صفحة 89 - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 43: 43. انطلقت رصاصة كتلتها 0.11 g من مسدس بسرعة 323 m/s، بينما انطلقت رصاصة أخرى مماثلة من بندقية بسرعة 396 m/s. فسر الاختلاف في مقدار سرعتي الرصاصتين، مفترضًا أن الرصاصتين تعرضتا لمقدار القوة نفسه من الغازات المتمددة.

الإجابة: تفسير الاختلاف في مقدار سرعتي الرصاصتين هو أن البندقية أطول، فيكون زمن التلامس أطول، وبالتالي يكون الدفع أكبر، فتخرج بسرعة أكبر.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** تعتمد سرعة الرصاصة عند خروجها على مقدار "الدفع" الذي تتلقاه، والدفع هو حاصل ضرب القوة في زمن تأثيرها ($F \Delta t$).
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بما أن القوة المؤثرة من الغازات متساوية في الحالتين، فإن العامل المتغير هو طول سبطانة (ماسورة) السلاح؛ فالبندقية أطول من المسدس، مما يعني أن الرصاصة ستبقى تحت تأثير قوة الغازات لفترة زمنية أطول ($\Delta t$ أكبر).
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بزيادة زمن التلامس، يزداد الدفع، وبالتالي يزداد التغير في الزخم، مما يؤدي لسرعة خروج أكبر. لذا الإجابة هي: **البندقية أطول، فيكون زمن التلامس أطول، وبالتالي يكون الدفع أكبر، فتخرج بسرعة أكبر.**

سؤال 44: 44. إذا تعرض جسم ساكن إلى قوى دفع تم تمثيلها بالمنحنى الموضح في الشكل 10-3، فصف حركة الجسم بعد كل من الدفع A، و B، و C.

الإجابة: A: يندفع الجسم إلى الأمام. B: يندفع الجسم إلى الخلف. C: يندفع الجسم إلى الخلف.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** حسب نظرية الدفع-الزخم، فإن اتجاه القوة يحدد اتجاه التغير في السرعة. القوة الموجبة تزيد السرعة للأمام، والقوة السالبة تسبب دفعاً للخلف.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بالنظر للمنحنى: - في المنطقة A: القوة فوق المحور الأفقي (موجبة). - في المنطقتين B و C: القوة تحت المحور الأفقي (سالبة).
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بناءً على ذلك: **في A يندفع الجسم للأمام، وفي B يندفع للخلف، وفي C يندفع للخلف أيضاً.**

سؤال 47: 47. تخيل أنك تقود سفينة فضائية تتحرك بين الكواكب بسرعة كبيرة، فكيف تستطيع إبطاء سرعة سفينتك من خلال تطبيق قانون حفظ الزخم؟

الإجابة: عن طريق قذف جزء من السفينة، فبسبب حفظ الزخم، تندفع السفينة في الاتجاه المعاكس للحركة، مما يقلل من سرعتها المتجهة.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** ينص قانون حفظ الزخم على أن الزخم الكلي للنظام المعزول يبقى ثابتاً. إذا أردنا تغيير سرعة السفينة، يجب أن نحدث تغيراً في زخم أجزائها.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** لكي تتباطأ السفينة، نحتاج إلى قوة دفع تؤثر في عكس اتجاه حركتها. يمكن تحقيق ذلك من خلال قذف كتلة ما من السفينة إلى الأمام (في نفس اتجاه الحركة الحالي).
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** نتيجة لقذف هذه الكتلة للأمام، ستتلقى السفينة رد فعل (دفع) للخلف للحفاظ على الزخم الكلي، مما يقلل سرعتها. إذن الإجابة: **عن طريق قذف جزء من السفينة في اتجاه الحركة، فتندفع السفينة في الاتجاه المعاكس مما يقلل سرعتها.**

سؤال 48: 48. اصطدمت شاحنتان تبدوان متماثلتين على طريق زلق (تجاهل الاحتكاك)، وكانت إحدى الشاحنتين ساكنة، فالتحمت الشاحنتان معًا وتحركتا بسرعة مقدارها أكبر من نصف مقدار السرعة الأصلية للشاحنة المتحركة. ما الذي يمكن أن تستنتجه عن حمولة كل من الشاحنتين؟

الإجابة: الشاحنة المتحركة كانت أخف من الشاحنة الساكنة.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** في التصادم عديم المرونة (التحام الأجسام)، يعتمد توزيع السرعة النهائية على نسبة الكتل. إذا كانت الكتلتان متساويتين، ستكون السرعة النهائية نصف السرعة الابتدائية بالضبط.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** بما أن السرعة الناتجة كانت "أكبر من نصف" السرعة الأصلية، فهذا يعني أن الشاحنة المتحركة تمتلك زخماً كبيراً لم تستطع الشاحنة الساكنة امتصاصه لتقليل السرعة للنصف.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** هذا يشير إلى وجود اختلاف في الحمولات، والاستنتاج هو: **الشاحنة المتحركة كانت أخف من الشاحنة الساكنة.**

سؤال 49: 49. لماذا يُنصح بإسناد كعب البندقية على الكتف عند بداية تعلم الإطلاق؟ فسر ذلك بدلالة الدفع والزخم.

الإجابة: لزيادة زمن التلامس، وبالتالي تقليل القوة المؤثرة في الكتف.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** عند إطلاق الرصاصة، تنشأ قوة رد فعل (زخم للخلف) تؤثر في البندقية. العلاقة بين القوة والزمن هي $F = rac{\Delta p}{\Delta t}$.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عندما تُسند البندقية بإحكام على الكتف، يصبح جسم الشخص والبندقية كتلة واحدة أكبر، مما يزيد من زمن تأثير قوة الارتداد ($\Delta t$).
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بزيادة زمن التلامس، تقل القوة المؤثرة على الكتف بشكل كبير، مما يحمي الرامي. إذن الإجابة: **لزيادة زمن التلامس، وبالتالي تقليل القوة المؤثرة في الكتف.**

سؤال 50: 50. طلقات الرصاص أُطلقت رصاصتان متساويتان في الكتلة على قوالب خشبية موضوعة على أرضية ملساء، فإذا كانت سرعتا الرصاصتين متساويتين، وكانت إحدى الرصاصتين مصنوعة من المطاط والأخرى من الألومنيوم، وارتدت الرصاصة المطاطية عن القالب، في حين استقرت الرصاصة الأخرى في الخشب، ففي أي الحالتين سيتحرك القالب الخشبي أسرع؟ فسر ذلك.

الإجابة: القالب الخشبي الذي اصطدمت به الرصاصة المطاطية سيتحرك أسرع؛ لأن الرصاصة المطاطية ارتدت، وبالتالي كان التغير في زخمها أكبر.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** التغير في الزخم ($\Delta p$) يعتمد على الفرق بين السرعة النهائية والابتدائية. في حالة الاستقرار (الألومنيوم) تكون السرعة النهائية صفراً، أما في حالة الارتداد (المطاط) فتكون السرعة النهائية في الاتجاه المعاكس.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** الارتداد يعني تغيراً أكبر في السرعة المتجهة ($\Delta v = v_f - (-v_i) = v_f + v_i$)، وهذا يعني أن الرصاصة المطاطية نقلت دفعاً أكبر للقالب الخشبي مقارنة برصاصة الألومنيوم التي توقفت فقط.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك: **القالب الذي اصطدمت به الرصاصة المطاطية سيتحرك أسرع؛ لأن التغير في زخمها كان أكبر بسبب ارتدادها.**

سؤال 51: 51. جولف إذا ضُربت كرة جولف كتلتها 0.058 kg، بقوة مقدارها 272 N بمضرب، فأصبحت سرعتها المتجهة 62.0 m/s، فما زمن تلامس الكرة بالمضرب؟

الإجابة: $t = \frac{\Delta p}{F} = \frac{m\Delta v}{F} = \frac{(0.058)(62.0)}{272} = 0.013 s$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - كتلة الكرة: $m = 0.058 kg$ - القوة المؤثرة: $F = 272 N$ - السرعة النهائية: $v_f = 62.0 m/s$ - السرعة الابتدائية: $v_i = 0 m/s$ (كرة ساكنة)
2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم علاقة الدفع والتغير في الزخم: $$F \Delta t = m \Delta v$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** نعيد ترتيب المعادلة لإيجاد الزمن: $$\Delta t = rac{m \Delta v}{F} = rac{0.058 imes 62.0}{272}$$ $$\Delta t \approx 0.013 s$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن زمن تلامس الكرة بالمضرب هو: **0.013 s**

سؤال 52.أ: 52. رُميت كرة بيسبول كتلتها 0.145 kg بسرعة 42 m/s، فضربها لاعب المضرب أفقيًا في اتجاه الرامي بسرعة 58 m/s. أوجد التغير في زخم الكرة.

الإجابة: أ. $\Delta p = p_f - p_i = m(v_f - v_i) = 0.145 kg ((-58 m/s) - (42 m/s)) = -14.5 kg.m/s$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد المعطيات مع مراعاة الاتجاهات: - الكتلة: $m = 0.145 kg$ - السرعة الابتدائية: $v_i = +42 m/s$ (باتجاه اللاعب) - السرعة النهائية: $v_f = -58 m/s$ (في اتجاه الرامي، أي عكس الاتجاه الأصلي)
2. **الخطوة 2 (القانون):** قانون التغير في الزخم: $$\Delta p = m(v_f - v_i)$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض: $$\Delta p = 0.145 imes (-58 - 42) = 0.145 imes (-100)$$ $$\Delta p = -14.5 kg \cdot m/s$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن التغير في زخم الكرة هو: **-14.5 kg.m/s**

سؤال 52.ب: 52. رُميت كرة بيسبول كتلتها 0.145 kg بسرعة 42 m/s، فضربها لاعب المضرب أفقيًا في اتجاه الرامي بسرعة 58 m/s. إذا لامست الكرة المضرب مدة 4.6 × 10^-4 s، فما متوسط القوة في أثناء التلامس؟

الإجابة: ب. $F = \frac{\Delta p}{\Delta t} = \frac{-14.5 kg.m/s}{4.6 \times 10^{-4} s} = -3.15 \times 10^4 N$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لدينا من الفقرة السابقة: - التغير في الزخم: $\Delta p = -14.5 kg \cdot m/s$ - زمن التلامس: $\Delta t = 4.6 imes 10^{-4} s$
2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم قانون القوة المتوسطة: $$F = rac{\Delta p}{\Delta t}$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض: $$F = rac{-14.5}{4.6 imes 10^{-4}}$$ $$F \approx -3.15 imes 10^4 N$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن متوسط القوة هو: **-3.15 imes 10^4 N**

سؤال 53: 53. بولنج إذا أثرت قوة مقدارها 186 N في كرة بولنج كتلتها 7.3 kg مدة 0.40 s، فما التغير في زخم الكرة؟ وما التغير في سرعتها المتجهة؟

الإجابة: $\Delta p = F\Delta t = (186 N)(0.40 s) = 74.4 kg.m/s$ $\Delta v = \frac{\Delta p}{m} = \frac{74.4 kg.m/s}{7.3 kg} = 10.2 m/s$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** المعطيات المتوفرة: - القوة: $F = 186 N$ - الكتلة: $m = 7.3 kg$ - الزمن: $\Delta t = 0.40 s$
2. **الخطوة 2 (القوانين):** أولاً لإيجاد التغير في الزخم: $\Delta p = F \Delta t$ ثانياً لإيجاد التغير في السرعة: $\Delta v = rac{\Delta p}{m}$
3. **الخطوة 3 (الحل):** حساب الزخم: $$\Delta p = 186 imes 0.40 = 74.4 kg \cdot m/s$$ حساب السرعة: $$\Delta v = rac{74.4}{7.3} \approx 10.2 m/s$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن التغير في الزخم هو **74.4 kg.m/s** والتغير في السرعة هو **10.2 m/s**

انطلقت رصاصتان متساويتان في الكتلة من مسدس وبندقية بسرعتين مختلفتين مع افتراض تساوي القوة المؤثرة من الغازات. ما العامل الرئيسي المسؤول عن هذا الاختلاف في السرعة؟

• أ) اختلاف كتلة الرصاصتين.
• ب) اختلاف نوع الغاز داخل السلاح.
• ج) طول سبطانة السلاح (البندقية أطول)، مما يزيد زمن تأثير القوة (الدفع) على الرصاصة.
• د) اختلاف زاوية إطلاق الرصاصة.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: طول سبطانة السلاح (البندقية أطول)، مما يزيد زمن تأثير القوة (الدفع) على الرصاصة.

الشرح: 1. الدفع = القوة × الزمن (FΔt). 2. القوة متساوية في الحالتين. 3. البندقية أطول، لذا تبقى الرصاصة تحت تأثير القوة لفترة زمنية أطول (Δt أكبر). 4. الدفع الأكبر يؤدي إلى تغير أكبر في الزخم، وبالتالي سرعة خروج أكبر.

تلميح: تذكر العلاقة بين الدفع (FΔt) والتغير في الزخم (Δp).

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

كيف يمكن لقائد سفينة فضائية تتحرك بسرعة كبيرة أن يبطئ من سرعتها باستخدام قانون حفظ الزخم؟

• أ) عن طريق تشغيل المحركات الأمامية لزيادة الدفع للأمام.
• ب) عن طريق قذف جزء من كتلة السفينة (مثل الوقود أو معدات) في نفس اتجاه حركتها.
• ج) عن طريق إيقاف جميع المحركات والاعتماد على الاحتكاك مع الفضاء.
• د) عن طريق تغيير اتجاه السفينة فقط دون تغيير سرعتها.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: عن طريق قذف جزء من كتلة السفينة (مثل الوقود أو معدات) في نفس اتجاه حركتها.

الشرح: 1. الزخم الكلي للنظام المعزول (السفينة + الكتلة المقتذفة) محفوظ. 2. لقذف كتلة للأمام (في اتجاه الحركة)، يجب أن تندفع السفينة للخلف (عكس اتجاه الحركة) للحفاظ على الزخم الكلي. 3. هذا الدفع للخلف يقلل من سرعة السفينة المتجهة.

تلميح: فكر في كيفية تغيير زخم نظام معزول (السفينة ووقودها).

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط

ما القانون الفيزيائي المستخدم لحساب زمن تلامس مضرب مع كرة إذا عُلمت القوة المؤثرة والكتلة والتغير في السرعة؟

• أ) قانون نيوتن الثاني: F = ma
• ب) قانون حفظ الطاقة.
• ج) قانون الدفع والزخم: FΔt = mΔv
• د) قانون الجاذبية العامة.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: قانون الدفع والزخم: FΔt = mΔv

الشرح: 1. الدفع (FΔt) يساوي التغير في الزخم (Δp). 2. التغير في الزخم = الكتلة × التغير في السرعة (mΔv). 3. بالتالي، FΔt = mΔv. 4. لإيجاد الزمن (Δt)، نعيد ترتيب القانون: Δt = mΔv / F.

تلميح: يربط هذا القانون بين القوة المؤثرة وزمن تأثيرها والتغير في كمية الحركة.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

إذا ضرب لاعب مضرب كرة بيسبول فغير اتجاه سرعتها، كيف يحسب متوسط القوة المؤثرة خلال فترة التلامس القصيرة؟

• أ) بضرب التغير في السرعة في الكتلة: F = mΔv
• ب) بقسمة التغير في الزخم (Δp) على زمن التلامس (Δt): F = Δp/Δt
• ج) بضرب الكتلة في التسارع: F = ma
• د) بقسمة القوة على الزمن: F/Δt

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: بقسمة التغير في الزخم (Δp) على زمن التلامس (Δt): F = Δp/Δt

الشرح: 1. احسب التغير في الزخم: Δp = m(v_f - v_i)، مع مراعاة الإشارة (الاتجاه). 2. متوسط القوة = التغير في الزخم مقسوماً على زمن التلامس. 3. الصيغة: F_avg = Δp / Δt.

تلميح: القوة المتوسطة هي معدل تغير الزخم بالنسبة للزمن.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط