الوحدة الثالثة: الحركة والقوّة · الدرس الثالث: القوّة وأثرها في الحركة

القوّة وأثرها في الحركة

يستنتج أن الجسم الساكن لا يتحرّك إلا بقوّة، ويقارن أثر مقدار القوّة واتّجاهها وكتلة الجسم في حركته.

المحاكاة التفاعلية

محاكاة تفاعلية: القوى و الحركة : الاوليات — من PhET

لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.

لا تعمل المحاكاة؟ افتحها في موقع PhET مباشرة

في كتابك

  • نشاط (١): دفع... سحب — الجزء الأول، ص ٩٣
  • نشاط (٢): عناصر القوّة — الجزء الأول، ص ٩٤
  • نشاط (٣): مقدار القوّة — الجزء الأول، ص ٩٥
  • نشاط (٤): قياس مقدار القوّة — الجزء الأول، ص ٩٦
  • نشاط (٥): خطّ عمل القوّة — الجزء الأول، ص ٩٧
  • نشاط (٧): أثر القوّة في الأجسام — الجزء الأول، ص ٩٩

خطوات التجربة

  1. افتح شاشة «القوة المحصلة»، وضع علامة على «مجموع القوى» و«القيم». العربة ساكنة: هل تتحرّك وحدها؟

  2. اسحب شخصًا واحدًا إلى الحبل في الجهة اليمنى، واضغط «انطلق!». لاحظ قيمة القوّة بالنيوتن واتّجاه حركة العربة، ثم اضغط «العودة للبداية».

  3. أضف شخصًا ثانيًا في الجهة نفسها، ثم ثالثًا، وفي كل مرة اضغط «انطلق!» وقارن «مجموع القوى» وسرعة انطلاق العربة، كما زاد عدد الدافعين للطاولة في الكتاب.

  4. ضع أشخاصًا في الجهتين، وتوقّع اتّجاه الحركة قبل أن تضغط «انطلق!»، ثم تحقّق. جرّب أن تجعل «مجموع القوى = 0».

  5. افتح شاشة «الحركة»، وضع علامة على «القوى» و«السرعة». ادفع الصندوق إلى اليمين بمنزلق «القوة المؤثرة»، ثم ادفعه إلى اليسار، ولاحظ أن الصندوق يتحرّك في اتّجاه القوّة ويتغيّر مقدار سرعته واتّجاهه.

  6. افتح شاشة «الاحتكاك». ضع صندوقًا واحدًا وزِد «القوة المؤثرة» تدريجيًّا حتى يبدأ بالحركة، وسجّل قيمتها. ثم كدّس جسمًا آخر فوقه وكرّر، وسجّل النتائج في جدول كجدول الكتاب.

الفكرة العلمية

القوّة مؤثّر خارجي يكون دفعًا أو سحبًا، وتُقاس بوحدة النيوتن. والجسم الساكن يبقى ساكنًا ما لم تؤثّر فيه قوّة تحرّكه، والجسم المتحرّك يبقى متحرّكًا ما لم تؤثّر فيه قوّة تغيّر سرعته أو اتّجاهه أو كليهما. ولكل قوّة عناصر: مقدارها، واتّجاهها (خطّ عملها)، ونقطة تأثيرها. وكلّما كانت القوّة المؤثّرة أكبر كان تغيّر حركة الجسم أكبر، ولهذا تحرّكت العربة أسرع حين زاد عدد الساحبين. وإذا أثّرت قوّتان متساويتان في اتّجاهين متعاكسين كان «مجموع القوى» صفرًا ولم يتحرّك الجسم. وكلّما كانت كتلة الجسم أكبر كانت القوّة اللازمة لتحريكه أكبر. لاحظ أن المحاكاة تعرض مقدار القوّة رقمًا وسهمًا بدل استطالة الميزان النابضي.

قوّم نفسك

جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.

  1. في شاشة «القوة المحصلة» سحب شخص العربة إلى اليمين بقوّة ١٥٠ نيوتن، وسحبها شخص إلى اليسار بقوّة ١٠٠ نيوتن. ماذا يحدث؟

    • تتحرّك إلى اليسار، لأن قوّة ١٠٠ نيوتن تكفي
    • تبقى ساكنة، لأن في الجهتين قوى
    • تتحرّك إلى اليمين، لأن مجموع القوى ٥٠ نيوتن نحو اليمين
    • تتحرّك إلى اليمين، لأن مجموع القوى ٢٥٠ نيوتن
    اعرض الإجابة

    ج) تتحرّك إلى اليمين، لأن مجموع القوى ٥٠ نيوتن نحو اليمين

    القوّتان متعاكستان، فنطرح الصغرى من الكبرى: ١٥٠ − ١٠٠ = ٥٠ نيوتن، والاتّجاه اتّجاه القوّة الأكبر، أي اليمين. ومن جمعهما فكتب ٢٥٠ نسي أنهما في اتّجاهين متعاكسين. ومن ظنّ أنها تبقى ساكنة لأن في الجهتين قوى نسي أن القوّتين غير متساويتين.

  2. وضعت في كل جهة من الحبل قوّة مقدارها ١٠٠ نيوتن، فظهر «مجموع القوى = 0». ماذا يحدث للعربة الساكنة؟

    • تبقى ساكنة
    • تتحرّك ببطء إلى اليمين
    • تتحرّك ذهابًا وإيابًا
    • تتحرّك إلى الجهة التي فيها أشخاص أكثر
    اعرض الإجابة

    أ) تبقى ساكنة

    حين يكون مجموع القوى صفرًا لا تتغيّر حالة الجسم، فتبقى العربة ساكنة. ومن توقّع حركة بطيئة ظنّ أن وجود قوى يعني حركة دائمًا، والذي يحرّك الجسم هو مجموع القوى لا مجرّد وجودها. وعدد الأشخاص لا يهمّ، المهمّ مقدار قوّتهم.

  3. في شاشة «الاحتكاك» كدّست جسمًا فوق الصندوق. ماذا لاحظت على القوّة اللازمة لبدء حركته؟

    • صارت أصغر، لأن الجسم الثقيل يندفع أسهل
    • بقيت كما هي
    • لم يعد يتحرّك مهما كانت القوّة
    • صارت أكبر، لأن كتلة الجسم صارت أكبر
    اعرض الإجابة

    د) صارت أكبر، لأن كتلة الجسم صارت أكبر

    كلّما زادت كتلة الجسم زادت القوّة اللازمة لتحريكه، كما زادت استطالة الميزان النابضي حين زاد عدد الكتب. ومن قال «لم يعد يتحرّك» لم يزد القوّة بما يكفي: الجسم الأثقل يتحرّك، لكنه يحتاج قوّة أكبر.

  4. في شاشة «الحركة» كان الصندوق يتحرّك إلى اليمين، ثم دفعته بقوّة نحو اليسار. ماذا حدث لحركته؟ وماذا تستنتج عن أثر القوّة؟

    اعرض الإجابة

    تناقصت سرعة الصندوق حتى توقّف، ثم بدأ يتحرّك نحو اليسار. وأستنتج أن القوّة تستطيع أن تغيّر مقدار سرعة الجسم واتّجاه حركته، كما يحدث للكرة حين ندفعها في اتّجاه آخر.

  5. صديقك يقول: «الطاولة تحرّكت أسهل حين دفعناها ثلاثة، لأن كل واحد منّا دفع أقلّ». ما رأيك؟ استعن بما رأيته في شاشة «القوة المحصلة».

    اعرض الإجابة

    السبب الحقيقي أن قوى الدافعين في الاتّجاه نفسه تُجمع، فيصير مجموع القوى المؤثّرة في الطاولة أكبر. فقد رأيت أن إضافة شخص في الجهة نفسها تزيد «مجموع القوى»، فتتحرّك العربة أسرع. فكلّما كانت القوّة المؤثّرة أكبر كانت الحركة أسهل.