الشكل 2-3 - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 نظرية الدفع - الزخم والحفاظ على الحياة

المفاهيم الأساسية

نظرية الدفع-الزخم: يحدث تغير كبير في الزخم عندما يكون الدفع كبيراً. وينتج الدفع الكبير إما عن قوة كبيرة تؤثر خلال فترة زمنية قصيرة، أو عن قوة صغيرة تؤثر خلال فترة زمنية طويلة.

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 جبل (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

نظرية الدفع - الزخم والحفاظ على الحياة

تطبيق: أنظمة الأمان في السيارات

#### الوسادة الهوائية

##### آلية العمل: تنتفخ الوسادة الهوائية بسرعة أثناء التصادم بسبب تفاعل كيميائي يحفزه مجس.

##### الوظيفة:

###### تقلل القوة عن طريق زيادة زمن تأثيرها.

###### توزع تأثير القوة على مساحة أكبر من جسم الشخص.

##### النتيجة: تقليل احتمال حدوث الإصابات.

#### الربط مع رؤية 2030

##### هدف: تعزيز السلامة المرورية.

مثال 1: متوسط القوة

#### المسألة: مركبة كتلتها 2200 kg، سرعتها 94 km/h (26 m/s)، تتوقف بثلاث طرق:

##### 1. الضغط على الكوابح برفق (زمن التوقف: 21 s).

##### 2. الضغط على الكوابح بشدة (زمن التوقف: 3.8 s).

##### 3. الاصطدام بحائط أسمنتي (زمن التوقف: 0.22 s).

#### المطلوب: حساب متوسط القوة المؤثرة في المركبة في كل حالة.

#### خطوات الحل:

##### 1. تحليل المسألة ورسمها

###### ارسم النظام.

###### اختر نظام إحداثيات (الاتجاه الموجب في اتجاه السرعة النهائية).

###### ارسم رسماً تخطيطياً لمتجهات الزخم والدفع.

##### 2. المجهول والمعلوم (جدول)

###### المجهول: متوسط القوة (F) لكل حالة توقف.

###### المعلوم: الكتلة (m)، السرعة الابتدائية (vᵢ)، السرعة النهائية (v_f = 0)، أزمنة التوقف (Δt) لكل حالة.

```

نقاط مهمة

• عمل الوسادة الهوائية: توفير الدفع المطلوب لإيقاف الشخص، ولكن بتقليل القوة المؤثرة عليه عن طريق زيادة زمن تأثيرها وتوزيعها على مساحة أكبر.
• حساب السرعة من الزخم: إذا كان pᵢ = mvᵢ، فإن vᵢ = \frac{pᵢ}{m}.
• الدفع والقوة: لنفس التغير في الزخم (نفس الدفع)، كلما زاد زمن التأثير (Δt)، قلت القوة (F) المطلوبة لإحداث هذا الدفع، والعكس صحيح.

الزخم النهائي للكرة على النحو الآتي:

pᵢ = pᵢ + 13.1 kg . m/s = -5.5 kg . m/s + 13.1 kg . m/s = + 7.6 kg . m/s

ما السرعة المتجهة النهائية للكرة؟ بما أن pᵢ = mvᵢ ، فإنه يمكن حساب vᵢ كالآتي:

vᵢ = 7.6 kg . m/s / 0.145 kg = + 52 m/s

إن ضرب الكرة في الاتجاه الصحيح بسرعة 52 m/s يكفي لاجتياز حدود الملعب.

الشكل 2-3 تنتفخ الوسادة الهوائية في أثناء التصادم، حيث تسبب القوة الناجمة عن التصادم تحفيز المجس الذي يحفز بدوره تفاعلاً كيميائياً ينتج غازاً، مما يؤدي إلى انتفاخ الوسادة الهوائية بسرعة.

مجتمع حيوي المملكة العربية السعودية من أهداف الرؤية 2.4 تعزيز السلامة المرورية

نظرية الدفع - الزخم والحفاظ على الحياة

يحدث تغير كبير في الزخم عندما يكون الدفع كبيراً. وينتج الدفع الكبير إما عن قوة كبيرة تؤثر خلال فترة زمنية قصيرة، أو عن قوة صغيرة تؤثر خلال فترة زمنية طويلة، وقد روعيت هذه المفاهيم الفيزيائية عند تصميم أنظمة الأمان في السيارات الحديثة، ومن ذلك وسائد هوائية.

ماذا يحدث للسائق عندما تتوقف السيارة فجأة نتيجة تصادم؟ يساوي الزخم النهائي pᵢ في حالات التصادم صفراً، أما الزخم الابتدائي pᵢ فلا يتأثر بوجود الوسادة الهوائية أو عدمه. ولما لذلك يكون الدفع F Δt هو نفسه في الحالتين؛ في وجود الوسادة وفي عدم وجودها. ما عمل الوسادة الهوائية؟ تعمل الوسادة الهوائية، كتلك المبينة في الشكل 2 - 3 على توفير الدفع المطلوب، لكنها تقلل القوة عن طريق زيادة زمن تأثيرها، كما أنها توزع تأثير القوة على مساحة أكبر من جسم الشخص، مما يقلل من احتمال حدوث الإصابات.

مثال 1

متوسط القوة تتحرك مركبة كتلتها 2200 kg بسرعة 94 km/h (26 m/s)، حيث يمكنها التوقف خلال 21 s، عن طريق الضغط على الكوابح برفق، ويمكن أن تتوقف المركبة خلال 3.8 s إذا ضغط السائق على الكوابح بشدة، بينما يمكن أن تتوقف خلال 0.22 s إذا اصطدمت بحائط أسمنتي. ما متوسط القوة المؤثرة في المركبة في كل حالة من حالات التوقف؟

1 تحليل المسألة ورسمها

مخطط المتجهات

المجهول والمعلوم

الزخم النهائي للكرة على النحو الآتي: pᵢ = pᵢ + 13.1 kg . m/s = -5.5 kg . m/s + 13.1 kg . m/s = + 7.6 kg . m/s ما السرعة المتجهة النهائية للكرة؟ بما أن pᵢ = mvᵢ ، فإنه يمكن حساب vᵢ كالآتي: vᵢ = 7.6 kg . m/s / 0.145 kg = + 52 m/s إن ضرب الكرة في الاتجاه الصحيح بسرعة 52 m/s يكفي لاجتياز حدود الملعب. --- SECTION: الشكل 2-3 --- الشكل 2-3 تنتفخ الوسادة الهوائية في أثناء التصادم، حيث تسبب القوة الناجمة عن التصادم تحفيز المجس الذي يحفز بدوره تفاعلاً كيميائياً ينتج غازاً، مما يؤدي إلى انتفاخ الوسادة الهوائية بسرعة. --- SECTION: الربط مع رؤية 2030 --- مجتمع حيوي المملكة العربية السعودية من أهداف الرؤية 2.4 تعزيز السلامة المرورية --- SECTION: نظرية الدفع - الزخم والحفاظ على الحياة --- نظرية الدفع - الزخم والحفاظ على الحياة يحدث تغير كبير في الزخم عندما يكون الدفع كبيراً. وينتج الدفع الكبير إما عن قوة كبيرة تؤثر خلال فترة زمنية قصيرة، أو عن قوة صغيرة تؤثر خلال فترة زمنية طويلة، وقد روعيت هذه المفاهيم الفيزيائية عند تصميم أنظمة الأمان في السيارات الحديثة، ومن ذلك وسائد هوائية. ماذا يحدث للسائق عندما تتوقف السيارة فجأة نتيجة تصادم؟ يساوي الزخم النهائي pᵢ في حالات التصادم صفراً، أما الزخم الابتدائي pᵢ فلا يتأثر بوجود الوسادة الهوائية أو عدمه. ولما لذلك يكون الدفع F Δt هو نفسه في الحالتين؛ في وجود الوسادة وفي عدم وجودها. ما عمل الوسادة الهوائية؟ تعمل الوسادة الهوائية، كتلك المبينة في الشكل 2 - 3 على توفير الدفع المطلوب، لكنها تقلل القوة عن طريق زيادة زمن تأثيرها، كما أنها توزع تأثير القوة على مساحة أكبر من جسم الشخص، مما يقلل من احتمال حدوث الإصابات. --- SECTION: مثال 1 --- مثال 1 --- SECTION: متوسط القوة --- متوسط القوة تتحرك مركبة كتلتها 2200 kg بسرعة 94 km/h (26 m/s)، حيث يمكنها التوقف خلال 21 s، عن طريق الضغط على الكوابح برفق، ويمكن أن تتوقف المركبة خلال 3.8 s إذا ضغط السائق على الكوابح بشدة، بينما يمكن أن تتوقف خلال 0.22 s إذا اصطدمت بحائط أسمنتي. ما متوسط القوة المؤثرة في المركبة في كل حالة من حالات التوقف؟ --- SECTION: تحليل المسألة ورسمها --- 1 تحليل المسألة ورسمها •. ارسم النظام. •. اختر نظام إحداثيات وحدد الاتجاه الموجب ليكون في اتجاه السرعة المتجهة النهائية للسيارة. •. اعمل رسماً تخطيطياً لمتجهات الزخم والدفع. --- SECTION: مخطط المتجهات --- مخطط المتجهات --- SECTION: المجهول والمعلوم --- المجهول والمعلوم --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: تنتفخ الوسادة الهوائية في أثناء التصادم Description: A photograph showing the interior of a car with an inflated airbag. A crash test dummy's head is visible, indicating a collision scenario. The airbag is white and fully deployed between the dummy and the steering wheel area. Context: Illustrates the function of an airbag in reducing impact force during a collision by increasing the time over which the force acts, as discussed in the 'Impulse-Momentum Theorem and Preservation of Life' section. **DIAGRAM**: مخطط المتجهات Description: A schematic diagram showing a green car (labeled 2200 kg and 94 km/h) moving towards a brick wall. An arrow labeled '+x' indicates the positive direction to the right. Below the car, there are two vectors: 'pᵢ' (initial momentum) pointing right, and 'p_f' (final momentum) pointing left, with 'الدفع' (Impulse) also pointing left. This diagram illustrates the forces and momentum changes during a collision. X-axis: +x direction Key Values: Car mass: 2200 kg, Car initial speed: 94 km/h Context: This diagram is part of 'Example 1: Average Force' and helps visualize the system, coordinate system, and momentum/impulse vectors for the problem of a car stopping under different conditions. **TABLE**: المجهول والمعلوم Description: No description Table Structure: Headers: المجهول | المعلوم Rows: Row 1: F الضغط على الكوابح برفق = ? | m = 2200 kg Row 2: F الضغط على الكوابح بشدة = ? | vᵢ = + 26 m/s Row 3: F الاصطدام بحائط = ? | vᵢ = + 0.0 m/s Row 4: EMPTY | Δt الضغط على الكوابح برفق = 21 s Row 5: EMPTY | Δt الضغط على الكوابح بشدة = 3.8 s Row 6: EMPTY | Δt الاصطدام بحائط = 0.22 s Empty cells: The cells in the 'المجهول' column corresponding to the Δt values are empty, as F is the unknown for these scenarios. Calculation needed: This table provides the known and unknown variables for calculating the average force (F) in three different stopping scenarios (gentle braking, hard braking, collision with a wall) as part of Example 1. The impulse-momentum theorem (FΔt = Δp) would be used for calculations. Context: This table organizes the given data and the required values for 'Example 1: Average Force', facilitating the problem-solving process by clearly listing the knowns (mass, initial/final velocities, time intervals) and unknowns (average force for each scenario).