أساسيات ومبادئ الفيزياء من الألف إلى الياء ... { هلموا بنا نتعلم معاً ^ـــــــــ^}

[Happy-chan]

أهلاً بكل من دخل موضوعي الجديد .. اتمنى أن يعود عليكم بالمتعة والفائدة ^ـــــــــ^

قال الله تعالى :{إنما يخشى الله من عباده العلماء }

فهلموا بنا نتعلم معاً

إليكم موضوعي~~

يعرف علم الفيزياء بأنه:

العلم الذي يدرس المادة والمجالات المؤثرة عليها (كالجاذبية ...) واستغلال الطاقات المرتبطة بالمادة وحركتها والقدرة على تحويل الطاقة إلى أشكاله المختلفة ، ويحاول قياسها ويضع النموذج الرياضي القادر على تمثيلها خارج المعمل التجريبي .

يتعامل الإنسان مع البيئة المحيطة به بقياسات مختلفة ، منها ماهو مادي ملموس يتم بوسائل متنوعة للقياس
مثل العين المعتمدة على الضوء في القياس وكذلك الأذن المعتمدة على الصوت وأيضاً الجلد يعتمد على الشكل والحرارة والأنف يعتمد على خواص الغازات الطيارة ،واللسان معتمد على التراكيز الكيميائية للمادة .وعلى الإنسان أن يصمم من وسائل القياس ما يساعده في تطوير حياته.

وسنتعرف الآن على عناصر عملية القياس:

أولاً: وحدات القياس المستخدمة .

أهميتها :إعطاء إجابات محددة ودقيقة وواضحة .

مثالها: المتر ، الكجم ، الثانية ، اللتر .... الخ

ثانياً: الكميات الفيزيائية المقاسة.

تصنف من حيث اشتقاقها إلى:

الكميات الفيزيائية الأساسية :

هي الكميات التي لا يمكن اشتقاقها من كميات أخرى أبسط منها . مثل الطول ،الكتلة ، الزمن .
وهي تقاس بوحدات تسمى وحدات أساسية ، مثل م (المتر) ،كجم (كيلوجرام) ،ث (ثانية ).

الكميات الفيزيائية المشتقة:

هي الكميات التي يمكن اشتقاقها من كميات فيزيائية أساسية ، مثل : المساحة ،الحجم ،السرعة .
وأغلب الكميات الفيزيائية المستخدمة هي كميات فيزيائية مشتقة.

كيف تشتق وحدات الكميات المشتقة ؟

تستطيع ذلك باستخدام قانون فيزيائي أو رياضي يربط بين الميات الأساسية والكميات المشتقة ، واليكم
الأمثلة :

الســــرعة:
بما أن:السرعة =المسافة / الزمن
إذاً: وحدة السرعة = وحدة المسافة / وحدة الزمن
أي أن : وحدة السرعة = م/ث

مثال آخر :
بما أن :السعة الحرارية = كتلة الجسم *حرارته النوعية
وحدة السعة الحرارية =وحدة كتلة الجسم *وحدة حرارته النوعية
أي أن : كجم * جول /كجم .م̊
إذاً :وحدة السعة الحرارية :جول /م̊ .

تعلمنا الآن كيفية اشتقاق الوحدات من القوانين ، لكن كيف استطاع العلماء وضع هذه القوانين ؟!

تعالوا لنعرف ذلك ....

الكون بأسره يسير وفق قوانين دقيقة ،وبالملاحظة الدقيقة للعلاقات بين الأشياء استطاع العلماء اشتقاق بعض القوانين.
فنلاحظ معاً أن هناك كميات فيزيائية ترتبط مع بعضها البعض بعلاقات ثابتة ،وهي علاقات رياضية قادرة على التمثيل النظري لظواهر عملية حقيقية وهذه العلاقات على نوعين:

علاقة طردية : حيث تزداد إحدى الكميتين بزيادة الكمية الأخرى .

علاقة عكسية :حيث تتناقص إحدى الكميتين بزيادة الكمية الأخرى .

لنأخذ مثالاً نستطيع من خلاله اشتقاق القوانين :

إذا كان هناك قطار يسير بسرعة معينة ،هل تجد أنهناك علاقة بين المسافة التي يقطعها وبين الزمن المستغرق لقطعها ؟

نعم ،فإنه كلما قطعت السيارة مسافة أكبر فإنها تكون قد استغرقت زمناً أطول لقطع هذه المسافة،
فنستطيع عندئذٍ أن نقول :تزداد المسافة بازدياد الزمن.

فنجد أن :
المسافة تزداد بزيادة الزمن أي عند زيادة أحد العاملين يزيد العامل الآخر ،وتسمى علاقةطردية . فنقول أن :المسافة تتناسب طردياً مع الزمن ولنصل للقانون ، فإننا نعوض الكلمات بالرموز .
نرمز للمسافة بالحرف ف ، وللزمن بالحرف ز وللتناسب بالرمز α فتصبح العبارة المسافة تتناسب طردياً مع الزمن
كالتالي:
ف α ز

وهذه العلاقة لابد أن تكون ثابته حتى تصبح قانوناً ، لذا سوف نحدد وجود تساوي العبارة بوجود ثابت معين ، فبذلك نستبدل الرمز α بالعبارة (= ثابت ) ، فتصبح :ف = ثابت X ز

ملاحظة : {مقدار هذا الثابت يختلف من قانون لآخر ، ويحدد العلماء مقداره بالتجارب العديدة} .

وقد وجدوا أن الثابت في العلاقة بين المسافة المقطوعة والزمن اللزم لقطع هذه المسافة هو:

السرعة الثابتة ، ونرمز لها بالحرف ع .

فيصبح أخيراً القانون كالتالي : ف = ع X ز

حيث أن:

ف : المسافة المقطوعة (ووحدتها م) ، ع : السرعة (ووحدتها م/ث) ، ز : الزمن المستغرق (ووحدتها ث).

ويقرأ القانون كالتالي : المسافة تساوي السرعة مضروبة في الزمن.

أهمية كتابة القانون بصيغة رياضية :

تعود علينا صياغة القانون بشكل رياضي ( على صورة رموز وأحرف ) بالكثير من الفائدة ،فمن القانون نستطيع التعرف على عدة أمور منها :

1- معرفة العوامل المؤثرة على الكميات الفيزيائية :

فمثلاً نقول : بما أن ف = ع X ز ، فإن العوامل المؤثرة على ف هي :ع ، ز.
حيث أن { ف (المسافة) ، ع (السرعة) ، ز (الزمن) }.
وأيضاً عندما نقول أن ق = ك X ت /، فإن العوامل المؤثرة على ق هي : ك ، ت.
حيث أن { ق (القوة) ، ك (الكتلة) ، ت ( التسارع) }.

2- معرفة نوع العلاقة :

فنستطيع تحديد نوع العلاقة بين الكميات الفيزيائية (طردية أم عكسية ) ، فنجد في القانون ف = ع X ز ، أن ف تتناسب طردياًمع ع .
إذاً : كلما زادت المسافة (ف) فإنه يجب أن تزيد مقدار السرعة (ع) حتى تظل المساواة صحيحة وهذا عند ثبات الزمن (ز).

أو: كلما نقص مقدار المسافة (ف) فإنه يجب أن ينقص مقدار السرعة (ع) حتى تظل المساواة صحيحة وهذا عند ثبات الزمن (ز).

أو: كلما نقص مقدار المسافة (ف) فإنه يجب أن ينقص مقدار الزمن (ز) حتى تظل المساواة صحيحة وذلك عند ثبات السرعة (ع).

3- اشتقاق الوحدات:

حيث يمكننا أن نستنتج وحدة الكمية المشتقة اعتماداً على وحدات الكميات الأخرى .فمثلاً: ع =ف/ز ، فإن وحدة السرعة هي م/ث.

4- تعريف كمية فيزيائية بدلالة كميات فيزيائية أخرى :

فلنطبق على القانون التالي: السرعة =المسافة /الزمن
عندما الزمن (ز) = 1 ثانية (ث).
إذاً : السرعة = المسافة

من ذلك نستطيع أن نعرف السرعة بأنها : المسافة المقطوعة خلال وحدة الزمن (ثانية واحدة).

والآن مع التمرين :

إذا علمت أن وزن الإنسان (و) يزداد بزيادة كتلته (ك) ، فإنه يمكن تمثيل هذه العلاقة كالتالي :

1- و α ك.
2- و = ك .
3- و =1/ك.

اختر الإجابة الصحيحة مما سبق .

الإختبار :

استنتج وحدة قياس التسارع (التسارع = السرعة / الزمن).

والآن ننتقل للقسم التالي من موضوعنا وهو ( وصف الحركة )

نقطة المرجع :

ربما تظن أن من السهل اكتشاف أن الجسم في حالة حركة ، ولكن الحقيقة أنه يجب أن تلاحظ جسم آخر يبدو ساكناً في محله بالنسبة للجسم الذي تظن أنه في حالة حركة ، فالأجسام التي تبدو أنها ساكنة في محلها نسميها نقطة المرجع .

ومن هذا يمكننا تعريف نقطة المرجع بأنها :

نقطة ثابتة يمكن من خلالها وصف الأجسام بأنها متحركة إذا ابتعدت عنها.

أمثلة على النقاط المرجعية:

سطح الأرض أو أي جسم ثابت بالنسبة للأرض كالمباني والجبال وغيرها.

سيارة تتحرك من النقطة أ بسرعة 20 كم /ساعة ، بعد ساعة ستكون السيارة على بعد 20 كم من النقطة أ.

مقدار المسافة التي قطعتها السيارة هو 20 كم ،ولا نستطيع تحديد موقع السيارة إلا إذا عرفنا اتجاهها أثناء المسير .

نستنتج مما سبق أن : الكمية القياسية تحدد بالمقدار ، والكمية المتجهة تحدد بالمقدار والإتجاه.

لنتأمل الشكل التالي :

المسافة هي الخط المنحني والإزاحة هي الخط المستقيم .
رمز المسافة : ف.
رمز الإزاحة : ف أو ف وفوقه سهم { اعذروني لم استطع كتابته ^ـــــــــــ~ }
نستنتج أن:

الإزاحة هي :

كمية متجهة تمتد من موقع الجسم الإبتدائي حتى موقع الجسم النهائي ، ويساوي مقدارها أقصر مسافة بين موقعين (أي خط مستقيم ) .

السرعة :

كل جسم متحرك يقطع إزاحة معينة في زمن معين ، فالسيارة مثلاً تقطع عدداً من الكيلومترات في الساعة
إذاً يمكننا تعريفها كالتالي :

الإزاحة المقطوعة خلال وحدة الزمن .

أو يمكننا القول بأنها : معدل المسافة بالنسبة لوحدة الزمن .

السرعة اللحظية :

السيارة لاتتحرك دائماً بنفس السرعة ، فقد تتوقف أوتتباطئ بسبب صعوبات الطريق ، لذا فإن سرعة السيارة في إي لحظة تسمى السرعة اللحظية التي نعرفها كالتالي:

السرعة التي يسير فيها الجسم خلال لحظة معينة.

السرعة المتوسطة :

عند التخطيط لرحلةٍ مثلاً فغالباً ما تريد أن تعرف الوقت التي ستستغرقه في قطع المسافة ، بالتأكيد السيارة لن تكون سرعتها ثابتة طوال الرحلة ، لذلك فإنك تهتم بمتوسط السرعة للرحلة إجمالاً.
لذلك فإن:

السرعة المتوسطة =المسافة الكاملة المقطوعة (ف) / زمن قطع المسافة (ز)

...

اختبر نفسك:

إذا كانت السرعة المتوسطة لطائر 67 م/ث ، فكم من الوقت يحتاجه لكي ينقض على فريسته التي تبعد مسافة مقدارها 134 م ؟

هل السرعة كمية متجهة ؟

نعم هي كذلك ، لذلك هي توصف بالمقدار وأيضاً بالإتجاه . فمثلاً نقول إن القطار يسير بسرعة 60 كم / ساعة باتجاه الغرب ، وقد يكون مقدار السرعة للقطارات متساوي ولكن اتجاهاتها مختلفة فنقول أن سرعات القطارات غير متساوية .

{ السرعة تمثل بمتجه والمتجهات لاتتساوى إلا إذا تساوت مقاديرها واتجاهاتها}

التسارع:

مثلاً سائق سيارة السباق عندما يريد تجاوز السيارة التي أمامه ، فإنه يضطر لزيادة سرعة سيارته ، فمعدل التغير في السرعة أثناء التجاوزيسمى التسارع ، والذي يعرف بأنه:
مقدار التغير في السرعة بالنسبة للزمن .

العلاقة الرياضية للتسارع كالآتي :

التسارع =مقدار التغير في السرعة / مقدار الزمن الذي حدث فيه هذا التغير .

ت =ع-ع./ ز- ز.
حيث أن ع :السرعة النهائية . و ع. : السرعة الإبتدائية .

التسارع يحدث تتغير السرعة في فترة معينة ، فهو يحدث عندما:

1-تتغير مقدار سرعة الجسم.
2-يتغير إتجاه سرعة الجسم.
3-يتغير إتجاه ومقدار السرعة معاً للجسم.

والتسارع = صفر ، عندما:

1-يكون الجسم ثابت (ع = صفر ).
2-تكون سرعة الجسم ثابتة .

تمرين :

اختبر نفسك :

السيارة في الشكل التالي تسير بسرعة مقدارها 50 كم/ساعة طوال الوقت ، هل تعتقد/ــين أنها قد اكتسبت تسارعاً؟

اتجاه التسارع :

التسارع كمية متجهة مثل السرعة تماماً ، لذا فإنه من المهم تحديد اتجاه التسارع .
عنما يقوم قائد الطيارة بالإقلاع ، فإنه يضطر إلى زيادة السرعة ، فنسمي التسارع هنا بالتسارعالإيجابي ، ويكون اتجاه التسارع في هذه الحالة في نفس اتجاه السرعة.

ولكن عندما يريد قائد سيارة السباق المندفعة بسرعة كبيرة أن يتوقف ، فإن مظلة خلفية تنطلق لتجعل سرعة السيارة تتباطئ (لأن مقاومة الهواء للمظلة يساعد السيارة على التوقف)، وهنا نصف التسارع بالتسارع السلبي ، واتجاهه معاكس لاتجاه السرعة.

السقوط الحر:

توصف حركة الأجسام بالسقوط الحر إذا كانت القوة الوحيدة المؤثرة عليها هي قوة الجاذبية الأرضية .

الأجسام في حالة السقوط الحر تتأثر بتسارع مقداره 9.8 م/ث( تربيع) بإتجاه مركز الأرض .

مميزات السقوط الحر :
1-السقوط الحر يكون بشكل عمودي .
2-تعتبر قوة وحيدة هي قوة الثقل ( الجاذبية الأرضية ) .
3-اتجاه الحركة للأسفل .

ماذا يحدث عندما تقذف جسم للأعلى ؟
عندما يغادر الجسم اليد إلى أعلى المسار أب كما في الشكل، فإنه سيصبح تحت تأثير قوة الجاذبية الأرضية أي في حالة السقوط الحر أما مقدار تسارعة فسيكون 9.8 م/ث تربيع ، ولكنه تسارع سلبي لأن سرعة الحجر باتجاه الأعلى واتجاه التسارع في هذه الحالة دوماً إلى الأسفل ، لذلك ستقل السرعة كلما ارتفع حتى يصل إلى أعلى نقطة ، فتصبح سرعته مساوية للصفر ، ومن ثم يتغير اتجاه السرعة ليعود إلى سطح الارض تحت تأثير تسارع الجاذبية الأرضية.

الإختبار:

إذا كانت السيارة تسير بسرعة ثابتة ، فإن مقدار تسارع السيارة يكون :

1-أكبر من الصفر.
2-يساوي الصفر .
3-يساوي مقدار سرعة السيارة .
4-أكبرمن مقدار سرعة السيارة.

اختر الإجابة الصائبة مما سبق .

أولاً :أشكر معلمتي الغالية التي بفضل الله ثم بفضلها أحببت هذه المادة وفهمتها ^ــــــــــ^..جزاها الله كل خير.
ثانياً : أشكر أختي هانو على تصميمها للفواصل .. جزاكِ الله خيراً.
ثالثاً: أشكر أختي آياتو على موضوعها للسكرابز {استفدت منه كتيييير }... جزاكِ الله خيراً.
وأخيراً:أشكركم لقراءة موضوعي ... اتمنى أن يكون قد أعجبكم ^_^.

المصدر: دراستي الثانوية ^ــــــــــ~

كتابة وتنسيق :Happy-chan

وأتمنى أن تكونوا قد استفدتم ... جانيه ^ـــــــــ^

.... لا أبيح نقل الموضوع بأي شكل من الأشكال ....