ملخص الدرس / الأولى ثانوي/فيزياء/الفصل الثاني/دفع و كبح متحرك

الجملة الميكانيكية :

بدلا من التحدث عن جسم ، كثيرا ما نحتاج في الفيزياء إلى دراسة جزء من جسم أو مجموعة من الأجسام معا ، لذا نعبر عنها بمفهوم يشملها كلها و هو الجملة الميكانيكية.

- نسمى جملة ميكانيكية جسم محدد أو جزء منه أو أجسام محددة تكون محل الدراسة الفيزيائية.

- للجملة الميكانيكية حدود نختارها حسب هدف الدراسة، بحيث نعتبر كل جسم أو جزء منه أو مجموعة الأجسام المحتواة داخل هذه الحدود هي عناصر داخلية ، و كل خارج عن هذه الحدود نعتبره ينتمي للوسط الخارجي ، و تكون هذه الحدود اختيارية ، أي يمكن تغييرها عند الضرورة . 

- للتميز بين الجمل ، يستحسن ارفاقها بأرقام أو حروف .

مثال : 

لدينا كتابان   موضوعان على طاولة   و الكل موجود على سطح الأرض   (الشكل 1)

- إذا اخترنا الكتاب  كجملة ميكانيكية ، نقول أن الكتاب و الطاولة   و سطح الأرض   ينتمون إلى الوسط الخارجي للجملة 

- إذا اعتبرنا الكتابين   كجملة ميكانيكية ، نرمز لها ب  ، فنقول أن الكتابين ينتميان إلى الجملة   في حين أن الطاولة و كذا سطح الأرض  ينتميان إلى الوسط الخارجي للجملة الميكانيكية .

- يمكن أيضا اعتبار الجملة تتكون من كل الأجسام و في هذه الحالة نرمز لها ب .... و هكذا .

مبدأ الأفعال المتبادلة :

ينص على ما يلى :

" إذا أثرت الجملة على الجملة بقوة  ، فإن الجملة  تأثر أيضا وبصفة آنية على الجملة بقوة   . هاتين القوتين لهما نفس الحامل و الشدة و متعاكستان مباشرة ، و

بالتالي تحققان العلاقة التالية :  .

مبدأ الأفعال المتبادلة هو القانون الثالث من بين القوانين الثلاثة التي صاغها العالم نيوتن ؛ مع التذكير بأن القانون الأول هو مبدأ العطالة الذي تطرقنا إليه سابقا ‏

ملاحظات : 

- هذا المبدأ محقق دوما مهما كانت حالة الحركة أو حالة السكون للجمل ، كما أنه يعتبر قانونا أساسيا في علم الميكانيك ، لا يطلب البرهان عليه بل يشترط احترامه في كل دراسة . 

- استعملنا المبدأالأول ( مبدأ العطالة ) للكشف عن وجود قوة مطبقة على جملة واحدة نعتبرها اذا كانت حركتها غير مستقيمة منتظمة ( حركة مستقيمة متباطئة ، مستقيمة متسارعة ، منحنية ، ... ) و حسب مبدأ الأفعال المتبادلة ، اذا تأثرت الجملة   بقوة   فهناك حتما جملة ثانية    سبب هذا التأثير و هذه الجملة  هي أيضا نتأثرة بقوة    من طرف الجملة    حيث : 

- الترميز للقوتين بالرمزين  و  مهم جدا اذ : يعلمنا ، حسب هذا المبدأ ، أن التأثير المتبادل بين الجمل الميكانيكية يكون بين جملتين مثنى مثنى ، كما أنه يسمح التمييز بين الجملة المؤثرة و المتأثرة . 

 الكشف عن القوى بالاعتماد على الفعلين المتبادلين : 

مثال : 

نعتبر كرة   تتحرك على سطح طاولة  ملساء باتجاه حافة الطاولة بحركة مستقيمة منتظمة و عند بلوغ الحافة تغادر الكرية الطاولة باتجاه الأرض  كما هو مبين في (الشكل - 3 ) التالي : 

 

- الكرية بعد مغادرتها الطاولة خاضعة لقوة موجهة نحو الأرض و هي قوة جذب الأرض للكرية (الثققل ) نرمز لها بــ  (الشكل-3) و حسب مبدأ الفعلين المتبادلين » تأثر الكرية أيضا على الأرض بقوة   (الشكل-4)

 

بعد مغادرة الكرة الطاولة كانت الكرية خاضعة إلى قوة ناتجة عن تأثير الأرض على الكرية  و كون أن الأرض موجودة دوما سواء بعد مغادرة الكرية الطاولة أو قبلها ء تكون الكرية خاضعة أيضا إلى قوة ناتجة عن تأثير الأرض عليها قبل مغادرتها الطاولة (الشكل-5) .

 

- كون أن حركة الكرية مستقيمة منتظمة قبل مغادرتها الطاولة ‎٠‏ و كون أنها أيضا خاضعة إلى القوة الناتجة عن تأثير الأرض عليها  ؛ حسب مبداً العطالة هناك حتما قوة أخرى كانت سبب في جعل حركة الكرية مستقيمة منتظمة ؛ بحيث تكون هذه القوة تساوي القوة   في الشدة و تعاكسها في الإتجاه ‎ .‏

- من المؤكد أن سبب وجود هذه القوة المجهولة هي الطاولة و عليه فهي ناتجة عن تأثير الطاولة   على الكرية و بالتالي نرمز لها ب  (الشكل-6) .

 

 - وصلنا إلى أن الطاولة   تؤثر على الكرية   بقوة    و حسب مبدأ الفعلين المتبادلين ؛ تؤثر الكرية أيضا على الطاولة بقوة   حيث :   (الشكل 7 ) 

 انطلاق و كبح سيارة : 

مثال: 

سيارة متوقفة على طريق خشن ، (الشكل-9) تنطلق ابتداء من السكون بحركة مستقيمة متسارعة ‎٠‏ نعتبر عجلتي السيارة الأمامية محركة في حين أن العجلتين الخلفيتين غير محركة.
نرمز للعجلة الأمامية المحركة ب ؛ و العجلة الخلفية ب ‎٠‏ كما نرمز للطريق ب

 

- بدوران المحرك مع تجهيز مرفق تدور العجلة الأمامية المحركة في الإتجاه المبين في (الشكل-9) ، و بدورانها و من خلال احتكاكها مع الطريق تؤثر هذه الأخيرة (العجلة الأمامية) على الطريق بقوة أفقية   ، وحسب ميدأ الفعلين المتبادلين تؤثر الطريق على العجلة الأمامية   بقوة    حيث :  (الشكل10)

القوة  ,التي تؤثر بها الطزيق على العجلة الأمامية. هي المسؤولة عن حركة السيارة لآنه لو كانت الطريق  زلجة تماما فالسيارة لا تتحرك رغم دوران المحرك

 

- بازدياد شدة القوة  تزداد سرعة السيارة و بنقصان شدتها تنقص سرعة السيارة بوجود الاحتكاك
- كلما كانت سرعة دوران العجلة أكبر كلما كان التأثير المتبادل بين الطريق و العجلة المحركة بفعل الاحتكاك أكبر، او هذا ما يفسر زيادة سرعة السيارة عندما يضغط السائق على الدواسة (زيادة سرعة العجلة المحركة) ؛ و كذلك يفسر نقصان سرعة السيارة إلى غاية التوقف عندما يضغط السائق على المكابح ( بمساعدة الاحتاك المقاوم ) ، فبضغط السائق على المكابح يقلل من سرعة دوران العجلة ، و من ثم يقل التأثير المتبادل بين العجلة و الطريق ، و مع الاحتكاك تتناقص سرعة السيارة إلى أن تتوقف

- عند بداية حركة السيارة و بفعل الاحتكك بين العجلة و الطريق تؤثر العجلة الخلفية  غير المحركة على الطريق بقوة أفقية ، وحسب مبدأ الفعلين المتبادلين تؤثر الطريق على العجلة الأمامية   بقوة  حيث : 

 

القوة هي المسنولة عن دوران العجلة الخلفية و من دونها تتحرك العجلة من دون دوران (تتزحلق على الطريق و كأنها غير قابلة للدوران ) .

اجتياز منعطف : 

مثال : 

نعتبرسيارة تقطع منعرجا أفقيا دائري الشكل بسرعة ثابتة (الشكل-13) ، نرمز لإحدى عجلات السيارة بـ  ، و نرمز للطريق بـ

 

- أثناء حركة السيارة في المنعطف غير الزلج ينشأ فعل طبيعي يسعى إلي إخراج السيارة من المنعطف (إيعادها عن مزكز المنعطف ) ‎٠‏ بسيب هذا الفعل تؤثر السيازة على الطريق ( عن طريق العجلات ) بقوة  ، و حسب ميدأ الفعلين المتبادلين ، فإن الطريق غير الزلج هو بدوره يؤثر على السيارة بقوة معاكسة   (الشكل-14)

 

- القوة    هي المسؤولة عن عدم خروج السيارة عن المنعطف ، و إذا كان الطريق زلج هذه القوة غير موجودة. و بالتالي تخرج السيارة من المنعطف .