد شغل مبذول، ولكنك تعلم أنك بذلت شغلاً. فسر ما الشغل الذي بذل؟

الإجابة: الشغل الذي بذل هو الشغل الذي بذلته أنت لرفع الصندوق ضد الجاذبية الأرضية.

خطوات الحل:

  1. **الشرح:** عندما ترفع الصندوق، هناك قوتان تعملان: قوتك أنت (لأعلى) وقوة الجاذبية (لأسفل). صحيح أن محصلة القوى قد تكون صفراً إذا كانت السرعة ثابتة، لكن هذا لا يعني عدم وجود شغل. أنت تبذل شغلاً موجباً لأن قوتك في اتجاه الإزاحة، بينما تبذل الجاذبية شغلاً سالباً. إذن الشغل الذي تشعر به هو: **الشغل الذي بذلته أنت للتغلب على قوة الجاذبية ورفع الصندوق.**

سؤال 45: 45. يحمل عامل صناديق كرتونية إلى أعلى السلم ثم يحمل صناديق مماثلة لها في الوزن إلى أسفله. غير أن معلم الفيزياء يرى أن هذا العامل لم "يشتغل" مطلقًا؛ لذا فإنه لا يستحق أجرًا. فكيف يمكن أن يكون المعلم على صواب؟ وكيف يمكن إيجاد طريقة ليحصل بها العامل على أجره؟

الإجابة: المعلم على صواب؛ لأن الشغل الكلي المبذول على الصناديق يساوي صفرًا (الإزاحة الكلية صفر). يمكن أن يحصل على أجره إذا كان يحمل الصناديق إلى أعلى فقط أو إلى أسفل فقط.

خطوات الحل:

  1. **الشرح:** من وجهة نظر فيزيائية، الشغل يعتمد على الإزاحة الكلية. بما أن العامل صعد ثم عاد لنفس النقطة (الأسفل)، فإن إزاحته الكلية تساوي صفراً، وبالتالي الشغل الكلي المبذول على الصناديق صفر. لكي يستحق العامل أجراً بناءً على "شغل" فيزيائي حقيقي، يجب أن يكون هناك انتقال صافٍ للصناديق. لذلك: **المعلم على صواب لأن الإزاحة الكلية صفر، ويمكن للعامل الحصول على أجره إذا قام بنقل الصناديق في اتجاه واحد فقط (إلى أعلى أو إلى أسفل).**

سؤال 46: 46. إذا حمل العامل في المسألة السابقة الكراتين إلى أسفل درج، ثم سار بها مسافة 15 في ممر ، فهل يبذل شغلاً الآن؟ فسر إجابتك.

الإجابة: لا؛ لأن القوة عمودية على الإزاحة.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** نتذكر شرط بذل الشغل: يجب أن يكون للقوة مركبة في اتجاه الإزاحة.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عندما يسير العامل في الممر، فإنه يؤثر بقوة رأسية لأعلى ليحمل الكراتين، بينما تكون حركته (الإزاحة) أفقية تماماً.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بما أن القوة عمودية على اتجاه الحركة، فإن **العامل لا يبذل شغلاً في أثناء السير في الممر**.

سؤال 47.a: 47. صعود الدرج يصعد شخصان لهما الكتلة نفسها العدد نفسه من الدرجات. فإذا صعد الشخص الأول الدرجات خلال 25 ، وصعد الشخص الثاني الدرجات خلال 35 a. فأي الشخصين بذل شغلاً أكبر ؟ فسر إجابتك.

الإجابة: كلاهما بذل الشغل نفسه؛ لأن الشغل يعتمد على القوة والإزاحة، وكلاهما متساويان في هذه الحالة.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** الشغل المبذول لصعود الدرج يعتمد على الوزن (القوة) والارتفاع الرأسي (الإزاحة). القانون هو $$W = mgh$$.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بما أن الشخصين لهما نفس الكتلة ($$m$$) وصعدا نفس عدد الدرجات (نفس الارتفاع $$h$$).
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن **كلاهما بذل الشغل نفسه**؛ لأن الشغل هنا لا يعتمد على الزمن.

سؤال 47.b: 47. صعود الدرج يصعد شخصان لهما الكتلة نفسها العدد نفسه من الدرجات. فإذا صعد الشخص الأول الدرجات خلال 25 ، وصعد الشخص الثاني الدرجات خلال 35 b. أي الشخصين أنتج قدرة أكثر ؟ فسر إجابتك.

الإجابة: الشخص الأول؛ لأنه بذل الشغل نفسه في زمن أقل.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** القدرة هي الشغل مقسوماً على الزمن ($$P = W/t$$).
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بما أن الشغل متساوٍ للاثنين، فإن الشخص الذي استغرق زمناً أقل ($$25 s$$ مقابل $$35 s$$) ستكون قدرته أكبر.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن **الشخص الأول أنتج قدرة أكبر**؛ لأنه أنجز نفس الشغل في وقت أقصر.

سؤال 48: 48. وضح أن القدرة المنقولة يمكن كتابتها على النحو الآتي: P = Fv cos θ

الإجابة: P = Fv cos θ

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (القانون الأساسي):** نبدأ بتعريف القدرة: $$P = rac{W}{t}$$.
  2. **الخطوة 2 (التعويض):** نعوض عن الشغل بقانونه: $$W = Fd \cos heta$$. فتصبح المعادلة: $$P = rac{Fd \cos heta}{t}$$.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بما أن السرعة المتجهة هي الإزاحة مقسومة على الزمن ($$v = d/t$$)، يمكننا استبدالها في المعادلة لتصبح: **$$P = Fv \cos heta$$**.

سؤال 49: 49. كيف تستطيع زيادة الفائدة الميكانيكية المثالية لآلة؟

الإجابة: بزيادة طول ذراع القوة أو تقليل طول ذراع المقاومة.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** الفائدة الميكانيكية المثالية ($$IMA$$) للآلات تعتمد على النسب بين الأبعاد (الأذرع).
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** في الروافع مثلاً، $$IMA$$ هي طول ذراع القوة مقسوماً على طول ذراع المقاومة.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لزيادة هذه القيمة، يجب **زيادة طول ذراع القوة أو تقليل طول ذراع المقاومة**.

سؤال 50: 50. الإسفين كيف تستطيع زيادة الفائدة الميكانيكية للإسفين دون تغيير فائدته الميكانيكية المثالية ؟

الإجابة: بزيادة كفاءة الإسفين (تقليل الاحتكاك).

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** الفائدة الميكانيكية المثالية ($$IMA$$) تعتمد فقط على الأبعاد الهندسية، بينما الفائدة الميكانيكية الحقيقية ($$MA$$) تتأثر بالضياع في الطاقة.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** لتحسين الأداء دون تغيير الأبعاد، يجب تقليل القوى المعيقة مثل الاحتكاك.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن الطريقة هي **بزيادة كفاءة الإسفين عن طريق تقليل الاحتكاك**.

سؤال 51: 51. المدارات فسر لماذا لا يتعارض دوران كوكب حول الشمس مع نظرية الشغل والطاقة ؟

الإجابة: لأن قوة الجاذبية عمودية على اتجاه الحركة، فلا تبذل شغلاً.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** تنص نظرية الشغل والطاقة على أن الشغل يؤدي لتغير الطاقة. إذا لم يبذل شغل، لا تتغير الطاقة.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** في حالة الكوكب، قوة جاذبية الشمس تعمل كقوة مركزية عمودية دائماً على اتجاه حركة الكوكب اللحظية.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بما أن القوة عمودية، فإن الشغل المبذول صفر، وهذا يفسر بقاء طاقة الكوكب ثابتة وعدم تعارضها مع النظرية.

سؤال 52: 52. المطرقة ذات الكماشة تستخدم المطرقة ذات الكماشة لسحب مسمار من قطعة خشب كما في الشكل 16-4.

الإجابة: عند طرف المقبض البعيد (زيادة ذراع القوة). تقليل مقدار القوة من الارتكاز (تقليل ذراع المقاومة).

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** المطرقة هنا تعمل كرافعة. لزيادة الفائدة وتقليل القوة المطلوبة، نحتاج لزيادة "عزم القوة".
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** يتحقق ذلك بالإمساك بالمطرقة من أبعد نقطة ممكنة عن رأسها لزيادة ذراع القوة.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذا نصل للحل بـ: **الإمساك بطرف المقبض البعيد (لزيادة ذراع القوة) وتقريب نقطة الارتكاز من المسمار (لتقليل ذراع المقاومة).**

🎴 بطاقات تعليمية للمراجعة

عدد البطاقات: 5 بطاقة لهذه الصفحة

ما وحدة قياس الشغل في النظام الدولي للوحدات؟

  • أ) النيوتن (N)
  • ب) الجول (J) ويكافئ N.m
  • ج) الواط (W)
  • د) الباسكال (Pa)

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: الجول (J) ويكافئ N.m

الشرح: 1. الشغل هو حاصل ضرب القوة في الإزاحة (W = F ⋅ d). 2. وحدة القوة هي النيوتن (N). 3. وحدة الإزاحة هي المتر (m). 4. إذن، وحدة الشغل هي N.m، وتعرف باسم الجول (J).

تلميح: تذكر أن الشغل هو حاصل ضرب كميتين فيزيائيتين.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

عندما يدور قمر صناعي حول الأرض في مدار دائري، ما مقدار الشغل الذي تبذله قوة الجاذبية الأرضية عليه؟

  • أ) موجب؛ لأن القوة في اتجاه الحركة.
  • ب) سالب؛ لأن القوة تعاكس الحركة.
  • ج) صفر؛ لأن القوة عمودية على الإزاحة.
  • د) قيمة موجبة تتغير مع الزمن.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: صفر؛ لأن القوة عمودية على الإزاحة.

الشرح: 1. قانون الشغل: W = Fd cos θ. 2. في المدار الدائري، قوة الجاذبية مركزية (نحو مركز الأرض). 3. إزاحة القمر الصناعي مماسية للمسار (عمودية على نصف القطر). 4. الزاوية بين القوة والإزاحة هي 90°. 5. cos 90° = 0، وبالتالي الشغل = 0.

تلميح: تذكر شرط بذل الشغل: يجب أن يكون للقوة مركبة في اتجاه الحركة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما العلاقة بين الشغل المبذول على جسم والتغير في طاقته؟

  • أ) الشغل المبذول = الطاقة الكامنة.
  • ب) الشغل المبذول = التغير في الطاقة الحركية (W = ΔK)
  • ج) الشغل المبذول = القوة × الزمن.
  • د) الشغل المبذول = القدرة ÷ الزمن.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: الشغل المبذول = التغير في الطاقة الحركية (W = ΔK)

الشرح: 1. تنص نظرية الشغل-الطاقة على أن الشغل الكلي المبذول على جسم يساوي التغير في طاقته الحركية. 2. إذا كان الشغل موجباً، تزداد الطاقة الحركية. 3. إذا كان الشغل سالباً، تتناقص الطاقة الحركية. 4. الصيغة الرياضية هي: W_net = ΔK = K_f - K_i.

تلميح: هذه النظرية تربط بين مفهومين أساسيين في الفيزياء.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

ما تعريف القدرة في الفيزياء؟

  • أ) القدرة هي حاصل ضرب القوة في الإزاحة.
  • ب) القدرة هي كمية الطاقة المخزنة في الجسم.
  • ج) القدرة هي المعدل الزمني لبذل الشغل.
  • د) القدرة هي التغير في الطاقة الحركية.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: القدرة هي المعدل الزمني لبذل الشغل.

الشرح: 1. القدرة (P) تقيس مدى سرعة بذل الشغل أو نقل الطاقة. 2. رياضياً، تساوي الشغل (W) مقسوماً على الزمن (t) المستغرق لبذله. 3. الصيغة: P = W/t. 4. وحدة قياسها في النظام الدولي هي الواط (W).

تلميح: القدرة تتعلق بسرعة إنجاز الشغل، وليس فقط كميته.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

لماذا لا تبذل قوة الجاذبية الأرضية أي شغل على قمر صناعي يدور حول الأرض في مدار دائري؟

  • أ) لأن سرعة القمر الصناعي ثابتة في المدار.
  • ب) لأن اتجاه قوة الجاذبية يكون عموديًا دائمًا على اتجاه إزاحة القمر الصناعي.
  • ج) لأن قوة الجاذبية تتناقص مع الارتفاع عن سطح الأرض.
  • د) لأن كتلة القمر الصناعي صغيرة جدًا مقارنة بكتلة الأرض.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: لأن اتجاه قوة الجاذبية يكون عموديًا دائمًا على اتجاه إزاحة القمر الصناعي.

الشرح: 1. قانون الشغل هو W = Fd cos θ، حيث θ هي الزاوية بين القوة والإزاحة. 2. في المدار الدائري، قوة الجاذبية تتجه نحو مركز الأرض، بينما حركة القمر (الإزاحة) تكون مماسية للمدار. 3. الزاوية بين اتجاه القوة (نحو المركز) واتجاه الإزاحة (المماسي) هي 90 درجة. 4. بما أن جيب تمام الزاوية 90 (cos 90°) يساوي صفرًا، فإن الشغل المبذول يساوي صفرًا.

تلميح: تذكر صيغة الشغل (W = Fd cos θ) وفكر في قيمة الزاوية (θ) بين قوة الجذب المركزي واتجاه السرعة المماسية.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط