تعليلات مهمة على الوحدة الأولى من كتاب الفيزياء للصف الحادي عشر

سؤال :
إذا دفعت كرة على سطح أفقي فإنها تبدأ في الحركة ثم تتناقص سرعتها بالتدريج حتى تسكن وهذا يتعارض في ظاهره مع مدلول القانون الأول لنيوتن. فكيف تفسر هذا التناقض؟
جواب :
الكرة التي تتحرك على سطح أفقي تخضع لتأثير قوى غير منظورة كقوة الاحتكاك ومقاومة الهواء وتعمل هذه القوى على إنقاص سرعة الكرة حتى تسكن فإذا انعدمت هذه القوى فإن الكرة تتحرك بسرعة منتظمة في خط مستقيم مما يتفق مع القانون الأول لنيوتن.
سؤال :
إذا سار شخص بسرعة واصطدمت قدمه بحجر فإنه يسقط على وجهه.
جواب :
لأن قدمه قد أوقفت بينما استمر باقي جسمه متحركا للأمام تبعا لقصوره الذاتي
سؤال :
يسهل علينا أن نعرف من حركة سيارة نقل كبيرة إذا كانت السيارة محملة أو غير محملة .
جواب :
السيارة المحملة لها قصور ذاتي أكبر من السيارة غير المحملة ، ولذلك فالسيارة المحملة لا تهتز كثيرا ، وتكاد تسير في خط مستقيم لا تنحرف عنه انحرافا محسوسا ، ولا يسهل تغيير اتجاه حركتها ، بعكس السيارة الخفيفة فإنها تهتز في حركتها و تنحرف بسهولة .
سؤال :
لماذا يستمر انطلاق الصاروخ بعد نفاذ وقوده وهو على ارتفاع كبير جدا من الأرض؟
جواب :
عندما يبتعد الصاروخ بعدا كافيا عن الأرض وغيرها من الكواكب والنجوم انعدمت أو كادت تنعدم القوى المؤثرة عليه فيسير بسرعة منتظمة في خط مستقيم مما يتفق مع القانون الأول لنيوتن.
سؤال :
اندفاع ركاب حافلة إلى الخلف عند تحركها فجأة إلى الأمام .
جواب :
نتيجة للقصور الذاتي عند تحرك الحافلة فجأة إلى الأمام يحاول الركاب الاحتفاظ بحالة السكون التي كانوا عليها مما سبب اندفاعهم إلى الخلف
سؤال :
سقوط قطعة معدنية موضوعة فوق ورق مصقول على كوب زجاجي ، داخل الكوب عند جذب الورق المصقول من تحتها بسرعة .
جواب :
لأنه عند سحب الورق المصقول فجأة تحاول القطعة المعدنية الاحتفاظ بحالة السكون التي كانت عليها فتقع في الكوب.
سؤال :
اندفاع ركاب سيارة إلى الأمام عند توقفها فجأة.
جواب :
عندما تتوقف السيارة فجأة يحاول الركاب الاحتفاظ بحالة الحركة التي كانوا عليها مما يسبب اندفاعهم إلى الأمام.
سؤال :صعوبة إيقاف عربة نقل محملة بالبضائع عن إيقافها وهي فارغة إذا كانت سرعتها واحدة في الحالتين.
جواب :
لأنه كلما ازدادت الكتلة يزداد القصور الذاتي فالعربة المحملة تكون كتلتها أكبر، وبذلك تكون قدرتها على الاحتفاظ بحالة حركتها أكبر.
سؤال :
يصعب إيقاف جسم متحرك ذو كتلة كبيرة.
جواب :
لأنه كلما زادت كتلة الجسم زاد قصوره الذاتي فيكون من الصعب تغيير حالته من السكون أو الحركة .
سؤال :
تتناقص سرعة الدراجة عندما تترك لتتحرك تلقائيا على طريق أفقي. جواب :
لأن الدراجة الهوائية تتعرض لقوى إعاقة هي قوة الاحتكاك ، إضافة لقوى مقاومة الهواء وهي تعمل على إنقاص سرعة الدراجة .
سؤال :
رغم أن التفاحة تجذب الكرة الأرضية بنفس القوة التي تجذب بها الأرض التفاحة ، فإنها لا تكسب الأرض عجلة يمكن قياسها .
جواب :
لأن كتلة الأرض كبيرة جدا لذا تكون العجلة التي تكتسبها صغيرة جدا.
سؤال :
ينصح جميع السّواق باستخدام حزام السلامة أثناء قيادتهم سياراتهم .
جواب :
لأن استعمال حزام الأمان يثبت جسم السائق في المقعد في حالة حدوث تغير مفاجئ في سرعة السيارة والجسم كما يحدث لحظة التصادم فلا يندفع جسم السائق إلى الأمام و يصطدم بزجاج السيارة الأمامي بخاصية القصور الذاتي .
سؤال :
بالرغم من وجود القوى في الطبيعة على هيئة أزواج، قوة فعل، وقوة رد فعل، متساويتان في المقدار ومتضادتان في الاتجاه إلا أننا لا نحصل على حالة اتزان دائما.
جواب :
لأن قوة الفعل وقوة رد الفعل تؤثران في جسمين مختلفين ، ولكي نحصل على حالة الاتزان يجب أن تؤثر القوتان في نفس الجسم .
سؤال :
يسهل إيقاف عربة أطفال تتحرك بسرعة معينة، بينما يصعب إيقاف سيارة تتحرك بنفس السرعة.
جواب :
لأن كتلة العربة أقل بكثير من كتلة السيارة .
سؤال :
برغم اختلاف قوة الجاذبية الأرضية باختلاف كتل الأجسام، إلا أن جميع الأجسام تسقط نحو الأرض بعجلة واحدة ثابتة في نفس المكان الواحد.
جواب :
لأن نسبة وزن الجسم إلى كتلته في ذلك المكان من سطح الأرض تبقى ثابتة لجميع الأجسام .
سؤال :
يشعر راكب المصعد بزيادة في وزنه عندما يكون المصعد متحركا إلى أعلى بعجلة.
جواب :
لأن قوة ضغط الراكب على أرضية المصعد تساوي وزنه إضافة إلى حاصل ضرب كتلته في العجلة التي يتحرك بها.
Fy= ma +mg
Fy = m(a+g)
سؤال :
يشعر راكب المصعد بخفة في وزنه عندما يكون المصعد متحركا إلى أسفل بعجلة.
جواب :
لأن قوة ضغط الراكب على أرضية المصعد تساوي وزنه منقوصا منه حاصل ضرب كتلته في العجلة التي يتحرك بها .
Fy= mg-ma
Fy= m(g-a
سؤال :

السرعة الأفقية لمقذوف يتحرك في مجال الجاذبية الأرضية تبقى ثابتة طيلة حركة المقذوف بينما تكون السرعة الرأسية له متغيرة .
جواب :
لعدم وجود قوة أفقية تؤثر في المقذوف ، في حين أن المقذوف يتأثر رأسيا بقوة وزنه التي تعمل على تغيير السرعة الرأسية
سؤال :
انعدام الوزن الظاهري لمصعد عند انقطاع حبله أثناء حركته .
جواب :
لأن المصعد عندئذ يتحرك بعجلة تساوي عجلة الجاذبية الأرضية.
a=g
Fy=mg-ma
Fy= m(g-g)
Fy=0
سؤال :
تساوي قوتي الشد على جانبي كل نقطة من نقاط خيط متحرك بعجلة عندما نهمل كتلته ، وعدم تساويهما إذا لم نهمل الكتلة .
جواب :
لأن محصلة القوى المؤثرة على الحبل تساوي حاصل ضرب كتلة الحبل في عجلته ، أي :
t1-t2=ma
t1=ma+t2
ولذا عندما نهمل كتلة الحبل يصبح الشد متساوي على طرفي الحبل، أي:
t1-t2=0*m
t1=t2
سؤال :
عجلة الجسم الذي يسقط على مستوى مائل أملس أقل من عجلة الجسم الساقط سقوطا حرا .
جواب :
لأن عجلته تساوي عجلة الجاذبية الأرضية منقوصا منها جيب الزاوية التي يميل بها المستوى المائل.
a=g sina
سؤال :
الجسم المقذوف أفقيا في مجال الجاذبية الأرضية يتخذ مسارا منحنيا .
جواب :
لأنه خاضع لتأثير قوة وزنه في الاتجاه الرأسي ، فتعمل هذه القوة على تغيير اتجاه سرعة المقذوف إلى أسفل بشكل منحن .
سؤال :
يكون الوزن الظاهري لجسم مساويا لوزنه الحقيقي عندما يتحرك الجسم بسرعة رأسية منتظمة .
جواب :
لأن معدل التغير في سرعته بالنسبة للزمن يساوي صفر ، أي أن عجلته تساوي صفرا .
سؤال :
العجلة التي يتحرك بها جسم على مستوى مائل أملس لا تتوقف على كتلة الجسم .
جواب :
لأن عجلة الجسم في هذه الحالة تتأثر بعجلة الجاذبية الأرضية ، وجيب الزاوية التي يميل بها المستوى المائل.
a=g sina
سؤال :
الوزن الظاهري لجسم معلق في مصعد يختلف عن وزنه الحقيقي عند بداية الحركة صعودا أو هبوطا بعجلة.
جواب :
الوزن الظاهري للجسم عند صعود المصعد بعجلة :
Fy=m(g+a)
الوزن الظاهري للجسم عند هبوط المصعد بعجلة :
Fy=m(g-a)
سؤال :
يمكن لجسم أن يتحرك باتجاه الشمال وتكون له عجلة باتجاه الجنوب.
جواب :
لأن الجسم يكون متحركا إلى جهة الشمال بينما تؤثر فيه قوة إلى جهة الجنوب تعمل على إنقاص حركته ، كما في حالة الفرملة

 

سؤال :
عندما يوضع جسم فوق سطح أملس فإن قوة التماس تكون عمودية.
عندما تكون الأسطح المتلامسة ملساء تماما فإن قوة التماس تكون عمودية .
جواب :
بسبب انعدام قوى الاحتكاك في هذه الحالة ، فتكون قوة التماس في هذه الحالة تساوي الجذر التربيعي لمربع القوة العمودية ، أي قوة التماس تساوي القوة العمودية .
سؤال :
عندما يبدأ جسم بالانزلاق فوق جسم آخر فإن قوة الاحتكاك بينهما تقل.
جواب :
بسبب عدم توفر الوقت الكافي لتداخل زيادات أحد الجسمين في فراغات الجسم الآخر ، وبسبب نقص مقدار معامل الاحتكاك الحركي عن معامل الاحتكاك الساكن .
سؤال :
عندما يوضع جسم فوق سطح خشن فإن قوة التماس تكون مائلة بزاوية معينة .
جواب :
لأن قوة التماس هي محصلة القوة العمودية ، وقوة الاحتكاك المؤثرتين في الجسم.
سؤال :
برغم تساوي قوة شد الحصان للعربة ، مع قوة شد العربة للحصان ، إلا إن الحصان يتمكن يجر العربة .
جواب :
لأن قوة شد الحصان تؤثر في العربة ، بينما قوة شدة العربة تؤثر في الحصان ، كما أن الحصان يضرب بأرجله على الأرض بقوة إلى الخلف ، فتنشأ قوة احتكاك بين أرجله و الأرض تمكنه من جر العربة.
سؤال :
تستخدم الوسادة الهوائية في تجارب تحقيق قانون نيوتن الأول .
جواب :
لأنها تقلل الاحتكاك بين الجسم المتحرك والسطح إلى أقل قيمة .
سؤال :
عند تحريك جسم على سطح أفقي خشن بسرعة منتظمة ، فإن سحبه يكون أسهل من دفعه.
جواب :
لأنه عند السحب تقل القوة الضاغطة المؤثرة في الجسم ولذلك تقل قوة الاحتكاك المؤثرة في الجسم ، أما عند الدفع فإن القوة الضاغطة المؤثرة في الجسم تزداد ولذلك تزداد قوة الاحتكاك المؤثرة فيه.
سؤال :
تتناقص سرعة جسم عندما يتحرك في خط مستقيم على سطح خشن .
جواب :
لوجود قوى احتكاك بين الجسم و السطح الخشن وكذلك بسبب مقاومة الهواء للجسم