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

📚 نظرية الدفع - الزخم

المفاهيم الأساسية

الدفع: يساوي التغير في زخم الجسم (موجود في المعادلة والنظرية).

الزخم: كمية متجهة تساوي حاصل ضرب الكتلة في السرعة (p = mv).

نظرية الدفع - الزخم: الدفع على جسم ما يساوي زخم الجسم النهائي مطروحًا منه زخمه الابتدائي (F∆t = p₂ - p₁).

خريطة المفاهيم

```markmap

الزخم وحفظه

ما ستتعلمه في هذا الفصل

وصف الزخم والدفع

توظيف العلاقات والمفاهيم المرتبطة بهما

ربط القانون الثالث لنيوتن مع قانون حفظ الزخم

الأهمية

الزخم مفتاح النجاح في الألعاب الرياضية

#### البيسبول

#### كرة القدم

#### هوكي الجليد

#### التنس

مثال: ضرب الكرة في البيسبول

#### يتغير شكل الكرة والمضرب لحظة التصادم

#### يتغير زخم الكرة والمضرب

#### التغير في الزخم يحدد نجاح الضربة

نشاط تفكيري

سؤال: ما القوة المؤثرة في مضرب البيسبول عند ضرب الكرة إلى خارج الملعب؟

3-1 الدفع والزخم

الأهداف

#### تتعرف مفهوم الزخم

#### تحدد مقدار الدفع الواقع على جسم

تجربة استهلالية

#### سؤال: ماذا يحدث عند تصادم كرة جوفاء وأخرى مصمتة؟

#### خطوات التجربة

##### تصادم كرتين متحركتين

##### تصادم كرة مصمتة ساكنة مع جوفاء متحركة

##### تصادم كرة جوفاء ساكنة مع مصمتة متحركة

#### أسئلة التحليل

##### ما العوامل المؤثرة في السرعة بعد التصادم؟

##### ما العوامل المحددة لاتجاه الحركة؟

##### ما سبب ارتداد الكرة المصمتة للخلف؟

المفردات

#### الدفع

#### الزخم

#### نظرية الدفع - الزخم

العلاقة بين الدفع والزخم

#### اشتقاق العلاقة من القانون الثاني لنيوتن

##### F = ma = m (\frac{\Delta v}{\Delta t})

##### F \Delta t = m \Delta v

#### الدفع يساوي التغير في الزخم

##### F \Delta t = \Delta p

##### حيث p = mv

#### حساب الدفع من منحنى القوة-الزمن

##### الدفع = المساحة تحت المنحنى

##### مثال: تصادم كرة بيسبول (الشكل 1-3)

###### القوة تتغير خلال زمن مقداره 3.0 مللي ثانية

###### تصل القوة لأقصى قيمة (أكبر من وزن الكرة بأكثر من 10000 مرة)

###### الشكل البياني على شكل جرس (يرتفع ثم ينخفض)

دلالة الألوان في الكتاب

#### متجهات الزخم والدفع: برتقالي

#### متجهات القوة: أزرق

#### متجهات التسارع: بنفسجي

#### متجهات الإزاحة: أخضر

#### متجهات السرعة: أحمر

استخدام نظرية الدفع - الزخم

#### تطبيق عملي: أحذية الركض

##### تصميم النعل بممتصات لإطالة زمن تأثير القوة وتقليلها

#### تطبيق رياضي: كرة البيسبول

##### حساب التغير في الزخم من المساحة تحت منحنى القوة-الزمن

##### مثال: كرة كتلتها 0.145 كجم

###### الزخم الابتدائي: p₁ = (0.145 kg)(-38 m/s) = -5.5 kg.m/s

###### الزخم النهائي: p₂ = p₁ + F∆t

#### خصائص كمية

##### الزخم كمية متجهة

##### الدفع كمية متجهة (لأن القوة متجهة)

##### يجب أخذ الإشارات في الاعتبار في الحركة أحادية البعد

```

نقاط مهمة

• نظرية الدفع - الزخم: F∆t = p₂ - p₁، حيث الدفع (F∆t) يساوي التغير في الزخم (∆p).
• حساب الدفع: إذا كانت القوة ثابتة: الدفع = القوة × الزمن. إذا كانت متغيرة: الدفع = المساحة تحت منحنى (القوة-الزمن) أو باستخدام متوسط القوة.
• طبيعة الكميات: الزخم والدفع كميات متجهة، لذا يجب مراعاة الاتجاه والإشارة في الحسابات.
• تطبيق عملي: تصميم أحذية الركض بممتصات الصدمات يطيل زمن تأثير القوة، مما يقلل مقدار القوة المؤثرة على القدم وفقًا للنظرية.
• مثال حسابي: لحساب زخم كرة بيسبول نهائيًا، اجمع زخمها الابتدائي مع الدفع المؤثر عليها: p₂ = p₁ + F∆t.

بالرجوع إلى المعادلة FAt = mAv = m v - mv ، حيث إن m v = p و m v = p ، فإنه يمكننا إعادة كتابة هذه المعادلة على النحو الآتي: F∆t = mv = P-P

أحذية الركض يُعد الركض على الأقدام عملاً شاقا ؛ فعندما يضرب العداء الأرض بقدمه تؤثر الأرض في القدم بقوة تساوي أربعة أمثال وزنه. ويصمم الحذاء الرياضي بحيث يكون نعله مزودا بوسائد امتصاص؛ لتقليل القوة المؤثرة في القدم مع المحافظة على دفع جيد، من خلال إطالة زمن تأثير القوة.

يصف الجانب الأيمن من هذه المعادلة - التغير في زخم جسم ما. وبذلك يكون الدفع على جسم ما يساوي التغير في زخمه. وهذا يسمى نظرية الدفع - الزخم. ويعبر عن هذه النظرية من خلال المعادلة الآتية:

Ft = P-P الدفع على جسم ما يساوي زخم الجسم النهائي مطروحا منه زخمه الابتدائي.

إذا كانت القوة المؤثرة في جسم ثابتة فإن الدفع عبارة عن حاصل ضرب القوة في الفترة الزمنية التي أثرت خلالها هذه القوة. وعموما لا تكون القوة ثابتة، لذا يتم إيجاد الدفع باستخدام متوسط القوة مضروبا في الفترة الزمنية التي أثرت خلالها، أو عن طريق إيجاد المساحة تحت منحنى القوة - الزمن.

ولأن السرعة كمية متجهة فإن الزخم أيضًا كمية متجهة. وبشكل مشابه لا بد أن يكون الدفع كمية متجهة؛ لأنَّ القوة كمية متجهة. وهذا يعني ضرورة أخذ الإشارات في الاعتبار عند التعامل مع الحركة في بعد واحد.

ما التغير في زخم كرة البيسبول ؟ بناءً على نظرية الدفع - الزخم، فإن التغير في الزخم يساوي الدفع المؤثر في الجسم. ويمكن حساب الدفع المؤثر في كرة بيسبول باستخدام منحنى القوة - الزمن؛ حيث يساوي المساحة تحت المنحنى. في الشكل 1-3، الدفع يساوي s.13.1 تقريبا. ويكون اتجاه الدفع في اتجاه القوة نفسه. لذا فإن التغير في زخم الكرة يساوي 13.1.5 أيضًا، ولأن 1.5 تساوي 1kg.m / s، فإن الزخم الذي تكتسبه الكرة يساوي 13.1.1 ، ويكون اتجاهه في نفس اتجاه القوة المؤثرة في الكرة.

افترض أن لاعبًا ما ضرب كرة كتلتها 0.145 km بمضرب، وأن السرعة المتجهة للكرة قبل اصطدامها بالمضرب تساوي /38m/s - . وبافتراض الاتجاه الموجب نحو رامي الكرة، يكون الزخم الابتدائي لكرة البيسبول :

p₁ = (0.145 kg) (-38 m/s) = -5.5 kg.m/s

ما زخم الكرة بعد التصادم ؟ طبق نظرية الدفع - الزخم لإيجاد الزخم النهائي: p = + FAt . أي أن الزخم النهائي هو مجموع الزخم الابتدائي والدفع. ويحسب

وزارة 69 عليم Ministry of Education 2025-1447

بالرجوع إلى المعادلة FAt = mAv = m v - mv ، حيث إن m v = p و m v = p ، فإنه يمكننا إعادة كتابة هذه المعادلة على النحو الآتي: F∆t = mv = P-P --- SECTION: تطبيق الفيزياء --- أحذية الركض يُعد الركض على الأقدام عملاً شاقا ؛ فعندما يضرب العداء الأرض بقدمه تؤثر الأرض في القدم بقوة تساوي أربعة أمثال وزنه. ويصمم الحذاء الرياضي بحيث يكون نعله مزودا بوسائد امتصاص؛ لتقليل القوة المؤثرة في القدم مع المحافظة على دفع جيد، من خلال إطالة زمن تأثير القوة. يصف الجانب الأيمن من هذه المعادلة - التغير في زخم جسم ما. وبذلك يكون الدفع على جسم ما يساوي التغير في زخمه. وهذا يسمى نظرية الدفع - الزخم. ويعبر عن هذه النظرية من خلال المعادلة الآتية: --- SECTION: نظرية الدفع - الزخم --- Ft = P-P الدفع على جسم ما يساوي زخم الجسم النهائي مطروحا منه زخمه الابتدائي. إذا كانت القوة المؤثرة في جسم ثابتة فإن الدفع عبارة عن حاصل ضرب القوة في الفترة الزمنية التي أثرت خلالها هذه القوة. وعموما لا تكون القوة ثابتة، لذا يتم إيجاد الدفع باستخدام متوسط القوة مضروبا في الفترة الزمنية التي أثرت خلالها، أو عن طريق إيجاد المساحة تحت منحنى القوة - الزمن. ولأن السرعة كمية متجهة فإن الزخم أيضًا كمية متجهة. وبشكل مشابه لا بد أن يكون الدفع كمية متجهة؛ لأنَّ القوة كمية متجهة. وهذا يعني ضرورة أخذ الإشارات في الاعتبار عند التعامل مع الحركة في بعد واحد. --- SECTION: استخدام نظرية الدفع - الزخم --- --- SECTION: Using the Impulse Momentum Theorem --- ما التغير في زخم كرة البيسبول ؟ بناءً على نظرية الدفع - الزخم، فإن التغير في الزخم يساوي الدفع المؤثر في الجسم. ويمكن حساب الدفع المؤثر في كرة بيسبول باستخدام منحنى القوة - الزمن؛ حيث يساوي المساحة تحت المنحنى. في الشكل 1-3، الدفع يساوي s.13.1 تقريبا. ويكون اتجاه الدفع في اتجاه القوة نفسه. لذا فإن التغير في زخم الكرة يساوي 13.1.5 أيضًا، ولأن 1.5 تساوي 1kg.m / s، فإن الزخم الذي تكتسبه الكرة يساوي 13.1.1 ، ويكون اتجاهه في نفس اتجاه القوة المؤثرة في الكرة. افترض أن لاعبًا ما ضرب كرة كتلتها 0.145 km بمضرب، وأن السرعة المتجهة للكرة قبل اصطدامها بالمضرب تساوي /38m/s - . وبافتراض الاتجاه الموجب نحو رامي الكرة، يكون الزخم الابتدائي لكرة البيسبول : p₁ = (0.145 kg) (-38 m/s) = -5.5 kg.m/s ما زخم الكرة بعد التصادم ؟ طبق نظرية الدفع - الزخم لإيجاد الزخم النهائي: p = + FAt . أي أن الزخم النهائي هو مجموع الزخم الابتدائي والدفع. ويحسب وزارة 69 عليم Ministry of Education 2025-1447