التدوير والاستقرار - 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

الدرس: التدوير والاستقرار

📚 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

📚 التدوير والاستقرار وشروط الاتزان

المفاهيم الأساسية

الاستقرار: حالة الجسم عندما يحتاج إلى قوة خارجية لقلبه أو تحريكه.

الاتزان الميكانيكي: حالة الجسم عندما تكون سرعته المتجهة وسرعته الزاوية المتجهة صفرًا أو ثابتتين.

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

    • ##### التدوير والاستقرار

    • الجسم مستقر إذا كان مركز كتلته فوق قاعدته.
    • لقلب الجسم، يجب تدوير مركز كتلته حول محور الدوران حتى يبتعد عن القاعدة.
    • قاعدة أوسع = استقرار أكبر (يتطلب عزمًا أكبر لتدوير مركز الكتلة مسافة أطول).
    • مركز كتلة منخفض = استقرار أكبر.
    • مركز كتلة مرتفع = استقرار أقل (ميل بسيط يخرجه عن القاعدة).
    • مثال: تباعد القدمين في الحافلة يزيد الاستقرار.
    • مثال: انقلاب السيارات ذات مركز الكتلة المرتفع (الشكل 11-2).
    • مثال: الوقوف على أصابع القدمين يقلل الاستقرار.
    • مثال: استخدام العزم في الجودو لإخراج مركز كتلة الخصم عن قاعدته.

    ##### شروط الاتزان (Conditions of Equilibrium)

    • الشرط الأول: الاتزان الانتقالي (محصلة القوى = صفر).

    \sum F = 0

    • الشرط الثاني: الاتزان الدوراني (محصلة العزوم = صفر).

    \sum \tau = 0

    ```

    نقاط مهمة

    • الجسم غير مستقر إذا كان مركز كتلته خارج قاعدته، وسينقلب دون عزم إضافي.
    • الجسم مستقر إذا كان مركز كتلته فوق قاعدته.
    • الجسم ذو القاعدة الضيقة يكون مستقرًا، لكن أي قوة صغيرة قد تقلبه.
    • النشاط العملي (قص أقراص ودوران قلم رصاص) يهدف لاستكشاف تأثير موقع مركز الكتلة وحجم القاعدة على الاستقرار.

    📋 المحتوى المنظم

    📖 محتوى تعليمي مفصّل

    نوع: محتوى تعليمي

    الاستقرار يُعد الجسم في حالة استقرار إذا احتاج إلى قوة خارجية لقلبه أو تحريكه؛ فالصندوق في الشكل 10-2 يبقى مستقرا ما دام اتجاه العزم الناتج عن وزنه . T يُبقيه مستقرا على قاعدته. ويتحقق ذلك عندما يكون مركز كتلة الصندوق فوق قاعدته. ولقلب الصندوق أو تدويره

    التدوير والاستقرار

    نوع: محتوى تعليمي

    التدوير والاستقرار

    1

    نوع: QUESTION_ACTIVITY

    1. قص قرصين من الكرتون المقوى قطراهما 10cm و 15cm

    2

    نوع: QUESTION_ACTIVITY

    2. استخدم قلم رصاص ذا ممحاة ليس لها حواف، وإذا كانت كذلك فافركها على ورق لكي تزيل الحواف المستقيمة.

    3

    نوع: QUESTION_ACTIVITY

    3. دور قلم الرصاص حول نفسه وحاول أن تجعله يقف على الممحاة. كرر هذه الخطوة عدة مرات وسجل ملاحظاتك.

    4

    نوع: QUESTION_ACTIVITY

    4. ادفع قلم الرصاص برفق في مركز القرص الأول (10).

    5

    نوع: QUESTION_ACTIVITY

    5. دور القلم والقرص معا محاولاً جعل القلم يقف على الممحاة.

    6

    نوع: QUESTION_ACTIVITY

    6. حرك القرص على نقاط مختلفة على القلم وأدرهما معا، وسجل ملاحظاتك.

    7

    نوع: QUESTION_ACTIVITY

    7. كرر الخطوات 6-4 مع القرص الآخر 15cm

    التحليل والاستنتاج

    نوع: محتوى تعليمي

    التحليل والاستنتاج

    8

    نوع: QUESTION_ACTIVITY

    8. رتب المحاولات التجريبية الثلاث تصاعديا بحسب استقرارها.

    9

    نوع: QUESTION_HOMEWORK

    9. صف موقع مركز كتلة قلم الرصاص.

    10

    نوع: QUESTION_HOMEWORK

    10. حلل تأثير موقع القرص في الاستقرار.

    نوع: محتوى تعليمي

    يجب تدوير مركز كتلته حول محور الدوران حتى يبتعد مركز الكتلة عن القاعدة، ولتدوير الصندوق يجب أن ترفع مركز كتلته. لذلك كلما كانت قاعدة الجسم عريضة كان أكثر استقرارًا (يتطلب قلبه تسليط عزم يدور مركز الكتلة مسافة طويلة حتى يصبح خارج القاعدة)، فعندما تقف في حافلة، وتتمايل في أثناء سيرها فإنك تباعد بين قدميك قليلا بحيث تزيد المسافة بينهما لتتجنب السقوط.

    نوع: محتوى تعليمي

    لماذا تنقلب السيارات ؟ يبين الشكل 11-2 سيارتين توشكان على الانقلاب. لاحظ أن السيارة ذات الارتفاع الأكبر يكون مركز كتلتها مرتفعًا، لذلك يؤدي ميل قاعدتها قليلاً إلى خروج مركز كتلتها عن القاعدة، فتنقلب السيارة، وكلما كان مركز كتلة الجسم منخفضًا تكون السيارة أكثر استقرارًا.

    نوع: محتوى تعليمي

    أما أنت فتكون أكثر استقرارًا عندما تقف مستويًا على قدميك. فإذا وقفت على أصابع قدميك فإن مركز كتلتك يتحرك مباشرة إلى الأمام، ويصبح فوق مقدمة القدمين، وتكون في حالة أقل استقرارًا. وفي لعبة الجودو وألعاب الدفاع عن النفس الأخرى يستخدم اللاعب فيها العزم لتدوير الخصم، بحيث لا يكون مركز كتلته فوق قدميه، مما يجعله في وضع أقل استقرارًا أو ثباتًا.

    نوع: محتوى تعليمي

    نستنتج مما سبق أنه إذا كان مركز الكتلة خارج قاعدة الجسم كان الجسم غير مستقر، ويدور أو ينقلب دون تأثير عزم إضافي، وإذا كان مركز الكتلة فوق قاعدة الجسم فإن الجسم يكون مستقرا، وإذا كانت قاعدة الجسم ضيقة ومركز الكتلة فوق القاعدة فإن الجسم يكون مستقرا، إلا أن أي قوة صغيرة تجعله ينقلب أو يدور.

    شروط الاتزان Conditions of Equilibrium

    نوع: محتوى تعليمي

    شروط الاتزان Conditions of Equilibrium

    نوع: محتوى تعليمي

    إذا كان قلم الحبر ساكنا ، فماذا يحتاج لكي يبقى كذلك ؟ يمكن أن تحمله بيدك بحيث يكون في وضع رأسي، أو تضعه على الطاولة، أو على أي سطح آخر ، أي يجب أن تؤثر في القلم بقوة إلى أعلى حتى تعادل قوة الجاذبية التي تؤثر فيه إلى أسفل. كما يجب أن تمنعه من الدوران، كأن تمسك به بيدك. ويُعد الجسم في حالة اتزان ميكانيكي إذا كانت سرعة الجسم المتجهة وسرعته الزاوية المتجهة صفرًا، أو ثابتتين. وحتى يكون الجسم في حالة اتزان ميكانيكي يجب توافر شرطين: الأول: يجب أن يكون في حالة اتزان انتقالي، أي أن محصلة القوى المؤثرة فيه تساوي صفرا؛ 0=EF. الثاني: يجب أن يكون في حالة اتزان دوراني، أي أن محصلة العزوم المؤثرة فيه تساوي صفرا؛ 0=ET.

    🔍 عناصر مرئية

    الشكل 112- مركز كتلة السيارة

    الشكل 112- مركز كتلة السيارة الصفراء أعلى من مركز كتلة السيارة الرمادية. وكلما كان مركز كتلة السيارة مرتفعًا احتجنا إلى ميل أقل لجعله يتحرك خارج القاعدة مسببا انقلابها ..

    📄 النص الكامل للصفحة

    الاستقرار يُعد الجسم في حالة استقرار إذا احتاج إلى قوة خارجية لقلبه أو تحريكه؛ فالصندوق في الشكل 10-2 يبقى مستقرا ما دام اتجاه العزم الناتج عن وزنه . T يُبقيه مستقرا على قاعدته. ويتحقق ذلك عندما يكون مركز كتلة الصندوق فوق قاعدته. ولقلب الصندوق أو تدويره --- SECTION: التدوير والاستقرار --- التدوير والاستقرار --- SECTION: 1 --- 1. قص قرصين من الكرتون المقوى قطراهما 10cm و 15cm --- SECTION: 2 --- 2. استخدم قلم رصاص ذا ممحاة ليس لها حواف، وإذا كانت كذلك فافركها على ورق لكي تزيل الحواف المستقيمة. --- SECTION: 3 --- 3. دور قلم الرصاص حول نفسه وحاول أن تجعله يقف على الممحاة. كرر هذه الخطوة عدة مرات وسجل ملاحظاتك. --- SECTION: 4 --- 4. ادفع قلم الرصاص برفق في مركز القرص الأول (10). --- SECTION: 5 --- 5. دور القلم والقرص معا محاولاً جعل القلم يقف على الممحاة. --- SECTION: 6 --- 6. حرك القرص على نقاط مختلفة على القلم وأدرهما معا، وسجل ملاحظاتك. --- SECTION: 7 --- 7. كرر الخطوات 6-4 مع القرص الآخر 15cm --- SECTION: التحليل والاستنتاج --- التحليل والاستنتاج --- SECTION: 8 --- 8. رتب المحاولات التجريبية الثلاث تصاعديا بحسب استقرارها. --- SECTION: 9 --- 9. صف موقع مركز كتلة قلم الرصاص. --- SECTION: 10 --- 10. حلل تأثير موقع القرص في الاستقرار. يجب تدوير مركز كتلته حول محور الدوران حتى يبتعد مركز الكتلة عن القاعدة، ولتدوير الصندوق يجب أن ترفع مركز كتلته. لذلك كلما كانت قاعدة الجسم عريضة كان أكثر استقرارًا (يتطلب قلبه تسليط عزم يدور مركز الكتلة مسافة طويلة حتى يصبح خارج القاعدة)، فعندما تقف في حافلة، وتتمايل في أثناء سيرها فإنك تباعد بين قدميك قليلا بحيث تزيد المسافة بينهما لتتجنب السقوط. لماذا تنقلب السيارات ؟ يبين الشكل 11-2 سيارتين توشكان على الانقلاب. لاحظ أن السيارة ذات الارتفاع الأكبر يكون مركز كتلتها مرتفعًا، لذلك يؤدي ميل قاعدتها قليلاً إلى خروج مركز كتلتها عن القاعدة، فتنقلب السيارة، وكلما كان مركز كتلة الجسم منخفضًا تكون السيارة أكثر استقرارًا. أما أنت فتكون أكثر استقرارًا عندما تقف مستويًا على قدميك. فإذا وقفت على أصابع قدميك فإن مركز كتلتك يتحرك مباشرة إلى الأمام، ويصبح فوق مقدمة القدمين، وتكون في حالة أقل استقرارًا. وفي لعبة الجودو وألعاب الدفاع عن النفس الأخرى يستخدم اللاعب فيها العزم لتدوير الخصم، بحيث لا يكون مركز كتلته فوق قدميه، مما يجعله في وضع أقل استقرارًا أو ثباتًا. نستنتج مما سبق أنه إذا كان مركز الكتلة خارج قاعدة الجسم كان الجسم غير مستقر، ويدور أو ينقلب دون تأثير عزم إضافي، وإذا كان مركز الكتلة فوق قاعدة الجسم فإن الجسم يكون مستقرا، وإذا كانت قاعدة الجسم ضيقة ومركز الكتلة فوق القاعدة فإن الجسم يكون مستقرا، إلا أن أي قوة صغيرة تجعله ينقلب أو يدور. --- SECTION: شروط الاتزان Conditions of Equilibrium --- شروط الاتزان Conditions of Equilibrium إذا كان قلم الحبر ساكنا ، فماذا يحتاج لكي يبقى كذلك ؟ يمكن أن تحمله بيدك بحيث يكون في وضع رأسي، أو تضعه على الطاولة، أو على أي سطح آخر ، أي يجب أن تؤثر في القلم بقوة إلى أعلى حتى تعادل قوة الجاذبية التي تؤثر فيه إلى أسفل. كما يجب أن تمنعه من الدوران، كأن تمسك به بيدك. ويُعد الجسم في حالة اتزان ميكانيكي إذا كانت سرعة الجسم المتجهة وسرعته الزاوية المتجهة صفرًا، أو ثابتتين. وحتى يكون الجسم في حالة اتزان ميكانيكي يجب توافر شرطين: الأول: يجب أن يكون في حالة اتزان انتقالي، أي أن محصلة القوى المؤثرة فيه تساوي صفرا؛ 0=EF. الثاني: يجب أن يكون في حالة اتزان دوراني، أي أن محصلة العزوم المؤثرة فيه تساوي صفرا؛ 0=ET. --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: الشكل 112- مركز كتلة السيارة Description: الشكل 112- مركز كتلة السيارة الصفراء أعلى من مركز كتلة السيارة الرمادية. وكلما كان مركز كتلة السيارة مرتفعًا احتجنا إلى ميل أقل لجعله يتحرك خارج القاعدة مسببا انقلابها .. (Note: Some details are estimated)

    ✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

    عدد الأسئلة: 3

    سؤال 8: 8. رتب المحاولات التجريبية الثلاث تصاعديا بحسب استقرارها.

    الإجابة: 8- قرص 10cm مع مركز كتلة قلم الرصاص في المنتصف، ثم قرص 15cm مع مركز كتلة قلم الرصاص في المنتصف، ثم قلم الرصاص وحده (مع الأقل استقراراً).

    خطوات الحل:

    1. **الخطوة 1 (المفهوم):** يعتمد استقرار الأجسام على عاملين أساسيين: مساحة القاعدة التي يرتكز عليها الجسم، وارتفاع مركز الكتلة عن تلك القاعدة. فكلما زادت مساحة القاعدة وانخفض مركز الكتلة، زاد الاستقرار.
    2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بمقارنة الحالات الثلاث: 1. قلم الرصاص وحده: قاعدته صغيرة جداً ومركز كتلته مرتفع نسبياً، فهو الأقل استقراراً. 2. قرص 10cm مع القلم: القاعدة أصبحت أوسع، مما زاد الاستقرار. 3. قرص 15cm مع القلم: القاعدة هنا هي الأوسع على الإطلاق، مما يوفر أكبر قدر من الاستقرار.
    3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بترتيبها تصاعدياً (من الأقل استقراراً إلى الأكثر): يبدأ الترتيب بـ **قلم الرصاص وحده، ثم قرص 10cm مع مركز كتلة القلم في المنتصف، ثم قرص 15cm مع مركز كتلة القلم في المنتصف**.

    سؤال 9: 9. صف موقع مركز كتلة قلم الرصاص.

    الإجابة: 9- مركز كتلة قلم الرصاص في المنتصف.

    خطوات الحل:

    1. **الخطوة 1 (المفهوم):** مركز الكتلة هو النقطة التي يبدو أن كتلة الجسم كاملة متركزة فيها. بالنسبة للأجسام المنتظمة والمتماثلة، يقع مركز الكتلة في مركزها الهندسي.
    2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بما أن قلم الرصاص جسم أسطواني منتظم وتوزيع المادة فيه متماثل على طوله، فإن كتلته تتوزع بالتساوي حول نقطة المنتصف.
    3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك، يقع **مركز كتلة قلم الرصاص في المنتصف**.

    سؤال 10: 10. حلل تأثير موقع القرص في الاستقرار.

    الإجابة: 10- كلما كان مركز كتلة الجسم منخفضاً كان أكثر استقراراً.

    خطوات الحل:

    1. **الخطوة 1 (المفهوم):** الاستقرار يرتبط بمدى سهولة أو صعوبة قلب الجسم. القاعدة الفيزيائية تنص على أن الجسم يكون أكثر ثباتاً عندما يكون مركز ثقله (أو كتلته) أقرب ما يكون إلى الأرض.
    2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عند إضافة القرص أو تغيير موقعه للأسفل، فإنه يسحب مركز الكتلة الكلي للمجموعة (القلم والقرص) نحو الأسفل باتجاه القاعدة.
    3. **الخطوة 3 (النتيجة):** نستنتج من ذلك أنه **كلما كان مركز كتلة الجسم منخفضاً كان أكثر استقراراً**.

    🎴 بطاقات تعليمية للمراجعة

    عدد البطاقات: 4 بطاقة لهذه الصفحة

    ما الشرطان اللذان يجب توافرهما حتى يكون الجسم في حالة اتزان ميكانيكي؟

    • أ) أن تكون سرعته ثابتة وأن تكون كتلته كبيرة.
    • ب) أن يكون مركز كتلته منخفضاً وأن تكون قاعدته عريضة.
    • ج) أن يكون في حالة اتزان انتقالي (محصلة القوى = صفر)، وأن يكون في حالة اتزان دوراني (محصلة العزوم = صفر).
    • د) أن تكون محصلة القوى المؤثرة فيه أكبر من صفر وأن تكون محصلة العزوم أقل من صفر.

    الإجابة الصحيحة: c

    الإجابة: أن يكون في حالة اتزان انتقالي (محصلة القوى = صفر)، وأن يكون في حالة اتزان دوراني (محصلة العزوم = صفر).

    الشرح: 1. **الاتزان الانتقالي**: يعني أن الجسم لا يتحرك انتقالياً أو يتحرك بسرعة ثابتة، وهذا يتحقق عندما تكون محصلة القوى المؤثرة عليه تساوي صفراً (ΣF = 0). 2. **الاتزان الدوراني**: يعني أن الجسم لا يدور أو يدور بسرعة زاوية ثابتة، وهذا يتحقق عندما تكون محصلة العزوم المؤثرة عليه تساوي صفراً (Στ = 0). 3. **النتيجة**: يجب توافر الشرطين معاً لتحقيق الاتزان الميكانيكي الكامل.

    تلميح: فكر في نوعي الاتزان: أحدهما يتعلق بالقوى والآخر يتعلق بالدوران.

    التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

    ما العاملان الرئيسيان اللذان يؤثران في استقرار الجسم؟

    • أ) سرعة الجسم ولونه.
    • ب) مساحة قاعدة الجسم وارتفاع مركز كتلته عن تلك القاعدة.
    • ج) كتلة الجسم وشكله الهندسي فقط.
    • د) قوة الجاذبية المؤثرة عليه ودرجة حرارته.

    الإجابة الصحيحة: b

    الإجابة: مساحة قاعدة الجسم وارتفاع مركز كتلته عن تلك القاعدة.

    الشرح: 1. **مساحة القاعدة**: كلما زادت مساحة القاعدة التي يرتكز عليها الجسم، زاد استقراره لأنه يصبح من الصعب إخراج مركز كتلته خارج حدود هذه القاعدة. 2. **ارتفاع مركز الكتلة**: كلما انخفض مركز كتلة الجسم (أي اقترب من القاعدة)، زاد استقراره لأن الميل المطلوب لإخراجه خارج القاعدة يكون أكبر. 3. **النتيجة**: الاستقرار يزداد بزيادة مساحة القاعدة وانخفاض مركز الكتلة.

    تلميح: فكر في قاعدة الارتكاز والنقطة التي تتركز فيها كتلة الجسم.

    التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

    متى يكون الجسم في حالة استقرار؟

    • أ) عندما تكون سرعته صفراً.
    • ب) عندما يكون مركز كتلته فوق قاعدته.
    • ج) عندما تكون كتلته كبيرة جداً.
    • د) عندما يكون محيطه دائرياً.

    الإجابة الصحيحة: b

    الإجابة: عندما يكون مركز كتلته فوق قاعدته.

    الشرح: 1. **شرط الاستقرار**: يتحقق استقرار الجسم عندما يقع مركز كتلته (النقطة التي تتركز فيها كتلته) فوق القاعدة التي يرتكز عليها. 2. **مبدأ العمل**: في هذه الحالة، يكون خط عمل قوة الوزن (الموجه للأسفل من مركز الكتلة) داخل حدود القاعدة، مما يمنع الجسم من الدوران أو الانقلاب تلقائياً. 3. **النتيجة**: طالما بقي مركز الكتلة فوق القاعدة، يبقى الجسم مستقراً ما لم تؤثر عليه قوة خارجية.

    تلميح: فكر في العلاقة بين موقع مركز الثقل والقاعدة التي يرتكز عليها الجسم.

    التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

    ما الذي يحدث للجسم عندما يخرج مركز كتلته خارج قاعدته؟

    • أ) يبقى ثابتاً ولكنه يصبح أثقل.
    • ب) يصبح الجسم غير مستقر ويدور أو ينقلب دون الحاجة إلى عزم إضافي.
    • ج) تزداد قوة احتكاكه مع السطح.
    • د) يتحول إلى حالة اتزان دوراني فقط.

    الإجابة الصحيحة: b

    الإجابة: يصبح الجسم غير مستقر ويدور أو ينقلب دون الحاجة إلى عزم إضافي.

    الشرح: 1. **خروج مركز الكتلة**: عندما يتحرك مركز كتلة الجسم خارج المنطقة المحددة بقاعدته. 2. **النتيجة الفورية**: ينشأ عزم دوران تلقائي بسبب قوة الوزن، حيث لم يعد خط عملها يمر عبر القاعدة. 3. **الحركة**: هذا العزم التلقائي يتسبب في دوران الجسم أو انقلابه دون الحاجة إلى تطبيق عزم خارجي إضافي. 4. **الخلاصة**: الجسم في هذه الحالة يكون في حالة عدم اتزان وغير مستقر.

    تلميح: فكر في حالة انعدام الاستقرار وما يترتب عليها من حركة.

    التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط