The Coriolis Force قوة كوريوليس - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 دوران الأطر المرجعية (تابع)

المفاهيم الأساسية

التسارع المركزي (a_c): تسارع الجسم المتحرك في مسار دائري نحو المركز، ويعبر عنه بـ `a_c = v²/r` أو `a_c = ω²r`، ويعتمد على المسافة من مركز الدوران ومربع السرعة الزاوية.

قوة كوريوليس: قوة ظاهرية (غير حقيقية) تُحس بها في الأطر المرجعية الدوارة، حيث تبدو الأجسام المتحركة فيها وكأنها تنحرف عن مسارها المستقيم.

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

#### تطبيق على مثال (سلم خشبي)

##### تحليل المسألة

• اختر محور الدوران عند نقطة تأثير إحدى القوتين المجهولتين (مثل FA) لتقليل المجاهيل.
• مركز كتلة السلم المنتظم (كثافته ثابتة) هو منتصف طوله.

##### خطوات الحل

تطبيق شرط الاتزان الانتقالي:

F_{محصلة} = F_A + F_B - F_g = 0

F_A = F_g - F_B

تطبيق شرط الاتزان الدوراني (باختيار محور عند A):

• العزم الناتج عن FA = 0.
• مجموع العزوم المتبقية (من FB و Fg) حول المحور = 0.

0.0 N.m = \tau_B + \tau_g

\tau_B = - \tau_g

r_B F_B = r_g F_g

F_B = \frac{r_g F_g}{r_B} = \frac{r_g m g}{r_B}

حساب القوى

• حساب FB:

F_B = \frac{(0.30 m)(5.8 kg)(9.80 m/s^2)}{(1.05 m)} = 16 N

• حساب FA:

F_A = F_g - F_B = mg - \frac{r_g m g}{r_B} = mg(1 - \frac{r_g}{r_B})

F_A = (5.8 kg)(9.80 m/s^2)(1 - \frac{0.30 m}{1.05 m}) = 41 N

##### تقويم الجواب

• الوحدات: القوى تقاس بوحدة النيوتن (N).
• الإشارات: القوتان FA وFB إلى أعلى (موجبة).
• المنطق: مجموع القوتين لأعلى يساوي وزن السلم (Fg). القوة الأكبر هي FA (الحامل القريب من مركز الكتلة).

4-2 دوران الأطر المرجعية

خصائص الأطر المرجعية الدوارة

• أطر متسارعة (غير قصورية).
• لا تنطبق عليها قوانين نيوتن.
• مثال: عربة دوارة في مدينة الألعاب.

أهمية دراستها

• الأرض تدور (إطار مرجعي دوار).
• تأثير دوران الأرض قليل في المختبر.
• تأثيره كبير في الغلاف الجوي والطقس والمناخ.

5-2 القوة الطاردة المركزية

تعريفها

• قوة ظاهرية (غير حقيقية).
• يشعر بها الجسم في إطار دوار وكأنها تسحبه للخارج.

تفسيرها الفيزيائي

• سبب الشعور هو القصور الذاتي للجسم.
• الجسم المتحرك في مسار دائري يميل للخروج بخط مستقيم.
• القوة الحقيقية هي الجاذبة المركزية التي تسحبه نحو المركز.
• الدفع للخارج ليس بسبب قوة، بل بسبب ميل الجسم للاستمرار في خط مستقيم.

التسارع المركزي

• ينتج عن القصور الذاتي للأجسام.
• في المنصة الدوارة، يرى المراقب الخارجي الجسم يتحرك في مسار دائري ويتسارع نحو المركز.
• العلاقة: a_c = \frac{v^2}{r}
• بدلالة السرعة الزاوية: a_c = \omega^2 r
• يعتمد على:

- المسافة من مركز الدوران (r).

- مربع السرعة الزاوية (ω²).

6-2 قوة كوريوليس

تعريفها

• قوة ظاهرية (غير حقيقية).
• تظهر في الأطر المرجعية الدوارة.

تجربة القرص الدوار (الشكل 12-2)

• مراقب خارجي: يرى الكرة تتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة.
• مراقب على القرص (دوار): يرى الكرة تتحرك في مسار منحن بسرعة ثابتة، وكأن قوة تحرفها.
• سبب الإحساس بها: ملاحظة الحركة من داخل إطار مرجعي دوار.

مثال: دوران الأرض

• إذا أطلقت قذيفة من خط الاستواء نحو الشمال:

- لها مركبة سرعة نحو الشرق بسبب دوران الأرض.

- هذه المركبة أكبر عند خط الاستواء.

- أثناء حركتها شمالاً، تتحرك أيضًا نحو الشرق (تظهر منحرفة).

```

نقاط مهمة

• التسارع المركزي هو تسارع حقيقي نحو مركز المسار الدائري، وليس قوة.
• قوة كوريوليس، مثل القوة الطاردة المركزية، هي قوة ظاهرية وليست حقيقية، وتنشأ فقط عند الرصد من داخل إطار مرجعي دوار.
• يظهر تأثير قوة كوريوليس في حركة الأجسام على الأرض (مثل الرياح والقذائف) بسبب دوران الأرض حول محورها.

ناتج عن القصور الذاتي للأجسام. وفي حالة المنصة الدوارة يرى الشخص الواقف على الأرض أن الجسم يتحرك في مسار دائري ويتسارع نحو المركز بسبب قوة النابض، ويعبر عن تسارعه المركزي بعلاقة = = a . ويمكن كتابته بدلالة السرعة الزاوية المتجهة على النحو التالي: ae = wr؛ حيث يعتمد التسارع المركزي على المسافة من مركز الدوران، وعلى مربع السرعة الزاوية المتجهة.

The Coriolis Force قوة كوريوليس

يظهر التأثير الثاني للدوران في الشكل 12-2. افترض أن شخصا يقف في مركز قرص دوار، ويقذف كرة إلى حافته الخارجية. لندرس الحركة الأفقية للكرة كما يراها مراقبان على أن تهمل الحركة الرأسية للكرة في أثناء سقوطها. إذا كان المراقب واقفًا خارج القرص، كما هو موضح في الشكل 12-2، فسيرى الكرة تتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة المقدار إلى طرف القرص الخارجي. أما المراقب الآخر الذي على القرص ويدور معه، فسيرى الكرة تتحرك في مسار منحن بسرعة ثابتة مقدارًا، كما هو موضح في الشكل 12-2، حيث يبدو أن هناك قوة تحرف الكرة عن مسارها، هذه القوة الظاهرية تُسمى قوة كوريوليس، وكما في القوة الطاردة المركزية، فإن قوة كوريوليس ليست حقيقية. ويعود سبب الإحساس بتأثيرها إلى أننا نلاحظ الانحراف في الحركة الأفقية عندما نكون في إطار مرجعي دوار.

قوة كوريوليس الناشئة عن دوران الأرض افترض أن مدفعا يطلق قذيفة من نقطة على خط الاستواء نحو الشمال. فإذا أطلقت القذيفة في اتجاه الشمال مباشرة، فسيظهر لها مركبة سرعة في اتجاه الشرق؛ بسبب دوران الأرض، ويكون مقدار هذه المركبة عند خط الاستواء أكبر منه عند أي خط عرض آخر ؛ لذا فإنه في أثناء حركة القذيفة شمالاً فإنها تتحرك أيضًا نحو

ناتج عن القصور الذاتي للأجسام. وفي حالة المنصة الدوارة يرى الشخص الواقف على الأرض أن الجسم يتحرك في مسار دائري ويتسارع نحو المركز بسبب قوة النابض، ويعبر عن تسارعه المركزي بعلاقة = = a . ويمكن كتابته بدلالة السرعة الزاوية المتجهة على النحو التالي: ae = wr؛ حيث يعتمد التسارع المركزي على المسافة من مركز الدوران، وعلى مربع السرعة الزاوية المتجهة. --- SECTION: The Coriolis Force قوة كوريوليس --- The Coriolis Force قوة كوريوليس يظهر التأثير الثاني للدوران في الشكل 12-2. افترض أن شخصا يقف في مركز قرص دوار، ويقذف كرة إلى حافته الخارجية. لندرس الحركة الأفقية للكرة كما يراها مراقبان على أن تهمل الحركة الرأسية للكرة في أثناء سقوطها. إذا كان المراقب واقفًا خارج القرص، كما هو موضح في الشكل 12-2، فسيرى الكرة تتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة المقدار إلى طرف القرص الخارجي. أما المراقب الآخر الذي على القرص ويدور معه، فسيرى الكرة تتحرك في مسار منحن بسرعة ثابتة مقدارًا، كما هو موضح في الشكل 12-2، حيث يبدو أن هناك قوة تحرف الكرة عن مسارها، هذه القوة الظاهرية تُسمى قوة كوريوليس، وكما في القوة الطاردة المركزية، فإن قوة كوريوليس ليست حقيقية. ويعود سبب الإحساس بتأثيرها إلى أننا نلاحظ الانحراف في الحركة الأفقية عندما نكون في إطار مرجعي دوار. قوة كوريوليس الناشئة عن دوران الأرض افترض أن مدفعا يطلق قذيفة من نقطة على خط الاستواء نحو الشمال. فإذا أطلقت القذيفة في اتجاه الشمال مباشرة، فسيظهر لها مركبة سرعة في اتجاه الشرق؛ بسبب دوران الأرض، ويكون مقدار هذه المركبة عند خط الاستواء أكبر منه عند أي خط عرض آخر ؛ لذا فإنه في أثناء حركة القذيفة شمالاً فإنها تتحرك أيضًا نحو --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: الشكل 12-2 قوة كوريوليس توجد فقط في الأطر المرجعية الدوارة. Description: Diagram showing Coriolis force in rotating reference frames. Table Structure: Headers: N/A Data: N/A Context: Illustrates the Coriolis effect in rotating frames of reference.