القانون الثاني لنيوتن في الحركة - كتاب العلوم - الصف 9 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال الشكل 7: توقع أي العربتين يسهل إيقافها؟

الإجابة: العربة الفارغة (الأقل كتلة) هي الأسهل إيقافاً.

خطوات الحل:

1. ### الخطوة 1: تحديد المعطيات والمطلوب | العنصر | الوصف | |--------|--------| | **المعطيات** | توجد عربتان متحركتان لهما نفس السرعة تقريباً، لكن إحداهما **محملة (كتلتها كبيرة)** والأخرى **فارغة (كتلتها صغيرة)**. | | **المطلوب** | تحديد أي العربتين **يسهل إيقافها** عند تطبيق نفس قوة الكبح.
2. ### الخطوة 2: المبدأ أو القانون المستخدم - **القانون الثاني لنيوتن:** $F = m \cdot a$، حيث (F) القوة، (m) الكتلة، (a) العجلة (التسارع أو التباطؤ). - **مبدأ القصور الذاتي (نيوتن الأول):** كل جسم يحافظ على حالته الحركية (السكون أو الحركة بسرعة ثابتة) ما لم تؤثر عليه قوة خارجية. **تتناسب صعوبة تغيير حالة الجسم طردياً مع كتلته**.
3. ### الخطوة 3: تحليل العلاقة بين الكتلة وسهولة الإيقاف من القانون $F = m \cdot a$، يمكن استنتاج أن **العجلة (a)** التي يكتسبها الجسم (أو التباطؤ عند الكبح) تُعطى بالعلاقة: $$a = \frac{F}{m}$$ حيث: - **F:** قوة الكبح (ثابتة في حالة تطبيق نفس القوة على العربتين). - **m:** كتلة العربة. > **استنتاج مهم:** عند ثبات قوة الكبح (F)، تكون **العجلة (a) عكسية التناسب مع الكتلة (m)**. وهذا يعني: > - كلما **قلت الكتلة (m)** زادت **العجلة (a)**، وبالتالي **يزداد معدل التباطؤ** ويتوقف الجسم في مسافة وزمن أقل. > - كلما **زادت الكتلة (m)** قلت **العجلة (a)**، وبالتالي **يقل معدل التباطؤ** ويتوقف الجسم في مسافة وزمن أكبر.
4. ### الخطوة 4: تطبيق المبدأ على سؤالنا لنقارن بين العربتين: | الخاصية | العربة المحملة (ثقيلة) | العربة الفارغة (خفيفة) | |----------|-----------------------|-----------------------| | **الكتلة (m)** | كبيرة | صغيرة | | **القصور الذاتي** | كبير (مقاومة عالية لتغيير الحركة) | صغير (مقاومة قليلة لتغيير الحركة) | | **التباطؤ (a) عند نفس قوة الكبح** | $a = \frac{F}{m_{كبيرة}}$ ← **قيمة صغيرة** | $a = \frac{F}{m_{صغيرة}}$ ← **قيمة كبيرة** | | **سهولة الإيقاف** | **أصعب** (تتطلب قوة أكبر أو مسافة أطول للتوقف) | **أسهل** (تتوقف بقوة أقل أو في مسافة أقصر) | إذن، بسبب **قصورها الذاتي الأقل** و**كتلتها الأصغر**، فإن العربة الفارغة ستكتسب **عجلة تباطؤ أكبر** عند تطبيق نفس قوة الفرامل، مما يجعلها **تتوقف في وقت أقصر ومسافة أقل**.
5. ### الإجابة النهائية: بناءً على **قانون نيوتن الثاني** و**مبدأ القصور الذاتي**، فإن الجسم ذو **الكتلة الأصغر** (العربة الفارغة) يكون **أسهل في إيقافه** مقارنة بالجسم ذي الكتلة الأكبر (العربة المحملة) عند تطبيق نفس قوة الكبح، لأن تباطؤه يكون أكبر.

ما العلاقة بين قوة الاحتكاك التدحرجي وقوة الاحتكاك الانزلاقي للسطحين نفسيهما؟

• أ) قوة الاحتكاك التدحرجي أكبر كثيراً من قوة الاحتكاك الانزلاقي.
• ب) قوة الاحتكاك التدحرجي تساوي تقريباً قوة الاحتكاك الانزلاقي.
• ج) قوة الاحتكاك التدحرجي أقل كثيراً من قوة الاحتكاك الانزلاقي.
• د) لا توجد علاقة ثابتة بينهما وتتغير حسب نوع السطحين فقط.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: قوة الاحتكاك التدحرجي أقل كثيراً من قوة الاحتكاك الانزلاقي.

الشرح: ينشأ الاحتكاك التدحرجي عند دحرجة جسم على سطح، بينما ينشأ الاحتكاك الانزلاقي عند انزلاق جسم على سطح. يتطلب التغلب على الاحتكاك التدحرجي قوة أقل بكثير من الاحتكاك الانزلاقي لنفس السطحين.

تلميح: فكر في الجهد المبذول لتحريك صندوق بعجلات مقارنة بسحبه مباشرة على الأرض.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: سهل

ماذا ينص القانون الثاني لنيوتن في الحركة؟

• أ) كل جسم يبقى على حالته من السكون أو الحركة المنتظمة في خط مستقيم ما لم تؤثر عليه قوة خارجية.
• ب) لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
• ج) تسارع جسم ما يساوي ناتج قسمة محصلة القوة المؤثرة فيه على كتلته، ويكون اتجاه التسارع في اتجاه القوة المحصلة.
• د) يتناسب الشغل المبذول على جسم طرديًا مع القوة المؤثرة ومربع المسافة.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: تسارع جسم ما يساوي ناتج قسمة محصلة القوة المؤثرة فيه على كتلته، ويكون اتجاه التسارع في اتجاه القوة المحصلة.

الشرح: يربط القانون الثاني لنيوتن بين القوة المؤثرة في جسم، وكتلته، والتسارع الذي يكتسبه. ينص على أن القوة المطبقة على جسم تنتج تسارعًا يتناسب طرديًا مع القوة وعكسيًا مع الكتلة، ويكون في نفس اتجاه القوة.

تلميح: تذكر العلاقة بين القوة والكتلة والتسارع في أحد قوانين نيوتن الأساسية.

التصنيف: تعريف | المستوى: متوسط

ما هي الصيغة الرياضية التي تعبر عن القانون الثاني لنيوتن في الحركة؟

• أ) ق = ت × ك
• ب) ك = ق × ت
• ج) ت = ق / ك
• د) ق = ك / ت

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: ت = ق / ك (حيث ت: التسارع، ق: القوة المحصلة، ك: الكتلة)

الشرح: الصيغة الرياضية الأساسية للقانون الثاني لنيوتن توضح أن التسارع (ت) هو نتيجة قسمة القوة المحصلة (ق) على كتلة الجسم (ك).

تلميح: تذكر الحروف التي ترمز لكل من التسارع والقوة والكتلة وكيفية ارتباطها في علاقة قسمة.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

عند تطبيق نفس قوة الكبح على عربتين متحركتين، إحداهما محملة (كتلتها كبيرة) والأخرى فارغة (كتلتها صغيرة) ولهما نفس السرعة، أيهما يسهل إيقافها؟

• أ) العربة المحملة، لأن كتلتها الكبيرة تزيد من قوة الاحتكاك مع الأرض وتساعد على التوقف.
• ب) كلتا العربتين تتوقفان بنفس السهولة طالما السرعة الابتدائية وقوة الكبح متساويتان.
• ج) لا يمكن تحديد ذلك دون معرفة معامل الاحتكاك لكل عربة.
• د) العربة الفارغة، لأن كتلتها الأصغر تؤدي إلى قصور ذاتي أقل، فتكتسب تسارع تباطؤ أكبر بنفس قوة الكبح، مما يسهل إيقافها.

الإجابة الصحيحة: d

الإجابة: العربة الفارغة، لأن كتلتها الأصغر تؤدي إلى قصور ذاتي أقل، فتكتسب تسارع تباطؤ أكبر بنفس قوة الكبح، مما يسهل إيقافها.

الشرح: 1. القانون الثاني لنيوتن: ت = ق/ك. 2. عند ثبات قوة الكبح (ق)، التسارع (ت) يتناسب عكسيًا مع الكتلة (ك). 3. العربة الفارغة (ك أصغر) ستكتسب تسارع تباطؤ (a) أكبر. 4. هذا التسارع الأكبر يعني توقف أسرع وأسهل بسبب قصورها الذاتي الأقل.

تلميح: فكر في العلاقة العكسية بين الكتلة والتسارع عند ثبات القوة المحصلة (ت = ق / ك) ومفهوم القصور الذاتي.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب