الشكل ١٣ - كتاب العلوم - الصف 9 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال الشكل 13: في هذا التصادم تؤثر السيارة الأولى بقوة في السيارة الثانية، وتؤثر السيارة الثانية بالقوة نفسها في السيارة الأولى، ولكن في اتجاه معاكس. وضح هل اكتسبت السيارتان التسارع نفسه؟

الإجابة: لا، ليس بالضرورة، لأن القوتين متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه (قانون نيوتن الثالث)، لكن التسارع يعتمد على الكتلة حسب العلاقة a = F/m، لذا تتسارع السيارة الأقل كتلة أكثر. وإذا كانت كتلتاهما متساويتين يكون تسارعهما متساويين في المقدار ومتعاكسين في الاتجاه.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: تحديد المعطيات والمطلوب** | المفهوم | الرمز | الوصف | |---------|-------|--------| | قوة السيارة الأولى على الثانية | $F_{12}$ | مقدارها **F**، اتجاهها نحو السيارة الثانية | | قوة السيارة الثانية على الأولى | $F_{21}$ | مقدارها **F** (مساوي لـ $F_{12}$)، اتجاهها نحو السيارة الأولى (معاكس) | | كتلة السيارة الأولى | $m_1$ | غير محددة بالقيمة | | كتلة السيارة الثانية | $m_2$ | غير محددة بالقيمة | | تسارع السيارة الأولى | $a_1$ | **مطلوب معرفته ومقارنته بـ $a_2$** | | تسارع السيارة الثانية | $a_2$ | **مطلوب معرفته ومقارنته بـ $a_1$** | > **المطلوب:** تحديد إذا ما كان تسارع السيارتين ($a_1$ و $a_2$) متساويين.
2. **الخطوة 2: استرجاع القوانين والمبادئ الفيزيائية المستخدمة** 1. **قانون نيوتن الثالث (الفعل ورد الفعل):** $\vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21}$. - أي أن القوتين متساويتان في **المقدار** ومتعاكستان في **الاتجاه**. 2. **قانون نيوتن الثاني:** $\vec{F}_{net} = m \vec{a}$ أو $a = \frac{F_{net}}{m}$. - **التسارع** يتناسب طرديًا مع **محصلة القوة** المؤثرة على الجسم، وعكسيًا مع **كتلته**.
3. **الخطوة 3: تطبيق القوانين على كل سيارة** - محصلة القوة المؤثرة على **السيارة الأولى** هي $F_{21}$ (القوة التي تؤثر بها السيارة الثانية عليها). - لذلك: $a_1 = \frac{F_{21}}{m_1}$. - محصلة القوة المؤثرة على **السيارة الثانية** هي $F_{12}$ (القوة التي تؤثر بها السيارة الأولى عليها). - لذلك: $a_2 = \frac{F_{12}}{m_2}$. - وفق قانون نيوتن الثالث: $F_{12} = F_{21} = F$ (متساويتان في المقدار). > **العلاقة الناتجة:** $a_1 = \frac{F}{m_1}$ و $a_2 = \frac{F}{m_2}$.
4. **الخطوة 4: مقارنة التسارعين $a_1$ و $a_2$** - بما أن **القوة F** متساوية في التعبيرين، فإن **التسارع يعتمد فقط على الكتلة**. - **الحالتان المحتملتان:** 1. **إذا كانت الكتل متساوية ($m_1 = m_2$):** - فإن $a_1 = a_2$ في **المقدار**. - لكن **الاتجاه** يكون معاكسًا لأن القوتين المؤثرتين متعاكستان. 2. **إذا اختلفت الكتل ($m_1 \neq m_2$):** - الجسم ذو **الكتلة الأصغر** سيكون تسارعه **أكبر**، لأن التسارع يتناسب **عكسيًا** مع الكتلة. - أي إذا كانت $m_1 < m_2$، فإن $a_1 > a_2$ والعكس صحيح.
5. **الإجابة النهائية:** بناءً على العلاقة $a = F/m$، فإن تسارع كل سيارة **ليس بالضرورة** أن يكون متساوياً مع الأخرى. التسارع يعتمد على **كتلة** كل سيارة. فالسيارة ذات **الكتلة الأصغر** سوف تكتسب **تسارعاً أكبر** عند تعرضها لنفس مقدار القوة. فقط عندما تكون **كتلتا السيارتين متساويتين**، يكون تسارعهما **متماثلاً في المقدار** ومتعاكساً في الاتجاه.

سؤال نشاط: ارسم مخططاً يُبين القوى المؤثرة في طير أثناء تحليقه.

الإجابة: المخطط يتضمن القوى الآتية على الطير: - الوزن (الجاذبية) إلى أسفل. - قوة الرفع إلى أعلى. - قوة الدفع (الثوق/الدفع للأمام) إلى الأمام. - قوة مقاومة الهواء (السحب) إلى الخلف.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: تحديد المعطيات والمطلوب** | العنصر | الوصف | |--------|-------| | **الموقف:** | طير يتحلق في الهواء (يطير بسرعة ثابتة أو متغيرة). | | **المطلوب:** | رسم مخطط جسم حر (مخطط القوى) يُظهر جميع **القوى المؤثرة** على الطير مع **اتجاهاتها** الصحيحة. | > **الافتراض التعليمي:** سنفترض أن الطير يحلق بسرعة ثابتة (حركة منتظمة) مما يعني أن **محصلة القوى تساوي صفر** في كل اتجاه.
2. **الخطوة 2: تحديد القوى المؤثرة على الطير أثناء التحليق** | اسم القوة | الرمز | اتجاهها | سببها | |-----------|-------|---------|-------| | **الوزن** | $\vec{W}$ | **نحو الأسفل** (باتجاه مركز الأرض) | قوة جذب الأرض للطير (كتلة الطير × تسارع الجاذبية). | | **قوة الرفع** | $\vec{L}$ | **نحو الأعلى** | نتيجة لدفع الأجنحة للهواء إلى الأسفل، فيدفع الهواء الطير للأعلى (تفاعل). | | **قوة الدفع (الدفع للأمام)** | $\vec{T}$ | **نحو الأمام** (باتجاه حركة الطير) | نتيجة لضرب الأجنحة أو اندفاع الجسم للهواء إلى الخلف، فيدفع الهواء الطير للأمام. | | **قوة مقاومة الهواء (السحب)** | $\vec{D}$ | **نحو الخلف** (عكس اتجاه الحركة) | نتيجة لاحتكاك جسم الطير واصطدامه بجزيئات الهواء أثناء حركته. | > **ملاحظة:** في حالة الطيران بسرعة ثابتة، تتوازن **الوزن والرفع** في الاتجاه الرأسي، وتتوازن **قوة الدفع ومقاومة الهواء** في الاتجاه الأفقي.
3. **الخطوة 3: خطوات رسم المخطط التفصيلية** 1. **ارسم تمثيلاً مبسطاً للطير:** ارسم نقطة أو شكل بيضاوي بسيط في مركز الصفحة لتمثيل مركز كتلة الطير. 2. **ارسم قوة الوزن ($\vec{W}$):** ارسم سهماً طويلاً متجهاً من مركز الطير **نحو الأسفل** مباشرة. ضع علامة **W** عند رأسه. 3. **ارسم قوة الرفع ($\vec{L}$):** ارسم سهماً طويلاً بنفس طول سهم الوزن تقريباً، متجهاً من مركز الطير **نحو الأعلى** مباشرة (معاكس للوزن). ضع علامة **L** عند رأسه. 4. **ارسم قوة الدفع ($\vec{T}$):** ارقم سهماً متوسط الطول متجهاً من مركز الطير **نحو اليمين** (يمثل الأمام). ضع علامة **T** عند رأسه. 5. **ارسم قوة مقاومة الهواء ($\vec{D}$):** ارقم سهماً متوسط الطول بنفس طول سهم الدفع تقريباً، متجهاً من مركز الطير **نحو اليسار** (معاكس للدفع). ضع علامة **D** عند رأسه. 6. **تحقق من التوازن (في حالة السرعة الثابتة):** - يجب أن يكون طول سهمي **W و L** متساويين (محصلة رأسية = صفر). - يجب أن يكون طول سهمي **T و D** متساويين (محصلة أفقية = صفر).
4. **الخطوة 4: نصائح للرسم والتمثيل الصحيح** - استخدم **رؤوس الأسهم** واضحة لتمثيل اتجاه القوة. - اجعل **أطوال الأسهم** متناسبة مع مقدار القوة (في الحالة المتوازنة تكون متساوية للأزواج المتعاكسة). - ابدأ جميع الأسهم من **نقطة واحدة** (مركز الجسم) أو من نقاط تمثل نقطة تأثير القوة إذا كان المطلوب تفصيلاً أكبر. - يمكنك كتابة معادلة التوازن بجانب المخطط: $\vec{L} + \vec{W} = 0$ و $\vec{T} + \vec{D} = 0$.
5. **الإجابة النهائية (وصف المخطط):** يجب أن يُظهر المخطط النهائي **أربع قوى** رئيسة تؤثر على الطير: **الوزن** للأسفل، **قوة الرفع** للأعلى، **قوة الدفع** للأمام، و**قوة مقاومة الهواء** للخلف. عندما يكون الطير في حالة تحليق بسرعة ثابتة، تكون القوى في كل اتجاه متوازنة، مما يعني أن محصلتها تساوي صفراً، وهو ما يفسر استمرار حركته المنتظمة.

لماذا لا تلغي قوتا الفعل ورد الفعل إحداهما الأخرى رغم تساويهما في المقدار وتعاكسهما في الاتجاه؟

• أ) لأنهما لا تتساويان في المقدار بل في الاتجاه فقط.
• ب) لأن كلاً منهما تؤثر في جسم مختلف عن الآخر.
• ج) لأن قوة الفعل دائمًا أكبر من قوة رد الفعل.
• د) لأنها تؤثر في نفس الجسم وتحدث توازنًا.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: لأن كلاً منهما تؤثر في جسم مختلف عن الآخر.

الشرح: ينص قانون نيوتن الثالث على أن القوى تظهر دائمًا في أزواج (فعل ورد فعل)، وتؤثر كل قوة على جسم مختلف عن الآخر. لكي تلغي القوى بعضها البعض، يجب أن تؤثر في الجسم نفسه، وهو ما لا ينطبق على أزواج الفعل ورد الفعل.

تلميح: فكر في الأجسام التي تؤثر عليها كل قوة، وهل هي واحدة أم مختلفة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

في تصادم بين سيارتين، إذا أثرت كل سيارة على الأخرى بقوة متساوية في المقدار ومتعاكسة في الاتجاه، فهل تكتسب السيارتان التسارع نفسه بالضرورة؟

• أ) نعم، دائمًا تكتسبان التسارع نفسه لأن القوتين متساويتان.
• ب) لا، ليس بالضرورة؛ لأن التسارع يعتمد على كتلة كل سيارة، فالسيارة ذات الكتلة الأقل تكتسب تسارعاً أكبر.
• ج) نعم، إذا كانت كتلتاهما متساوية فقط، وإلا فالأكبر كتلة تكتسب تسارعاً أكبر.
• د) لا، التسارع يكون دائماً مختلفاً بغض النظر عن الكتلة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: لا، ليس بالضرورة؛ لأن التسارع يعتمد على كتلة كل سيارة، فالسيارة ذات الكتلة الأقل تكتسب تسارعاً أكبر.

الشرح: 1. طبق قانون نيوتن الثالث: القوتان المتبادلتان بين السيارتين متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه. 2. طبق قانون نيوتن الثاني (a = F/m): التسارع يتناسب طردياً مع القوة وعكسياً مع الكتلة. 3. بما أن القوة (F) المؤثرة على كلتا السيارتين متساوية، فإن التسارع (a) يعتمد على الكتلة (m). 4. إذا كانت الكتل مختلفة، فإن السيارة ذات الكتلة الأصغر ستكتسب تسارعاً أكبر. فقط إذا تساوت الكتل يكون التسارع متساوياً في المقدار (ولكن متعاكس في الاتجاه).

تلميح: استخدم قانون نيوتن الثالث وقانون نيوتن الثاني الذي يربط بين القوة والكتلة والتسارع.

التصنيف: سؤال اختبار | المستوى: صعب

ما هي أزواج قوى الفعل ورد الفعل التي تمثل حركة الطيور أثناء تحليقها وفقاً لقانون نيوتن الثالث؟

• أ) الطائر يدفع الهواء إلى الأمام وإلى أعلى، والهواء يدفع الطائر إلى الخلف وإلى أسفل.
• ب) الطائر يدفع الهواء بجناحيه إلى الخلف وإلى أسفل، والهواء يدفع الطائر إلى الأمام وإلى أعلى.
• ج) الطائر يدفع الهواء بجناحيه إلى الخلف فقط، والهواء يدفع الطائر إلى الأمام فقط.
• د) الطائر يدفع الهواء بجناحيه إلى أسفل فقط، والهواء يدفع الطائر إلى أعلى فقط.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: الطائر يدفع الهواء بجناحيه إلى الخلف وإلى أسفل، والهواء يدفع الطائر إلى الأمام وإلى أعلى.

الشرح: تطبق الطيور قوة (فعل) على الهواء، فتدفعه بجناحيها إلى الخلف وإلى أسفل. ووفقاً لقانون نيوتن الثالث، فإن الهواء يؤثر بقوة رد فعل مساوية في المقدار ومعاكسة في الاتجاه على الطائر، فيدفعه إلى الأمام (قوة الدفع) وإلى الأعلى (قوة الرفع)، مما يُمكّن الطائر من التحليق.

تلميح: فكر في اتجاه حركة أجنحة الطائر والقوى الناتجة عن تفاعله مع الهواء.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط