1-5 مراجعة - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال س 9: (a): 9. طاقة الوضع المرونية لديك مسدس لعبة، تدفع بداخله الطلقات المطاطية، فتضغط نابضاً، وعندما يتحرر النابض يطلق الرصاصات المطاطية، بفعل طاقة وضعه المرونية، إلى خارج المسدس. فإذا استخدمت هذا النظام لإطلاق الطلقات المطاطية إلى أعلى فارسم مخططاً بيانياً يوصف أشكال الطاقة في الحالات الآتية: أ. عند دفع الطلقات المطاطية داخل ماسورة المسدس، مما يؤدي إلى انضغاط النابض. ب. عند تمدد النابض وخروج الطلقات من ماسورة المسدس بعد سحب الزناد. ج. عند وصول الحرّزات إلى أقصى ارتفاع لها.

الإجابة: طاقة وضع مرونية b. طاقة حركية تزداد c. طاقة وضع جاذبية عظمى

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لنفهم تحولات الطاقة في هذا النظام، يجب أن ندرك أن النابض (الزنبرك) عندما ينضغط فإنه يختزن طاقة ناتجة عن تغير شكله.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** أ. عند دفع الطلقات للداخل، ينضغط النابض، مما يعني أن الشغل المبذول تحول إلى طاقة مخزنة في النابض. ب. عند تحرر النابض، تتحول هذه الطاقة المخزنة إلى طاقة حركة للطلقة. ج. عند صعود الطلقة لأعلى، تتحول طاقة الحركة تدريجياً إلى طاقة وضع مرتبطة بالارتفاع عن الأرض.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بناءً على ذلك، تكون أشكال الطاقة هي: أ. **طاقة وضع مرونية** ب. **طاقة حركية تزداد** ج. **طاقة وضع جاذبية عظمى**

سؤال س 10:: 10. طاقة الوضع أطلقت قذيفة كتلتها 25.0 kg من مدفع على سطح الأرض. فإذا كان مستوى الإسناد هو سطح الأرض فما مقدار طاقة الوضع للنظام عندما تصبح القذيفة على ارتفاع m 425؟ وما التغير في طاقة الوضع عندما تصل القذيفة إلى ارتفاع m 225؟

الإجابة: U = mgh 425m: 1.04x10^5 J 225m: 5.51x10^4 J ΔU = -4.90x10^4 J

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - الكتلة: $m = 25.0 \text{ kg}$ - الارتفاع الأول: $h_1 = 425 \text{ m}$ - الارتفاع الثاني: $h_2 = 225 \text{ m}$ - تسارع الجاذبية: $g = 9.8 \text{ m/s}^2$
2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم قانون طاقة الوضع الجاذبية: $$U = mgh$$ والتغير في طاقة الوضع: $$\Delta U = U_2 - U_1$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** أولاً: طاقة الوضع عند الارتفاع $425 \text{ m}$: $$U_1 = 25.0 \times 9.8 \times 425 = 104,125 \text{ J}$$ ثانياً: طاقة الوضع عند الارتفاع $225 \text{ m}$: $$U_2 = 25.0 \times 9.8 \times 225 = 55,125 \text{ J}$$ ثالثاً: التغير في طاقة الوضع: $$\Delta U = 55,125 - 104,125 = -49,000 \text{ J}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن الإجابات هي: عند $425 \text{ m}$: **$1.04 \times 10^5 \text{ J}$** عند $225 \text{ m}$: **$5.51 \times 10^4 \text{ J}$** التغير $\Delta U$: **$-4.90 \times 10^4 \text{ J}$**

سؤال س 11:: 11. نظرية الشغل – الطاقة كيف تطبق نظرية الشغل – الطاقة عند رفع كرة البولينج من سلة الكرات إلى كتفك؟

الإجابة: W_net = ΔK شغل الوزن = mgh-

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** تنص نظرية الشغل-الطاقة على أن الشغل الكلي المبذول على جسم يساوي التغير في طاقته الحركية.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عند رفع كرة البولينج، هناك قوتان تؤثران: قوة يدك (للأعلى) وقوة الجاذبية (للأسفل). الشغل الذي تبذله يدك يرفع الكرة، بينما تبذل الجاذبية شغلاً سالباً لأن اتجاه القوة عكس اتجاه الإزاحة.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك نطبق العلاقة: **$W_{net} = \Delta K$** حيث يكون شغل الوزن (الجاذبية) مساوياً لـ **$-mgh$**

سؤال س 12:: 12. طاقة الوضع متسلق صخور كتلته 90.0 kg تسلق في البداية 45.0 m فوق سطح طبقة صخرية ليصل إلى قمة التل، ثم هبط إلى نقطة تبعد 85.0 m أسفل قمة التل. فإذا كان سطح الطبقة الصخرية هو مستوى الإسناد، فجد طاقة الوضع الجاذبية للنظام (المتسلق والأرض) عند أعلى ارتفاع وصله، وكذلك عند أدنى نقطة، وارسم مخططاً بيانياً بالأعمدة لكلا الوضعين.

الإجابة: 90.0 kg تسلق 12: 3.97x10^4 J 85.0 m أسفل 3.53x10^4 J مخطط بياني بالأعمدة عمود موجب

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** - الكتلة: $m = 90.0 \text{ kg}$ - مستوى الإسناد: سطح الطبقة الصخرية ($h = 0$) - الارتفاع الأول (القمة): $h_1 = 45.0 \text{ m}$ - الارتفاع الثاني (أدنى نقطة): $h_2 = 45.0 - 85.0 = -40.0 \text{ m}$ (لأنه أسفل مستوى الإسناد)
2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم قانون طاقة الوضع: $$PE = mgh$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** عند أعلى نقطة: $$PE_1 = 90.0 \times 9.8 \times 45.0 = 39,690 \text{ J}$$ عند أدنى نقطة: $$PE_2 = 90.0 \times 9.8 \times (-40.0) = -35,280 \text{ J}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** طاقة الوضع عند أعلى ارتفاع: **$3.97 \times 10^4 \text{ J}$** طاقة الوضع عند أدنى نقطة: **$-3.53 \times 10^4 \text{ J}$** (المخطط البياني سيظهر عموداً موجباً للوضع الأول وعموداً سالباً للوضع الثاني).

سؤال س 13: (a): 13. التفكير الناقد استخدم زياد خرطوماً هوائياً ليؤثر بقوة أفقية ثابتة في قرص مطاطي موجود فوق مسار هوائي عديم الاحتكاك، فجعل الخرطوم مصوباً نحو القرص طوال تحركه لمسافة محددة؛ ليضمن التأثير بقوة ثابتة في أثناء حركة القرص. a. وضح ما حدث بدلالة الشغل والطاقة، واستعن برسم مخطط بياني بالأعمدة.

الإجابة: W=Fd ΔK

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** عندما تؤثر قوة ثابتة على جسم لمسافة معينة، فإنها تبذل شغلاً ميكانيكياً.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** هذا الشغل المبذول من الخرطوم الهوائي ينتقل إلى القرص، وبما أن المسار عديم الاحتكاك، فإن كل هذا الشغل يتحول إلى زيادة في الطاقة الحركية للقرص.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن العلاقة هي: **$W = Fd$** وهذا الشغل يساوي التغير في الطاقة الحركية **$\Delta K$**.

سؤال س 13: (b): 13. التفكير الناقد استخدم زياد خرطوماً هوائياً ليؤثر بقوة أفقية ثابتة في قرص مطاطي موجود فوق مسار هوائي عديم الاحتكاك، فجعل الخرطوم مصوباً نحو القرص طوال تحركه لمسافة محددة؛ ليضمن التأثير بقوة ثابتة في أثناء حركة القرص. b. افترض أن ذا استُخدم قرصاً مطاطياً آخر كتلته نصف كتلة القرص الأول، وبقيت الظروف كلها كما هي، فكيف تتغير طاقة الحركة والشغل في هذا الوضع عن الوضع الأول؟

الإجابة: ΔK

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** يجب أن ننظر إلى العوامل التي تعتمد عليها كل من الطاقة والشغل في هذه الحالة.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** الشغل يعتمد فقط على القوة ($F$) والمسافة ($d$). وبما أن القوة والمسافة لم تتغيرا، فإن الشغل المبذول يبقى ثابتاً. وبما أن الشغل يساوي التغير في الطاقة الحركية، فإن الطاقة الحركية النهائية لن تتغير أيضاً رغم تغير الكتلة.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك، التغير في الطاقة الحركية **$\Delta K$** يبقى كما هو في الحالة الأولى.

سؤال س 13: (c): 13. التفكير الناقد استخدم زياد خرطوماً هوائياً ليؤثر بقوة أفقية ثابتة في قرص مطاطي موجود فوق مسار هوائي عديم الاحتكاك، فجعل الخرطوم مصوباً نحو القرص طوال تحركه لمسافة محددة؛ ليضمن التأثير بقوة ثابتة في أثناء حركة القرص. c. وضح ما حدث في a و b بدلالة الدفع والزخم.

الإجابة: الدفع والزخم يقلان

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** الدفع يساوي القوة مضروبة في زمن التأثير ($F\Delta t$)، وهو يساوي التغير في الزخم (كمية الحركة).
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عندما تكون الكتلة أقل (نصف الكتلة)، فإن التسارع سيكون أكبر ($a = F/m$). هذا يعني أن القرص سيقطع المسافة المحددة ($d$) في زمن أقل. وبما أن الزمن قل والقوة ثابتة، فإن الدفع ($F\Delta t$) سيقل.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بما أن الدفع قل، فإن التغير في الزخم سيقل أيضاً. إذن: **الدفع والزخم يقلان**.

ما هي الطاقة السكونية لجسم وفقاً لنظرية أينشتاين، وما العلاقة الرياضية التي تعبر عنها؟

• أ) الطاقة الناتجة عن حركة الجسم، وتعبر عنها العلاقة KE = ½mv².
• ب) الطاقة المخزنة في الجسم بسبب وضعه، وتعبر عنها العلاقة PE = mgh.
• ج) الطاقة السكونية لجسم تساوي كتلة الجسم مضروبة في مربع سرعة الضوء، وتعبر عنها العلاقة E₀ = mc².
• د) الطاقة الناتجة عن تشوه مرن في الجسم، وتعبر عنها العلاقة PE_elastic = ½kx².

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: الطاقة السكونية لجسم تساوي كتلة الجسم مضروبة في مربع سرعة الضوء، وتعبر عنها العلاقة E₀ = mc².

الشرح: 1. تنص نظرية أينشتاين على أن الكتلة طاقة بطبيعتها. 2. الطاقة المخزنة في الجسم بسبب كتلته تسمى الطاقة السكونية (E₀). 3. العلاقة الرياضية التي تعبر عن هذه الطاقة هي: E₀ = m × c²، حيث m الكتلة و c سرعة الضوء في الفراغ.

تلميح: فكر في العلاقة الشهيرة التي تربط بين الكتلة والطاقة.

التصنيف: تعريف | المستوى: متوسط

ما التغير الذي يحدث لكتلة النابض عند ضغطه أو ثني الزنبرك، ولماذا يصعب قياس هذا التغير؟

• أ) تقل كتلة النابض لأن الطاقة تتحرر منه، وهذا التغير كبير ويسهل قياسه.
• ب) يزداد كتلة النابض أو الزنبرك قليلاً جداً بسبب تحول الشغل المبذول إلى طاقة سكونية (كتلة)، وهذا التغير ضئيل جداً بحيث يصعب الكشف عنه.
• ج) تبقى كتلة النابض ثابتة لأن قانون حفظ الكتلة يمنع أي تغيير فيها.
• د) تتحول كتلة النابض بالكامل إلى طاقة حركية، لذا يصبح من المستحيل قياس كتلته الأصلية.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: يزداد كتلة النابض أو الزنبرك قليلاً جداً بسبب تحول الشغل المبذول إلى طاقة سكونية (كتلة)، وهذا التغير ضئيل جداً بحيث يصعب الكشف عنه.

الشرح: 1. وفقاً لمعادلة أينشتاين E₀ = mc²، أي زيادة في الطاقة (E₀) تعني زيادة في الكتلة (m). 2. عند ضغط النابض، يبذل شغل يتحول إلى طاقة وضع مرونية، مما يزيد طاقة النظام. 3. هذه الزيادة في الطاقة تعني زيادة صغيرة جداً في الكتلة. 4. لأن سرعة الضوء (c) كبيرة جداً (3×10⁸ م/ث)، فإن مربعها (c²) ضخم، لذا فإن الزيادة في الكتلة (m = E₀/c²) تكون صغيرة جداً وغير قابلة للقياس عملياً في هذه الحالة.

تلميح: تذكر العلاقة بين الطاقة والكتلة. ما مقدار التغير المتوقع؟

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: صعب

في مسألة القذيفة (كتلة 25.0 كجم، مستوى الإسناد سطح الأرض)، ما التغير في طاقة الوضع (ΔU) عندما تهبط من ارتفاع 425 م إلى ارتفاع 225 م؟ (خذ g = 9.8 م/ث²)

• أ) +4.90 × 10⁴ جول (موجبة، لأن الطاقة تزداد).
• ب) -1.04 × 10⁵ جول (سالبة، وهي طاقة الوضع عند 425 م).
• ج) -4.90 × 10⁴ جول (سالبة، لأن طاقة الوضع تقل).
• د) +5.51 × 10⁴ جول (موجبة، وهي طاقة الوضع عند 225 م).

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: -4.90 × 10⁴ جول (سالبة، لأن طاقة الوضع تقل).

الشرح: 1. القانون: التغير في طاقة الوضع الجاذبية ΔU = m g Δh = m g (h₂ - h₁). 2. المعطيات: m = 25.0 kg, g = 9.8 m/s², h₁ = 425 m, h₂ = 225 m. 3. الحساب: Δh = h₂ - h₁ = 225 - 425 = -200 m. 4. ΔU = 25.0 × 9.8 × (-200) = -49,000 جول. 5. النتيجة: ΔU = -4.90 × 10⁴ جول. الإشارة السالبة تعني أن طاقة الوضع قلّت.

تلميح: استخدم قانون ΔU = m g (h₂ - h₁). انتبه للإشارة.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

عند تطبيق نظرية الشغل-الطاقة على رفع كرة بولينج من الأرض إلى الكتف، ماذا يمثل شغل قوة الجاذبية (الوزن)؟

• أ) شغل موجب، لأنه يساوي +mgh، حيث تساهم الجاذبية في رفع الجسم.
• ب) شغل صفري، لأن الجاذبية قوة محافظة لا تبذل شغلاً.
• ج) شغل سالب، لأنه يساوي -mgh، حيث اتجاه قوة الجاذبية (للأسفل) معاكس لاتجاه الإزاحة (للأعلى).
• د) شغل متغير، يعتمد على سرعة الرفع، ولا يمكن حسابه بـ mgh.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: شغل سالب، لأنه يساوي -mgh، حيث اتجاه قوة الجاذبية (للأسفل) معاكس لاتجاه الإزاحة (للأعلى).

الشرح: 1. نظرية الشغل-الطاقة: الشغل الكلي = التغير في الطاقة الحركية (W_net = ΔK). 2. عند الرفع، تؤثر قوتان: قوة الرفع (لأعلى) والوزن (لأسفل). 3. شغل قوة الرفع موجب (القوة مع الإزاحة). 4. شغل الوزن سالب لأن اتجاه قوة الجاذبية (لأسفل) معاكس لاتجاه الإزاحة الرأسية (لأعلى). 5. مقدار شغل الوزن = (الوزن) × (الإزاحة) × جتا(180°) = (mg) × (h) × (-1) = -mgh.

تلميح: تذكر إشارة الشغل عندما تكون القوة معاكسة لاتجاه الحركة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط