صفحة 60 - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 31: أكمل خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات الآتية: التسارع الزاوي، نصف القطر، التسارع المماسي (الخطي)، التسارع المركزي.

الإجابة: 31- الأوسط: نصف القطر العلوي يسار: التسارع الزاوي العلوي يمين: التسارع المماسي السفلي يمين: التسارع المركزي

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لإكمال خريطة المفاهيم، يجب أن نربط بين الكميات الدورانية والكميات الخطية، والعامل المشترك الذي يربط بينهما دائماً هو المسافة من مركز الدوران.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** - المصطلح الذي يربط الحركة الخطية بالدورانية هو **نصف القطر**، لذا يوضع في المنتصف. - الكميات المرتبطة بالزاوية هي **التسارع الزاوي**. - الكميات المرتبطة بالحركة المماسية هي **التسارع المماسي**. - الكمية التي تتجه نحو المركز في الحركة الدائرية هي **التسارع المركزي**.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن التوزيع الصحيح هو: - الأوسط: **نصف القطر** - العلوي يسار: **التسارع الزاوي** - العلوي يمين: **التسارع المماسي** - السفلي يمين: **التسارع المركزي**

سؤال 32: يدور إطار دراجة هوائية بمعدل ثابت rev / min 25. فهل تقل سرعتها الزاوية المتجهة أم تزداد أم تبقى ثابتة؟ (1-2)

الإجابة: 32. تبقى ثابتة.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** السرعة الزاوية المتجهة ($\\omega$) تعبر عن معدل دوران الجسم حول مركزه.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بما أن السؤال ذكر أن الإطار يدور بمعدل "ثابت" وقدره $25 \text{ rev/min}$، فهذا يعني عدم وجود تغير في قيمة الدوران مع مرور الزمن.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بما أن المعدل ثابت، فإن السرعة الزاوية المتجهة **تبقى ثابتة**.

سؤال 33: يدور إطار لعبة بمعدل ثابت rev min 5. فهل تسارعها الزاوي موجب أم سالب أم صفر؟ (1-2)

الإجابة: 33. صفر

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** التسارع الزاوي ($\\alpha$) هو مقياس لمعدل تغير السرعة الزاوية بالنسبة للزمن.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بما أن اللعبة تدور بمعدل ثابت ($5 \text{ rev/min}$)، فهذا يعني أن السرعة الزاوية لا تتغير ($\\Delta \\omega = 0$).
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بما أنه لا يوجد تغير في السرعة، فإن التسارع الزاوي يكون **صفراً**.

سؤال 34: هل تدور جميع أجزاء الأرض بالمعدل نفسه؟ وضح ذلك. (1-2)

الإجابة: 34. لا، لأن السرعة الخطية تعتمد على نصف القطر.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** يجب أن نفرق بين السرعة الزاوية (دوران الأرض حول محورها) والسرعة الخطية (المسافة المقطوعة فعلياً).
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بينما تدور الأرض ككتلة واحدة بنفس السرعة الزاوية، إلا أن السرعة الخطية تعتمد على العلاقة $v = r\\omega$. وبما أن نصف القطر ($r$) يختلف من خط الاستواء إلى القطبين، فإن السرعة تختلف.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن الإجابة هي: **لا، لأن السرعة الخطية تعتمد على نصف القطر** الذي يتغير بتغير الموقع على الأرض.

سؤال 35: يدور إطار دراجة بمعدل ثابت rev min 14. فهل يكون اتجاه التسارع الكلي لنقطة على الإطار إلى الداخل، أم إلى الخارج، أم مماسيا، أم صفرا ؟ (1-2)

الإجابة: 35. إلى الداخل

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** في الحركة الدائرية المنتظمة (بمعدل ثابت)، يتلاشى التسارع المماسي، ولكن يبقى هناك تسارع يحافظ على المسار الدائري.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** هذا التسارع يسمى التسارع المركزي، ومن خصائصه الأساسية أنه يشير دائماً نحو مركز الدوران.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بما أن الدوران ثابت، فإن اتجاه التسارع الكلي يكون **إلى الداخل** (باتجاه المركز).

سؤال 36: لماذا يُعد عزم الدوران أهم من القوة عند محاولة شد البرغي؟ (2-2)

الإجابة: 36. لأن العزم يعتمد على القوة المؤثرة وبعدها عن محور الدوران.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** القوة هي سحب أو دفع، أما عزم الدوران فهو مقياس لمدى فعالية هذه القوة في إحداث دوران للجسم.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عند فك برغي، نحن لا نحتاج فقط لقوة، بل نحتاج لتأثير دوراني. العزم يجمع بين مقدار القوة ومكان تأثيرها (ذراع القوة).
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك العزم أهم **لأن العزم يعتمد على القوة المؤثرة وبعدها عن محور الدوران**، مما يسهل عملية التدوير.

سؤال 37: رتب العزوم المؤثرة في الأبواب الخمسة في الشكل 14-2 من الأقل إلى الأكبر. ولاحظ أن مقدار القوة هو نفسه في الأبواب كلها. (2-2)

الإجابة: 37. E > D > C > B > A

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** قانون عزم الدوران هو $\\tau = Fr \\sin \\theta$. بما أن القوة ($F$) ثابتة، فإن العزم يعتمد على المسافة ($r$) والزاوية ($\\theta$).
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** - الباب A: القوة عند المحور ($r=0$) فالعزم صفر. - الأبواب الأخرى: كلما زادت المسافة عن المفصلات وزادت الزاوية لتصبح عمودية ($90^\\circ$)، زاد العزم.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بمقارنة الأشكال، نجد الترتيب من الأقل إلى الأكبر هو: **E > D > C > B > A**

سؤال 38: المعايرة العجلات توضع عجلة السيارة على محور دوران رأسي، وتضاف إليها أثقال لجعلها في وضع أفقي. لماذا تكافئ عملية وضع الأثقال على العجلة عملية تحريك مركز كتلتها حتى يصبح في منتصفها ؟ (3-2)

الإجابة: 38. لأنها تعمل على تحريك مركز الكتلة ليصبح على محور الدوران.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** مركز الكتلة هو النقطة التي يبدو أن كتلة الجسم كلها متركزة فيها. لكي يدور جسم بشكل متزن، يجب أن يكون مركز كتلته متوافقاً مع محور الدوران.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عندما تكون العجلة غير متزنة، يكون مركز كتلتها بعيداً عن المركز الهندسي. إضافة الأثقال في أماكن محددة تعيد توزيع الكتلة.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن الإجابة هي: **لأنها تعمل على تحريك مركز الكتلة ليصبح على محور الدوران**، مما يمنع الاهتزاز.

سؤال 39: يقود سائق سيارة بطريقة خطرة؛ حيث يقودها على إطارين جانبيين فقط. فأين يكون مركز كتلة السيارة؟ (3-2)

الإجابة: 39. يكون مركز الكتلة فوق قاعدة الدعم.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لكي يبقى أي جسم مستقراً ولا ينقلب، يجب أن يقع خط تأثير وزن الجسم (النازل من مركز الكتلة) ضمن قاعدة الدعم.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عندما ترتفع السيارة على إطارين، تصبح قاعدة الدعم هي الخط الواصل بين هذين الإطارين فقط.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** للحفاظ على التوازن في هذه الحالة، يجب أن **يكون مركز الكتلة فوق قاعدة الدعم** مباشرة.

سؤال 40: لماذا تتزن عندما تقف على أطراف أصابع قدميك حافيًا، ولا تستطيع الاتزان إذا وقفت مواجها للجدار وأصابع قدميك تلامسه ؟ (3-2)

الإجابة: 40. لأن مركز كتلتك يقع فوق قاعدة دعمك عندما تقف على أطراف أصابع قدميك حافيًا، بينما يقع خارجها عندما تقف مواجهًا للجدار وأصابع قدميك تلامسه.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** التوازن يعتمد على موقع مركز الكتلة بالنسبة لقاعدة الدعم (القدمين).
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عند الوقوف على الأصابع، يمكنك إمالة جسمك قليلاً ليظل مركز الكتلة فوق أصابعك. لكن عند مواجهة الجدار، يمنعك الجدار من إمالة جسمك للأمام، مما يجعل مركز كتلتك يندفع للخلف خارج منطقة أصابعك.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لأن **مركز كتلتك يقع فوق قاعدة دعمك عندما تقف على أطراف أصابعك حافيًا، بينما يقع خارجها عندما تقف مواجهًا للجدار**.

سؤال 41: لماذا يظهر لاعب الجمباز وكأنه يطير في الهواء عندما يرفع ذراعيه فوق رأسه في أثناء القفز ؟ (3-2)

الإجابة: 41. يرفع مركز كتلة جسمه فوق رأسه في أثناء القفز، مما يعطيه إحساسًا بأنه يطير.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** جسم الإنسان ليس كتلة صلبة ثابتة؛ يمكننا تغيير توزيع الكتلة فيه عن طريق تحريك أطرافنا.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عندما يرفع اللاعب ذراعيه، فإنه يسحب جزءاً من كتلته للأعلى، مما يؤدي إلى رفع المركز الإجمالي لكتلة الجسم بالنسبة لجذعه.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** هذا الفعل **يرفع مركز كتلة جسمه فوق رأسه في أثناء القفز، مما يعطيه إحساسًا بأنه يطير** لفترة أطول.

سؤال 42: لماذا يكون احتمال انقلاب سيارة لها إطارات أقطارها كبيرة أكبر من احتمال انقلاب سيارة ذات إطارات أقطارها صغيرة؟ (3-2)

الإجابة: 42. لأن مركز كتلة السيارة يرتفع، مما يقلل من قاعدة الدعم، ويزيد من احتمال انقلابها.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** استقرار المركبة يتأثر بارتفاع مركز كتلتها عن الأرض وعرض قاعدة دعمها.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** استخدام إطارات كبيرة يرفع هيكل السيارة بالكامل بعيداً عن الأرض، وهذا يعني رفع مستوى مركز الكتلة.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بما أن **مركز كتلة السيارة يرتفع، فهذا يقلل من استقرار قاعدة الدعم ويزيد من احتمال انقلابها** عند الانعطاف أو الميل.

سؤال 43: ناقلا حركة، أحدهما صغير والآخر كبير، متصلان معا ويدوران كما في الشكل 15 - 2. قارن أولاً بين سرعتيهما الزاويتين المتجهتين، ثم بين السرعتين الخطيتين لسنين متصلين معا.

الإجابة: 43. السرعتان الزاويتان المتجهتان: متساويتان. السرعتان الخطيتان: متساويتان عند التلامس.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** عندما يتلامس ناقلا حركة (ترسان)، فإنهما يشتركان في نقطة التماس التي تتحرك بنفس السرعة اللحظية.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بما أن الأسنان متداخلة، فلا يمكن لسن أن يسبق الآخر عند نقطة التماس، لذا السرعة الخطية ($v$) متساوية. وبما أنهما مرتبطان، فإن سرعتهما الزاوية تتناسب مع أنصاف أقطارهما لضمان التوافق.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن: **السرعتان الزاويتان المتجهتان متساويتان، والسرعتان الخطيتان متساويتان عند نقطة التلامس**.

سؤال 44: الدوران في حوض الغسالة ما مبدأ عمل الغسالة ؟ وكيف يؤثر دوران الحوض في الغسيل؟ اشرح ذلك بدلالة القوى على الملابس والماء.

الإجابة: 44. مبدأ عمل الغسالة هو قوة طرد مركزية على الملابس والماء. يؤثر دوران الحوض في الغسيل بفصل الماء عن الملابس.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** تعتمد الغسالة في تجفيف الملابس على القصور الذاتي والحركة الدائرية السريعة.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عند دوران الحوض بسرعة كبيرة، تنشأ قوة طرد مركزية (من وجهة نظر إطار مرجعي دوار). الملابس تُدفع نحو جدران الحوض، بينما الماء يخرج من الثقوب لأنه لا يملك قوة مركزية كافية تبقيه في المسار الدائري.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** مبدأ العمل هو **قوة الطرد المركزية، حيث يؤثر دوران الحوض بفصل الماء عن الملابس** عبر الثقوب.

سؤال 45: الإطار المثقوب افترض أن أحد إطارات سيارة والدك قد ثقب، وأخرجت العدة لتساعده ووجدت أن هناك مشكلة في مقبض مفتاح الشد المستخدم لفك صمولة البراغي الثابتة، وأنه من المستحيل فك الصواميل، فاقترح عليك والدك عدة طرائق لزيادة العزم المؤثر لفكها. اذكر ثلاث طرائق يمكن أن يقترحها عليك والدك ؟

الإجابة: 45. (1) زيادة طول مفتاح الشد. (2) زيادة القوة المؤثرة. (3) جعل القوة عمودية.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** لزيادة العزم ($\\tau = Fr \\sin \\theta$)، يجب التلاعب بالعوامل الثلاثة المؤثرة فيه: القوة، المسافة، والزاوية.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** - لزيادة المسافة ($r$): نستخدم مفتاحاً أطول. - لزيادة القوة ($F$): نضغط بقوة أكبر أو نستعين بشخص آخر. - لتحسين الزاوية ($\\theta$): نضمن أن الدفع عمودي تماماً على المفتاح.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** الطرائق الثلاث هي: **(1) زيادة طول مفتاح الشد، (2) زيادة القوة المؤثرة، (3) جعل القوة عمودية على المفتاح**.

في الحركة الدائرية المنتظمة (بمعدل ثابت)، ما اتجاه التسارع الكلي لنقطة على الجسم الدوار؟

• أ) إلى الخارج (بعيداً عن المركز)
• ب) إلى الداخل (باتجاه المركز)
• ج) مماسياً (على طول المسار)
• د) صفر (لا يوجد تسارع)

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: إلى الداخل (باتجاه المركز)

الشرح: 1. في الحركة الدائرية المنتظمة، السرعة الزاوية ثابتة. 2. التسارع المماسي (المسؤول عن تغير مقدار السرعة) يصبح صفراً. 3. يبقى التسارع المركزي (المسؤول عن تغير اتجاه السرعة) وهو موجود دائماً. 4. اتجاه التسارع المركزي (وهو التسارع الكلي في هذه الحالة) يكون دائماً نحو مركز الدوران.

تلميح: في الحركة المنتظمة، التسارع المماسي صفر، ويبقى تسارع آخر.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

لماذا يُعد عزم الدوران أكثر أهمية من القوة عند محاولة شد أو فك برغي؟

• أ) لأن القوة لا تؤثر في الأجسام الصلبة.
• ب) لأن العزم يعتمد على القوة المؤثرة وبعدها عن محور الدوران.
• ج) لأن القوة تقاس بالنيوتن فقط.
• د) لأن البرغي يحتاج إلى سرعة عالية.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: لأن العزم يعتمد على القوة المؤثرة وبعدها عن محور الدوران.

الشرح: 1. القوة هي سحب أو دفع، أما عزم الدوران فهو مقياس لقدرة القوة على إحداث دوران. 2. صيغة العزم: τ = F × r × sinθ، حيث F هي القوة، و r هي ذراع القوة (البعد عن محور الدوران). 3. عند فك برغي، نحتاج إلى تأثير دوراني فعال، وهذا يعتمد على مقدار القوة ومكان تطبيقها. 4. لذلك، العزم هو الكمية المناسبة لوصف وتنفيذ هذا العمل.

تلميح: فك البرغي يتطلب إحداث دوران، وليس مجرد دفع أو سحب.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط

ما مبدأ عمل الغسالة الآلية في فصل الماء عن الملابس أثناء عملية العصر؟

• أ) الاحتكاك بين الملابس والماء.
• ب) قوة الطرد المركزية على الملابس والماء.
• ج) الضغط الجوي المنخفض داخل الحوض.
• د) الحرارة الناتجة عن الدوران.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: قوة الطرد المركزية على الملابس والماء.

الشرح: 1. يدور حوض الغسالة بسرعة عالية. 2. تنشأ قوة طرد مركزية (من منظور إطار مرجعي دوار) تدفع الملابس والماء نحو جدار الحوض. 3. جدار الحوض به ثقوب تسمح للماء بالمرور. 4. قوة الطرد المركزية تدفع الماء عبر الثقوب، بينما تبقى الملابس داخل الحوض بسبب كتلتها الأكبر وقصورها الذاتي.

تلميح: يرتبط هذا المبدأ بالحركة الدائرية السريعة.

التصنيف: تطبيق المفاهيم | المستوى: متوسط

لماذا يتعذر على الشخص الحفاظ على اتزانه عند الوقوف على أطراف أصابع قدميه إذا كان صدره وأصابع قدميه يلامسان الجدار؟

• أ) لأن الجدار يمارس قوة طرد مركزية تدفع الجسم بعيداً عنه.
• ب) لأن الجدار يزيد من مساحة قاعدة الدعم بشكل يمنع الدوران.
• ج) لأن مركز كتلة الجسم يقع خارج مساحة قاعدة الدعم (الأصابع).
• د) بسبب زيادة عزم الدوران الناتج عن تلامس الصدر مع الجدار.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: لأن مركز كتلة الجسم يقع خارج مساحة قاعدة الدعم (الأصابع).

الشرح: 1. يعتمد استقرار الجسم على وقوع مركز الكتلة شاقولياً فوق قاعدة الدعم. 2. عند الوقوف على الأصابع بشكل طبيعي، يميل الجسم للأمام قليلاً لضبط مركز الكتلة فوق مساحة الأصابع. 3. وجود الجدار يمنع الجسم من الميل للأمام، مما يضطر مركز الكتلة للبقاء في موقع يقع خارج (خلف) قاعدة الدعم، مما يسبب فقدان الاتزان.

تلميح: فكر في العلاقة بين موقع مركز الكتلة ومساحة الارتكاز (قاعدة الدعم).

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط

عندما تدور الأرض حول محورها، أي من العبارات التالية تصف العلاقة بين السرعة الزاوية (ω) والسرعة الخطية (v) للنقاط المختلفة على سطحها؟

• أ) تتساوى السرعة الخطية لجميع النقاط على سطح الأرض، بينما تختلف السرعة الزاوية باختلاف خطوط العرض.
• ب) جميع النقاط لها نفس السرعة الزاوية، بينما تختلف السرعة الخطية باختلاف بعد النقطة عن محور الدوران.
• ج) تتساوى كل من السرعة الزاوية والسرعة الخطية لجميع أجزاء الأرض لأنها تدور ككتلة واحدة.
• د) تكون السرعة الزاوية أكبر ما يمكن عند القطبين، بينما تكون السرعة الخطية أكبر ما يمكن عند خط الاستواء.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: جميع النقاط لها نفس السرعة الزاوية، بينما تختلف السرعة الخطية باختلاف بعد النقطة عن محور الدوران.

الشرح: 1. مفهوم دوران الجسم الصلب: بما أن الأرض تدور ككتلة واحدة، فإن جميع النقاط عليها تقطع نفس الإزاحة الزاوية في نفس الفترة الزمنية، مما يعني أن لها نفس السرعة الزاوية (ω). 2. العلاقة بين السرعتين: السرعة الخطية (v) تُحسب من العلاقة v = rω، حيث r هو نصف قطر المسار الدائري. 3. تأثير الموقع: يختلف بُعد النقاط عن محور الدوران (نصف القطر)؛ فمثلاً يكون r عند خط الاستواء أكبر منه عند القطبين. 4. النتيجة النهائية: ثبات ω واختلاف v تبعاً لتغير r.

تلميح: تذكر العلاقة الرياضية التي تربط بين السرعة الخطية والسرعة الزاوية (v = rω).

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط