صفحة 21 - 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

📚 تسارع الجاذبية الأرضية والوزن

المفاهيم الأساسية

تسارع الجاذبية الأرضية (g): التسارع الذي تكتسبه الأجسام نتيجة قوة الجذب الأرضي، ويقل كلما ابتعدنا عن مركز الأرض.

انعدام الوزن (zero-g): حالة يشعر فيها الشخص بأن وزنه الظاهري صفر، وتحدث عندما يكون هو ومحيطه في سقوط حر متسارع بنفس المعدل.

خريطة المفاهيم

```markmap

حركة الكواكب والجاذبية

مدارات الكواكب والأقمار الاصطناعية

حركة القمر الاصطناعي

#### حركة دائرية منتظمة

#### التسارع المركزي: # = a

#### قانون نيوتن الثاني: m a = محصلة F

#### دمج قانون نيوتن الثاني مع قانون الجذب الكوني

##### العلاقة: G = m

سرعة القمر الاصطناعي

#### العلاقة: v = \sqrt{\frac{G M_E}{r}}

الزمن الدوري للقمر الاصطناعي

#### يشبه مدار كوكب حول الشمس

#### العلاقة: T = 2\pi \sqrt{\frac{r^3}{G M_E}}

#### تطبيق المعادلات على أي جسم في مدار

##### M: كتلة الجسم المركزي

##### r: المسافة بين مركزي الجسمين

##### إذا كانت كتلة الجسم المركزي أكبر بكثير: r هي المسافة بين الجسم المتحرك ومركز الجسم المركزي

##### السرعة المدارية (v) والزمن الدوري (T) مستقلان عن كتلة القمر الاصطناعي

كتلة القمر الاصطناعي

#### مثال: القمر الاصطناعي لاندسات 7

##### يزود بصور سطحية للأرض

##### يستعمل في رسم الخرائط ودراسة الموارد

#### كلما زادت الكتلة، تطلب صاروخاً أقوى لإيصاله للمدار (F = m a)

تطبيق الفيزياء: المدار المتزامن مع الأرض

#### مثال: القمر الاصطناعي GOES 12 للتوقعات الجوية

##### يدور على ارتفاع 35,785 كم

##### زمن دوري: يوم واحد (يتزامن مع دوران الأرض)

##### يبدو ثابتاً فوق بقعة معينة على خط الاستواء

##### لا يحتاج طبق الاستقبال على الأرض لتغيير اتجاهه

خطوات حل مسائل السرعة المدارية والزمن الدوري

#### 1. تحليل المسألة ورسمها

##### رسم الوضع مع بيان ارتفاع المدار (h) ونصف قطر الأرض (r_E)

#### 2. إيجاد الكمية المجهولة

##### حساب نصف قطر المدار الكلي: r = h + r_E

##### حساب السرعة المدارية: v = \sqrt{\frac{G M_E}{r}}

##### حساب الزمن الدوري: T = 2\pi \sqrt{\frac{r^3}{G M_E}}

#### 3. تقويم الجواب

##### التأكد من صحة الوحدات: m/s للسرعة، الثانية للزمن الدوري

تسارع الجاذبية الأرضية

اشتقاق تسارع الجاذبية (g)

#### من قانون نيوتن الثاني وقانون الجذب الكوني

##### F = \frac{G m m_E}{r^2} = m a

##### a = \frac{G m_E}{r^2}

#### عند سطح الأرض (a = g, r = r_E)

##### g = \frac{G m_E}{r_E^2}

##### m_E = \frac{g r_E^2}{G}

اعتماد g على المسافة

#### يقل التسارع (g) كلما ابتعدنا عن مركز الأرض

#### يتبع علاقة التربيع العكسي: a = g (\frac{r_E}{r})^2

#### مثال: في مدار المكوك (400 كم): g \approx 8.7 \text{ m/s}^2

الوزن وانعدام الوزن

الوزن الظاهري

#### الإحساس بالوزن ناتج عن قوة تماس (مثل الأرض أو الكرسي)

انعدام الوزن في المدار

#### رواد الفضاء في حالة انعدام الوزن (zero-g)

#### السبب: المكوك وكل ما فيه في سقوط حر نحو الأرض

#### لا توجد قوى تماس تؤثر على رواد الفضاء، لذا يكون الوزن الظاهري صفراً

تجربة: ماء عديم الوزن

#### عند سقوط كأس مثقوبة سقوطاً حراً، يتوقف تدفق الماء

#### تفسير: الماء والكأس يتسارعان بنفس المعدل، فلا توجد قوى تماس تدفع الماء للخارج

```

نقاط مهمة

  • يمكن اشتقاق تسارع الجاذبية (g) من دمج قانون نيوتن الثاني مع قانون الجذب الكوني.
  • تسارع الجاذبية (g) يقل مع زيادة المسافة عن مركز الأرض وفق علاقة التربيع العكسي.
  • انعدام الوزن لا يعني انعدام الجاذبية، بل يعني أن الجسم ومحيطه في سقوط حر متسارع بنفس المعدل.
  • يشعر رواد الفضاء بانعدام الوزن لأن المكوك الفضائي في سقوط حر مستمر نحو الأرض.

📄 النص الكامل للصفحة

Acceleration Due To Gravity يمكن إيجاد تسارع الأجسام الناشئ عن الجاذبية الأرضية باستعمال القانون الثاني لنيوتن وقانون الجذب الكوني، وذلك من خلال تطبيق المعادلة الآتية على الجسم الذي كتلته m ويسقط سقوطا حرا : F = Gmm r2 = ma a= GmE r2 ولذلك فإن وبما أن a = g و r = r عند سطح الأرض، لذا يمكن التعبير عن ذلك بالعلاقتين: g= GmE r2 mE = gr2 G وإذا عوضنا عن m في العلاقة Gm : = a للجسم الساقط سقوطا حرا سنحصل على: a=G gr2 G a=g() وبالتالي فإن يوضح هذا أنه كلما ابتعدت عن الأرض فإن التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية يقل تبعا لعلاقة التربيع العكسي هذه. ترى ماذا يحدث لوزنك F كلما ابتعدت أكثر وأكثر عن مركز الأرض؟ من المحتمل أنك شاهدت صورًا مشابهة لتلك الموضحة في الشكل 11-1، حيث يظهر رواد الفضاء في مركبة فضائية في حالة تسمى (zero - g) أو انعدام الوزن. يدور المكوك على ارتفاع 400km فوق سطح الأرض، وعند هذه المسافة يكون 2 g = 8.7 m/s؛ أي أقل قليلاً من قيمته على سطح الأرض. لذا فإن قوة الجاذبية الأرضية المؤثرة في المكوك لا تساوي صفرًا بالتأكيد. وتسبب هذه الجاذبية دوران المكوك حول الأرض. فلماذا يبدو رواد الفضاء إذا عديمي الوزن؟ تذكر أنك تشعر بوزنك عندما يؤثر فيك شيء بقوة تماس كالأرض أو الكرسي. لكن إذا كنت أنت والكرسي وأرض الغرفة، تتسارعون بالكيفية نفسها في اتجاه الأرض فإنه لا توجد قوى تماس تؤثر فيك. لذا يكون وزنك الظاهري صفرا وتشعر بانعدام الوزن. وكذلك يشعر رواد الفضاء في المكوك. --- SECTION: تجربة --- ماء عديم الوزن يُجرى هذا النشاط خارج الفصل. استعمل قلم رصاص لإحداث فتحتين في كأس ورقية: إحداهما في قاع الكأس والأخرى في جانبها، ثم أغلق الفتحتين بإصبعيك واملأ ثلثي الكأس بالماء الملون. 1. توقع ما يحدث عندما تسقط الكأس سقوطا حرا. 2. اختبر توقعك : أسقط الكأس وراقب ما يحدث. التحليل والاستنتاج 3. صف مشاهداتك. 4. فسر النتائج. --- VISUAL CONTEXT --- **IMAGE**: الشكل 11-1 يظهر أحد رواد الفضاء في حالة انعدام الوزن في مكوك الفضاء كولومبيا، حيث يسقط المكوك بما فيه سقوطا حرا في اتجاه الأرض Description: Image shows an astronaut inside the space shuttle Columbia, experiencing weightlessness. The shuttle is in freefall towards Earth. Context: Illustrates weightlessness experienced by astronauts in orbit due to freefall.

✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

عدد الأسئلة: 5

سؤال س:1: توقع ما يحدث عندما تسقط الكأس سقوطا حرا.

الإجابة: ج:1 يخرج خروج الماء من الفتحتين أثناء السقوط الحر لأن السقوط الحر يؤثر في الماء والكأس معا بنفس التسارع.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لنتخيل الموقف؛ لدينا كأس به فتحات ويحتوي على ماء، وعندما نتركه يسقط، فإنه يدخل في حالة تسمى "السقوط الحر".
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** في حالة السقوط الحر، تتحرك جميع الأجسام (الكأس والماء بداخلها) بتسارع الجاذبية الأرضية نفسه ($g$). وبما أن الكأس والماء يتحركان معاً بنفس السرعة والتسارع، فلن يضغط الماء على جدران الكأس أو يندفع للخارج عبر الفتحات.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك، نتوقع أن يخرج الماء من الفتحتين أثناء السقوط الحر لأن السقوط الحر يؤثر في الماء والكأس معاً بنفس التسارع.

سؤال س:2: اختبر توقعك : أسقط الكأس وراقب ما يحدث.

الإجابة: ج:2 يتوقف سقوط الماء من الفتحتين بسبب انعدام الجاذبية.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** عند تنفيذ التجربة فعلياً ومراقبة الكأس أثناء هبوطه، نركز على تدفق الماء من الفتحات الجانبية.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** سنلاحظ أن الماء الذي كان يتدفق بفعل ضغط وزنه يتوقف فجأة عن الخروج بمجرد ترك الكأس ليسقط بحرية، وذلك لأن القوة التي كانت تدفعه للخارج (الوزن بالنسبة للكأس) قد تلاشت ظاهرياً.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن المشاهدة الفعلية هي: **يتوقف سقوط الماء من الفتحتين بسبب حالة انعدام الوزن الظاهري أثناء السقوط**.

سؤال س:3: صف مشاهداتك.

الإجابة: ج:3 في السقوط الحر تنعدم الجاذبية الفعالة للماء، وعند الاصطدام يندفع الماء بقوة.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لنصف ما رأيناه بدقة في مرحلتين: مرحلة السقوط في الهواء، ومرحلة الارتطام بالأرض.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** أثناء السقوط، نلاحظ أن الماء يبقى ساكناً داخل الكأس ولا يخرج من الفتحات. أما عند لحظة التوقف المفاجئ والاصطدام، فإن القصور الذاتي للماء يجعله يستمر في الحركة.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك المشاهدة هي: **في السقوط الحر تنعدم الجاذبية الفعالة للماء، وعند الاصطدام يندفع الماء بقوة**.

سؤال س:4: فسر النتائج.

الإجابة: ج:4 ينعدم وزن الماء في الكأس أثناء السقوط الحر، وعند الاصطدام يعود وزنه.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** التفسير العلمي يعتمد على مفهوم "الوزن الظاهري". الوزن هو القوة التي يؤثر بها الجسم على السطح الذي يدعمه.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** أثناء السقوط الحر، لا يوجد سطح يدعم الماء (لأن الكأس يسقط معه بنفس المعدل)، فتصبح قوة التلامس صفراً. وعند الاصطدام، يظهر سطح داعم فجأة (قاع الكأس المتوقف) مما يعيد تأثير الوزن.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن التفسير هو: **ينعدم وزن الماء في الكأس أثناء السقوط الحر، وعند الاصطدام يعود وزنه**.

سؤال س:5: فلماذا يبدو رواد الفضاء إذا عديمي الوزن؟

الإجابة: ج:5 لأنهم يسقطون سقوطا حرا مع المكوك، فلا توجد قوى تلامس تؤثر فيهم.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** علينا أن نفهم أن المكوك الفضائي في مداره حول الأرض هو في الواقع في حالة سقوط حر دائم نحو الأرض، لكن سرعته الأفقية العالية تمنعه من الاصطدام بها.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بما أن المكوك ورواد الفضاء يسقطون معاً بنفس التسارع، فلا توجد قوة تدفع الرائد ضد أرضية المكوك (لا توجد قوة تلامس عمودية $F_N$).
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك يبدو رواد الفضاء عديمي الوزن **لأنهم يسقطون سقوطاً حراً مع المكوك، فلا توجد قوى تلامس تؤثر فيهم**.

🎴 بطاقات تعليمية للمراجعة

عدد البطاقات: 4 بطاقة لهذه الصفحة

ما العلاقة الرياضية التي تربط تسارع الجاذبية (g) بكتلة الأرض (mE) ونصف قطرها (r)؟

  • أ) g = mE / r
  • ب) g = (G * mE) / r
  • ج) g = (G * mE) / r²
  • د) g = G / (mE * r²)

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: g = (G * mE) / r²

الشرح: 1. من قانون نيوتن الثاني وقانون الجذب العام: F = (G * m * mE) / r² = m * a. 2. بقسمة الطرفين على كتلة الجسم (m) نحصل على: a = (G * mE) / r². 3. عند سطح الأرض، a = g، وبالتالي: g = (G * mE) / r².

تلميح: تذكر أن التسارع الناتج عن الجاذبية يعتمد على كتلة الكوكم والمسافة من مركزه.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

ما سبب الشعور بانعدام الوزن الذي يبدو على رواد الفضاء داخل المكوك الفضائي؟

  • أ) لأن الجاذبية الأرضية تساوي صفراً على ارتفاع 400 كم.
  • ب) لأنهم خارج مجال الجاذبية الأرضية تماماً.
  • ج) لأنهم والمكوك يسقطون سقوطاً حراً بنفس التسارع، فلا توجد قوى تلامس تؤثر فيهم.
  • د) لأن المكوك يتحرك بسرعة كبيرة جداً بحيث تلغي الجاذبية.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: لأنهم والمكوك يسقطون سقوطاً حراً بنفس التسارع، فلا توجد قوى تلامس تؤثر فيهم.

الشرح: 1. الوزن الظاهري هو القوة التي يؤثر بها الجسم على السطح الداعم له. 2. في المدار، المكوك ورواد الفضاء يسقطون سقوطاً حراً نحو الأرض بنفس التسارع. 3. بسبب هذا التسارع المتساوي، لا يوجد سطح داعم يدفع الرائد لأعلى، وبالتالي تكون قوة التلامس صفراً. 4. النتيجة: الوزن الظاهري صفر، مما يخلق إحساساً بانعدام الوزن.

تلميح: الوزن هو القوة التي يؤثر بها الجسم على السطح الداعم. فكر في حالة السقوط الحر.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

كيف يتغير تسارع الجاذبية الأرضية (g) كلما ابتعدنا عن مركز الأرض؟

  • أ) يزداد طردياً مع المسافة من مركز الأرض.
  • ب) يبقى ثابتاً بغض النظر عن المسافة.
  • ج) يقل تبعاً لعلاقة التربيع العكسي مع المسافة من مركز الأرض.
  • د) يزداد تبعاً لعلاقة التربيع العكسي مع المسافة من مركز الأرض.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: يقل تبعاً لعلاقة التربيع العكسي مع المسافة من مركز الأرض.

الشرح: 1. صيغة تسارع الجاذبية هي: g = (G * mE) / r². 2. في هذه الصيغة، r هو المسافة من مركز الأرض. 3. العلاقة بين g و r هي علاقة عكسية مع مربع المسافة (r²). 4. النتيجة: كلما زادت r (ابتعدنا عن مركز الأرض)، قلّت قيمة g.

تلميح: انظر إلى المقام في صيغة تسارع الجاذبية.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

ما التفسير العلمي لنتيجة تجربة 'ماء عديم الوزن' حيث يتوقف الماء عن الخروج من فتحات الكأس أثناء سقوطها؟

  • أ) تتجمد الماء بسبب انخفاض درجة الحرارة أثناء السقوط.
  • ب) ينعدم الوزن الظاهري للماء داخل الكأس أثناء السقوط الحر.
  • ج) يزداد ضغط الهواء داخل الكأس ويغلق الفتحات.
  • د) تتغير خصائص الماء لتصبح أكثر لزوجة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: ينعدم الوزن الظاهري للماء داخل الكأس أثناء السقوط الحر.

الشرح: 1. قبل السقوط، يدفع وزن الماء (القوة الناتجة عن الجاذبية) الماء للخروج من الفتحات. 2. أثناء السقوط الحر، تسقط الكأس والماء بنفس التسارع (g). 3. لا يوجد فرق في التسارع بين الماء والكأس، وبالتالي لا توجد قوة دافعة صافية للماء ضد جدران الكأس. 4. النتيجة: الوزن الظاهري للماء يصبح صفراً، فيتوقف عن التدفق.

تلميح: فكر في القوة التي تدفع الماء للخروج قبل السقوط وأثناءه.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط