تطبيق الفيزياء - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 مركز الكتلة وتطبيقاته

المفاهيم الأساسية

مركز الكتلة لجسم الإنسان: نقطة تقع أسفل السرة عند الوقوف، ويمكن تغيير موقعها بتحريك الأطراف.

قفزة فوسبري: تقنية في القفز بالزانة تسمح للاعب بالمرور فوق العارضة لأن مركز كتلته يكون أسفلها عند أعلى موضع.

الاستقرار (الثبات): يعتمد على شكل الجسم وموقعه؛ فالأجسام المنخفضة والعريضة أكثر استقراراً من المرتفعة والضيقة.

خريطة المفاهيم

```markmap

الفصل 2: الحركة الدورانية

3-2 الاتزان

مركز الكتلة

#### تطبيقات الفيزياء

##### قفزة فوسبري

• تسمح للاعب بالمرور فوق العارضة
• مركز كتلة اللاعب يكون أسفل العارضة عند أعلى موضع

##### مركز الكتلة لجسم الإنسان

• الموقع: أسفل السرة عند الوقوف
• غير ثابت بسبب مرونة الجسم
• يتحرك عند رفع الأذرع
• مثال: لاعب الجمباز (الشكل 9-2)

#### مركز الكتلة والاستقرار (الثبات)

##### العوامل المؤثرة على الاستقرار

• الشكل (ارتفاع وعرض الجسم)
• موقع مركز الكتلة

##### كيف ينقلب الصندوق؟ (الشكل 10-2)

تدويره حول حافة (توليد عزم خارجي)

يصبح مركز الكتلته فوق نقطة الإسناد (العزم الداخلي = صفر)

يبتعد مركز الكتلة عن النقطة الداعمة وينقلب

```

نقاط مهمة

• مسار مركز كتلة لاعب الجمباز يكون قطعاً مكافئاً، بينما يتحرك رأسه أفقياً تقريباً مما يخلق وهم التحليق.
• مركز كتلة الأطفال الصغار أعلى قليلاً بسبب كبر حجم الرأس بالنسبة للجسم.
• لقلب جسم ما، يجب أن يبتعد مركز كتلته عن نقطة الإسناد (الدعم).

هناك تقنية في القفز بالزانة تسمى قفزة فوسبري، وهي تسمح للاعب بالمرور فوق العارضة دون أن يمسها عندما يكون عند أعلى موضع له. وهذا ممكن لأن مركز كتلة اللاعب يكون عند أسفل العارضة عندما ينقلب فوقها، بحيث يكون ظهره في اتجاهها.

الحركة الرأسية لرأس لاعب الجمباز أقل من الحركة الرأسية لمركز الكتلة، حيث إن الرأس والجذع يتحركان أفقيا تقريبا، فيبدو ذلك وكأنه تحليق في الهواء.

بالنسبة لشخص يقف ويداه متدليتان يكون مركز الكتلة على بعد سنتمترات أسفل السرة في منتصف المسافة بين جزأي الجسم الأمامي والخلفي. ويكون أعلى من ذلك قليلا لدى الأطفال الصغار؛ لأن رأس الطفل الصغير يكون كبيرا بالنسبة إلى جسمه. ولأن جسم الإنسان مرن فإن مركز كتلته غير ثابت؛ فإذا رفعت يديك فوق رأسك فإن مركز كتلتك يرتفع من 6 إلى 10 . فمثلاً يبدو لاعب الجمباز وكأنه يحلق في الهواء؛ وذلك بتغيير مركز كتلته عندما يقفز، فهو يرفع ذراعيه ورجليه في الهواء، كما في الشكل 9-2، مما يؤدي إلى رفع مركز كتلته إلى أعلى، ويكون مسار مركز الكتلة على شكل قطع مكافئ، لذا يبقى رأس اللاعب على الارتفاع نفسه تقريبا لوقت طويل نسبيا.

Center of Mass and stability ما العوامل التي يعتمد عليها استقرار مركبة أو تعرضها للانقلاب أو الدوران عند تعرضها لحادث ما ؟ لكي تتعرف كيفية حدوث ذلك فكر في عملية قلب صندوق. لماذا ينقلب الصندوق المرتفع القليل العرض أسرع من الصندوق المنخفض والعريض ؟ لقلب صندوق، كما في الشكل 10-2.

يجب تدويره حول إحدى حوافه (زواياه)، بحيث تؤثر في أعلى الصندوق بقوة F لتولد عزما T ، ويؤثر وزن الصندوق في مركز الكتلة بقوة و F فتولد عزما معاكسا .

يُصبح مركز الكتلة فوق النقطة الداعمة ( الإسناد) مباشرة يصبح 7 صفرا، ويبقى تأثير العزم الخارجي فقط، وبدوران الصندوق أكثر يبتعد مركز الكتلة عن النقطة الداعمة.

يؤثر العزمان في الاتجاه نفسه، فينقلب الصندوق بسرعة.

توضح الأسهم المنحنية اتجاه العزم الناتج عن القوة المؤثرة لقلب الصندوق.

--- SECTION: قفزة فوسبري --- هناك تقنية في القفز بالزانة تسمى قفزة فوسبري، وهي تسمح للاعب بالمرور فوق العارضة دون أن يمسها عندما يكون عند أعلى موضع له. وهذا ممكن لأن مركز كتلة اللاعب يكون عند أسفل العارضة عندما ينقلب فوقها، بحيث يكون ظهره في اتجاهها. --- SECTION: الشكل 9-2 --- الحركة الرأسية لرأس لاعب الجمباز أقل من الحركة الرأسية لمركز الكتلة، حيث إن الرأس والجذع يتحركان أفقيا تقريبا، فيبدو ذلك وكأنه تحليق في الهواء. --- SECTION: مركز الكتلة لجسم الإنسان --- بالنسبة لشخص يقف ويداه متدليتان يكون مركز الكتلة على بعد سنتمترات أسفل السرة في منتصف المسافة بين جزأي الجسم الأمامي والخلفي. ويكون أعلى من ذلك قليلا لدى الأطفال الصغار؛ لأن رأس الطفل الصغير يكون كبيرا بالنسبة إلى جسمه. ولأن جسم الإنسان مرن فإن مركز كتلته غير ثابت؛ فإذا رفعت يديك فوق رأسك فإن مركز كتلتك يرتفع من 6 إلى 10 . فمثلاً يبدو لاعب الجمباز وكأنه يحلق في الهواء؛ وذلك بتغيير مركز كتلته عندما يقفز، فهو يرفع ذراعيه ورجليه في الهواء، كما في الشكل 9-2، مما يؤدي إلى رفع مركز كتلته إلى أعلى، ويكون مسار مركز الكتلة على شكل قطع مكافئ، لذا يبقى رأس اللاعب على الارتفاع نفسه تقريبا لوقت طويل نسبيا. --- SECTION: مركز الكتلة والاستقرار ( الثبات) --- Center of Mass and stability ما العوامل التي يعتمد عليها استقرار مركبة أو تعرضها للانقلاب أو الدوران عند تعرضها لحادث ما ؟ لكي تتعرف كيفية حدوث ذلك فكر في عملية قلب صندوق. لماذا ينقلب الصندوق المرتفع القليل العرض أسرع من الصندوق المنخفض والعريض ؟ لقلب صندوق، كما في الشكل 10-2. --- SECTION: 1 --- يجب تدويره حول إحدى حوافه (زواياه)، بحيث تؤثر في أعلى الصندوق بقوة F لتولد عزما T ، ويؤثر وزن الصندوق في مركز الكتلة بقوة و F فتولد عزما معاكسا . --- SECTION: 2 --- يُصبح مركز الكتلة فوق النقطة الداعمة ( الإسناد) مباشرة يصبح 7 صفرا، ويبقى تأثير العزم الخارجي فقط، وبدوران الصندوق أكثر يبتعد مركز الكتلة عن النقطة الداعمة. --- SECTION: 3 --- يؤثر العزمان في الاتجاه نفسه، فينقلب الصندوق بسرعة. --- SECTION: الشكل 10-2 --- توضح الأسهم المنحنية اتجاه العزم الناتج عن القوة المؤثرة لقلب الصندوق. --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: N/A Description: Illustration of a gymnast in three different positions, showing the path of the head and center of mass. **DIAGRAM**: N/A Description: Diagram showing the forces acting on a box as it is tipped over.