شرح الفصل - WordPress.com
Download
Report
Transcript شرح الفصل - WordPress.com
الفصل األول :مدخل إلى علم الفيزياء
A Physics Toolkit
1 - 1الرياضيات و الفيزياء
الهدف :استكشاف حركة جسم ساقط سقوطا
حرا .
هل تسقط جميع األجسام بالسرعة نفسها ؟
كيف يؤثر وزن الجسم في سرعة سقوطه ؟
الخطوات :
) 1الصق اربع قطع نقد معدنية من فئة 50
هللة معا باستخدام شريط الصق .
) 2ضع القطع النقدية الملتصقة على راحة
يدك ,ثم ضع بجوارها قطعة نقد منفردة
) 3الحظ :من خالل دفع القطع لراحة يدك
أيهما أثقل :القطع الملتصقة أم القطعة
المنفردة ؟
) 4الحظ :أسقط القطع جميعها من يدك في
الوقت نفسه ,ثم الحظ حركتها أيهما
أسرع في السقوط ؟
Mathematics and Physics
التحليل :
اعتقد ارسطو أن الوزن عامل مؤثر في سرعة سقوط الجسم
و أن سرعة سقوط الجسم تزداد مع ازدياد وزنه ..
أي سرعة القطع الملتصقة أكبر أربع من سرعة القطعة
المنفردة .
وفقا لنظرية ارسطو ,ما سرعة سقوط قطعة النقد المنفردة
مقارنة بالنقود الملتصقة ماذا تسنتج ؟
التفكير الناقد :وضح تأثير كل من الخصائص التالية في سرعة
سقوط الجسم :الحجم ,الكتلة ,الوزن ,اللون ,الشكل ؟
االستنتاج :
تؤثر مقاومة الهواء في معدل سقوط األجسام ,وتعتمد على
شكل الجسم ,وكثافة الهواء ,و سرعته بالنسبة للهواء .
حيث تسقط القطع األربع المربوطة معا كما لوكانت تسقط كل
منها على حدة .
ما الفيزياء ؟ ? What is Physyics
الفيزياء هو علم دراسة املادة و الطاقة و العالقة بينهما .
الرياضيات في الفيزياء Mathematics in Physyics
الرياضيات تعتبر لغة فيزيائية قادرة على تفسير الظواهر الفيزيائية املختلفة على
شكل معادالت رياضية .
R
القانون الرياض ي
المقاومة الكهربائية
ووحدة قياسه األوم Ω
I
شدة التيار الكهربائي
ووحدة قياسه األمبير A
V
فرق الجهد الكهربائي
ووحدة قياسه الفولت V
المعادلة ( ) V = I Rتعني أن فرق الجهد Vالمقاس بوحدة الفولت ينتج عن حاصل ضرب شدة التيار
Iالمقاس بوحدة األمبير في المقاومة Rالمقاسة بوحدة األوم .
أمثلة حسابية
وصلت بطارية سيارة جهدها 12 Vبمصباح الكوابح الذي
مقاومته , 3 Ωما شدة التيار الذي يحمل الطاقة للمصباح ؟
سلك مقاومته 5 Ωيمر به تيار شدته , 2 Aفما مقدار
فرق الجهد الناتج ؟
بطارية جهدها 24 Vتعطي تيارا شدته 4 Aيمر خالل
جهاز كهربائي ,احسب مقدار مقاومة الجهاز الكهربائية ؟
أمثلة حسابية
إذا تحرك جسم من السكون بتسارع منتظم aفان سرعته vfبعد زمن مقداره
tتعطى بالعالقة vf = atما تسارع دراجة تتحرك من السكون فتصل سرعتها إلى
6 m/sخالل زمن قدره 4 s؟
ما الزمن الذي تستغرقه دراجة نارية تتسارع من السكون بمعدل 0.400
m/s2حتى تبلغ سرعتها 4 m/sعلما بان vf = at
يحسب الضغط Pاملؤثر في سطح ما بقسمة مقدار القوة Fعلى مساحة
السطح Aحيث P = F ⁄ Aفإذا أثر رجل وزنه 520 Nيقف على األرض بضغط
مقداره 32500 N/m2فما مساحة نعلي الرجل ؟
هل هذا منطقي ؟
من خالل خبرتك هل تحتاج كرة نحاسية تسقط من ارتفاع 5 mإلى
0.002 sأم إلى 17 sحتى تصل إلى سطح األرض ؟
ما الوحدة املناسبة لقياس سرعة السيارة وما املقياس املناسب لقياس نصف قطر العين
وطول الغرفة ؟
الطريقة العلمية :
منهج أو أسلوب يستخدم لإلجابة على تساؤالت علمية بهدف تفسير الظواهر املختلفة
خطوات الطريقة العلمية :
املالحظة – السؤال – البحث – التخمين – التجربة – تحليل النتائج – اإلستنتاج
الفرضية :
تخمين علمي عن كيفية ارتباط املتغيرات بعضها مع بعض
تجربة :قياس التغير في طول النابض
اجمع خمس حلقات معدنية متماثلة و نابضا يستطيل بشكل ملحوظ
عندما نعلق به حلقة معدنية
• قس طول النابض األصلي عند تعليق :حلقة ,ثم حلقتين ,ثم ثالث
حلقات معدنية به .
• ارسم بيانيا العالقة بين طول النابض و الكتلة املعلقة به .
• توقع طول النابض عند تعليق 4ثم 5حلقات به .
• اختبر توقعاتك .
• التحليل و اإلستنتاج :صف شكل الرسم البياني وكيف تستخدمه
لتوقع طولين جديدين ؟
يجري هؤالء الطالب تجربة تحديد قدرة كل منهم عند
صعود الدرج .
يستخدم كل طالب نتائجه لتوقع الزمن الالزم لرفع ثقل مختلف
باستخدام القدرة نفسها .
النماذج و القوانين و النظريات
النماذج العلمية :ظواهر ناتجة عن فكرة و معادلة تم
تركيبها بالتجريب .
ما هو النموذج ؟ وما فوائد النماذج ؟ وما األشياء التي يمكن أن نعمل لها نماذج ؟ وملاذا هذه
األشياء ؟
سؤال ) ما الفرق بين النظرية العلمية والقانون العلمي ؟
القانون العلمي :قاعدة طبيعية تجمع مشاهدات مترابطة لوصف ظاهرة طبيعية .
النظرية العلمية :إطار يجمع بين عناصر البناء العلمي في موضوع من موضوعات العلم و هو قادر على تفسير القانون .
أسئلة للمراجعة :
ماذا يمثل مخطط املصطلحات املجاور ؟
ملاذا توصف املفاهيم في الفيزياء بوساطة املعادالت ؟
تحسب القوة املؤثرة على شحنة تتحرك في مجال مغناطيس ي بالعالقة F = Bqvحيث :
Fالقوة املؤثرة بوحدة q - Kg . m/s2الشحنة بوحدة v - A.sالسرعة بوحدة m/s
Bكثافة الفيض املغناطيس ي بوحدة ( Tتسال ) ,ما وحدة Tمعبرا عنها بالوحدات أعاله
أعد كتابة املعادلة F = Bqv :للحصول على vبداللة كل من F :و qو B؟
القيمة املقبولة لتسارع الجاذبية األرضية هي 9.80 m/s2و في تجربة لقياسها
باستخدام بندول حصلت على قيمة 9.4 m/s2هل تقبل هذه القيمة ؟ فسر اجابتك ؟
تحديد املشكلة
جمع البيانات
و ضع الفرضيات
اختبار صحة الفرضيات
تحليل البيانات
االستنتاج
مقدمة
عندما تزور الطبيب إلجراء الفحوصات الطبية،
فإنه يقوم بإجراء عدة قياسات منها :طولك،
ووزنك ،وضغط دمك ،ومعدل دقات قلبك ،وحتى
نظرك يقاس ويعبر عنه بأرقام .كما يتم إخذ عينة
من الدم إلجراء بعض القياسات مثل مستوى
الحديد أو الكولسترول في الدم.
1 - 2القياس
النظام الدولي للوحدات SI Units
هي عبارة عن وحدات قياس متفق عليها دوليا .
الكميات األساسية ووحدات قياسها في النظام الدولي
الكمية األساسية
الوحدة األساسية الرمز
الطول
length
meter
m
الكتلة
mass
kilogram
kg
الزمن
time
second
s
temperature
kelvin
k
amount of substance
mole
mol
electric current
ampere
A
شدة اإلستضاءة luminous intensty
candela
cd
درجة الحرارة
كمية المادة
التيار الكهربائي
القياس :عبارة عن مقارنة كمية مجهولة بأخرى
معيارية.
فعلى سبيل املثال إذا قست كتلة عربة ذات عجالت فإن الكمية
املجهولة هي كتلة العربة و الكمية املعيارية هى ) ( K.gالكيلو
جرام علما بان الكتلة تقاس باستخدام امليزان النابض أو امليزان
ذى الكفتين .في تجربة قياس التغير الواردة سابقا ،يمثل طول
النابض الكمية املجهولة بينما يمثل ) (mاملتر الكمية املعيارية .
Measurement
سؤال ) أكتب تقريرا علميا عن أنظمة القياس في بعض الحضارات
القديمة بحيث يحتوي على سلبيات كل نظام وإيجابياته ،والوحدات
املستخدمة في كل نظام والعالقة بين الوحدات ووحدات النظام
الدولي ؟
مقاييس األطوال في الشريعة اإلسالمية
األطوال
عند الحنفية
عند املالكية
عند الشافعية
عند الحنابلة
الذراع
اإلصبع
القبضة
46.375 cm
1.923 cm
7.728 cm
53 cm
1.472 cm
5.888 cm
61.834 cm
2.576 cm
10.304 cm
61.834 cm
2.576 cm
10.304 cm
الشبر
الباع
11.592 cm
1.855 m
8.832 cm
2.12 m
15.456 cm
2.473 m
15.456 cm
2.473 m
امليل
الفرسخ
البريد
1855 m
5565 m
22260 m
1855 m
5565 m
22260 m
2810 m
11130 m
44520 m
2810 m
11130 m
44520 m
املرحلة
44.520 km
44.520 km
89.04 km
89.04 km
املكاييل و املوازين في الشريعة اإلسالمية
املكاييل
عند الحنفية
عند الجمهور
املكاييل
عند الحنفية
عند الجمهور
الكيلة
16.5 L
16.5 L
القسط
1.625 kg
1.625 kg
القدح
املد
الحفنة
الصاع
2.0625 L
812.5 g
812.5 g
3.25 kg
2.0625 L
510 g
510 g
2.04 kg
العرق
اإلردب
48.75 kg
78 kg
30.6 kg
48.96 kg
الوسق
195 kg
122.4 kg
القفيز
الجريب
املدى
الفرق
98 kg
156 kg
45.9 kg
6.5 kg
24.480 kg
97.92 kg
45.9 kg
6.12 kg
الكر
الويبة
القلة
1468.8 kg 2340 kg
33 L
33 L
95.625 kg 101.56 kg
القربة
املكوك
38.250 kg 40.625 kg
3.06 kg
3.06 kg
التحويل بين الوحدات
إن سهولة التحويل بين الوحدات ميزة أخرى من ميزات النظام الدولي ،فللتحويل بين وحدات النظام الدولي فإننا نضرب أو نقسم على الرقم
عشرة مرفوعا إلى قوة مالئمة وهنالك مجموعة بادئات تستخدم في تحويل وحدات النظام الدولي باستخدام قوة مناسبة للرقم . 10
البادئات المستخدمة مع وحدات النظام الدولي
البادئة
الرمز
– femto
picoo nano micro milli centi deci– kilo
mega– giga
tera -
f
p
n
µ
m
c
d
k
M
G
T
المضروب فيه
0.000000000000001
0.000000000001
0.000000001
0.000001
0.001
0.01
0. 1
1000
1000,000
1000,000,000
1000,000,000,000
القوة
10-15
10-12
10-9
10-6
10-3
10-2
10-1
103
106
109
1012
مثال
) femtosecond ( fs
) picoometer ( pm
) nanometer ( nm
) microgram ( µg
) milliams ( mA
) centimeter ( cm
) deciliter ( dL
) kilometer ( km
) megagram ( Mg
) gigameter ( Gm
) teraherttz ( THz
تحليل الوحدات
تستطيع استخدام الوحدات للتحقق من صحة إجابتك ،فأنت تستخدم عادة معادلة أو مجموعة من
المعادالت لحل مسألة فيزيائية ،و للتحقق من حلها بشكل صحيح اكتب المعادلة أو مجموعة المعادالت
التي ستستخدمها في الحل ،وقبل إجراء الحسابات تحقق من أن وحدات إجابتك صحيحة .
فعلى سبيل المثال إذا وجدت عند حساب السرعة أن اإلجابة بوحدة s/mفأعرف أن هنالك خطأ في
حل المسألة .هذه الطريقة في التعامل مع الوحدات باعتبارها كميات جبرية تسمى تحليل الوحدات .
معامل التحويل
يستخدم تحليل الوحدات في إيجاد معامل التحويل ،ومعامل التحويل هو معامل ضرب
صحيحيا على سبيل المثال 1 kg =1000 g :ومن هنا نستطيع بناء معامل التحويل التالي:
يساوى واحد
أمثلة حسابية :
كم MHzفي 750 kHz؟
حول 5201 cmإلى km؟
كم ثانية في السنة الكبيسة علما بأن ( :السنة الكبيسة تساوي 366يوما ) ؟
حول السرعة 5.30 m/sإلى km/h
حوّل كال ً مما يلي إلى متر:
6.2 pm .b
42.3 cm .a
ماذا يطلق على قيم المتر التالية :
0.001 m . b
0.01 m . a
21 km .c
1000 m . c
0.023 mm .d
214 μm .e
57 nm .f
الدقة و الضبط
Precision Versus Accuracy
تمثل كل من الدقة و الضبط خاصية من خصائص
القيم املقاسة .
كلما كانت األداة ذات تدريجات بقيم أصغر
كانت قياساته أكثر دقة ودقة القياس تساوي
نصف قيمة أصغر تدريج في األداة .
دقة القياس = ½ قيمة أصغر تدريج في األداة
دقة القياس :هي درجة اإلتقان في القياس .
العوامل التي تعتمد عليها الدقة :
األداة ( الجهاز ) املستخدم في القياس .
الطريقة املستخدمة في القياس .
الضبط :معناه اتفاق نتائج القياس مع
القيمة املقبولة في القياس .
معايرة أجهزة القياس :
يتم معايرة الجهاز بضبط
صفر الجهاز ,ثم بمعايرة
الجهاز بحيث يعطي قيمة
مضبوطة و صحيحة عندما
يقيس كمية ذات قيمة
معتمدة ,فمن الضروري اجراء الضبط الدوري
لألجهزة في المختبر مثل الموازين و الجلفانومترات
مخبار a
دورق b
سؤال ) إذا كان أصغر تدريج في المخبار aيساوي , 1mL
و أصغر تدريج في الدورق bيساوي , 50mLأيهما يعتبر
أكثر دقة في القياس ؟
اختالف زاوية النظر عند
القياس :يجب أن يكون النظر
للجهاز عند القياس بزاوية
عامودية حتى يحصل على
القياس المضبوط .
أي الموازين يعطي قراءة أدق
و أضبط ؟