نشاط 2 ص 231 فيزياء 1 ثانوي
السؤال:
اشرح ما يحدث في كل حالة من الحالات التالية:
- حالة 1: كرة تندفع على سطح مستوٍ أملس.
- حالة 2: كرة تندفع على سطح مستوٍ خشن.
الجواب:
حالة 1:
في حالة الكرة التي تندفع على سطح مستوٍ أملس، لا توجد قوة احتكاك بين الكرة والسطح، لذلك تستمر الكرة في الحركة بنفس السرعة والاتجاه حتى تصطدم بحاجز أو حتى يقل مقدار القوة التي دفعت بها الكرة.
حالة 2:
في حالة الكرة التي تندفع على سطح مستوٍ خشن، هناك قوة احتكاك بين الكرة والسطح، لذلك تفقد الكرة جزءًا من سرعتها في كل مرة تصطدم فيها بالسطح. ونتيجة لذلك، تقل سرعة الكرة تدريجيًا حتى تتوقف تمامًا.
شرح تفصيلي:
حالة 1:
في حالة الكرة التي تندفع على سطح مستوٍ أملس، فإن القوة الوحيدة المؤثرة على الكرة هي قوة دفعها. هذه القوة تؤثر في نفس اتجاه حركة الكرة، لذلك تستمر الكرة في الحركة بنفس السرعة والاتجاه حتى تصطدم بحاجز أو حتى يقل مقدار القوة التي دفعت بها الكرة.
إذا كانت الكرة تتحرك بسرعة ثابتة، فإن ذلك يعني أن مجموع القوى المؤثرة عليها هو صفر. وبما أن القوة الوحيدة المؤثرة على الكرة هي قوة دفعها، فإن ذلك يعني أن قوة الدفع تساوي قوة الاحتكاك.
لكن قوة الاحتكاك دائمًا أقل من قوة الدفع، لذلك فإن الكرة لا تتوقف تمامًا. ومع ذلك، فإن قوة الاحتكاك تؤدي إلى تقليل سرعة الكرة تدريجيًا حتى تصبح مساوية لقوة الاحتكاك، عند هذه النقطة تتوقف الكرة تمامًا.
حالة 2:
في حالة الكرة التي تندفع على سطح مستوٍ خشن، فإن هناك قوة احتكاك بين الكرة والسطح. هذه القوة تؤثر في اتجاه معاكس لحركة الكرة، لذلك تفقد الكرة جزءًا من سرعتها في كل مرة تصطدم فيها بالسطح.
إذا كانت الكرة تتحرك بسرعة ثابتة، فإن ذلك يعني أن مجموع القوى المؤثرة عليها هو صفر. وبما أن قوة الاحتكاك تؤثر في اتجاه معاكس لحركة الكرة، فإن ذلك يعني أن قوة الدفع يجب أن تكون أكبر من قوة الاحتكاك.
لكن قوة الاحتكاك دائمًا أقل من قوة الدفع، لذلك فإن الكرة لا تتوقف تمامًا. ومع ذلك، فإن قوة الاحتكاك تؤدي إلى تقليل سرعة الكرة تدريجيًا حتى تصبح مساوية لقوة الدفع، عند هذه النقطة تتوقف الكرة تمامًا.
ويمكن التعبير عن ذلك رياضيًا باستخدام معادلة الحركة الثانية لنيوتن:
F = ma
حيث:
- F هي القوة المؤثرة على الجسم
- m هي كتلة الجسم
- a هي تسارع الجسم
في حالة الكرة التي تندفع على سطح مستوٍ أملس، يكون مجموع القوى المؤثرة على الكرة هو صفر، لذلك:
F_n + F_f = 0
حيث:
- F_n هي قوة الدفع
- F_f هي قوة الاحتكاك
وبما أن قوة الاحتكاك دائمًا أقل من قوة الدفع، فإن ذلك يعني أن:
F_f < F_n
في حالة الكرة التي تندفع على سطح مستوٍ خشن، يكون مجموع القوى المؤثرة على الكرة هو صفر، لذلك:
F_n - F_f = 0
حيث:
- F_n هي قوة الدفع
- F_f هي قوة الاحتكاك
وبما أن قوة الاحتكاك دائمًا أقل من قوة الدفع، فإن ذلك يعني أن:
F_n > F_f