Télécharger

Download Report

Transcript Télécharger

‫قوانين نيوتن ‪Les lois de Newton‬‬
‫‪ ‬نشاط ‪ :1‬تمثيل متجهتي السرعة والتسارع‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪ .3‬متجهة التسارع تعبر عن مدى تغير متجهة السرعة خالل وحدة الزمن‪.‬‬
‫‪ .I‬متجهة السرعة ومتجهة التسارع‬
‫‪ .1‬معلمة نقطة من متحرك‬
‫الحركة نسبية‪ ,‬أي أنها تتعلق بجسم آخر يتم اختياره يسمى جسما مرجعيا أو مرجعا‪ .‬ولتحديد موضع‬
‫المتحرك في لحظة معينة بالنسبة للجسم المرجعي يجب اعتبار معلم للفضاء ومعلم للزمن مرتبطين بهذا‬
‫األخير‪.‬‬
‫قوانين نيوتن‬
‫بحيث‪ O :‬أصل معلم الفضاء‪.‬‬
‫نرمز لمعلم الفضاء ب‪:‬‬
‫لتحديد موضع المتحرك في الفضاء نستعمل متجهة الموضع‬
‫مع‪ :G :‬مركز قصور الجسم (دراسته تمكن من معرفة الحركة اإلجمالية‬
‫للجسم)‪.‬‬
‫‪ :x ;y ;z‬اإلحداثيات الديكارتية ل‪ G :‬وهي عبارة عن دوال زمنية تكتب على الشكل التالي‪:‬‬
‫وتسمى المعادالت الزمنية‪.‬‬
‫مجموعة المواضع المتتالية التي يحتلها المتحرك تسمى مسارا‪.‬‬
‫‪ .2‬متجهة السرعة اللحظية‬
‫‪ .a‬تعريف‬
‫نعرف متجهة السرعة عند اللحظة ‪ t2‬بالعالقة‪:‬‬
‫بتطبيق عالقة شال‪:‬‬
‫أي‪:‬‬
‫قوانين نيوتن‬
‫تؤول إلى المشتقة األولى‬
‫رياضيا نبرهن على أن‪:‬‬
‫عندما تؤول ‪ ∆t‬إلى ‪.0‬‬
‫وبالتالي‪:‬‬
‫ملحوظة‪ :‬متجهة السرعة تكون دائما مماسية للمسار ولها نفس منحى الحركة‪ ,‬وهي تتعلق بالجسم المرجعي‪.‬‬
‫‪ .b‬تعبير متجهة السرعة اللحظية في معلم ديكارتي‬
‫في معلم متعامد ممنظم‬
‫‪ .3‬متجهة التسارع اللحظي‬
‫‪ .a‬تعريف‬
‫تساوي متجهة التسارع‬
‫أي معلم ديكارتي‪ ,‬إحداثيات متجهة السرعة اللحظية هي‪:‬‬
‫مشتقة متجهة السرعة‬
‫بالنسبة للزمن‪:‬‬
‫ملحوظات‪:‬‬
‫‪ ‬انطالقا من التعريف نجد بعد ‪:‬‬
‫‪ ‬لحساب‬
‫انطالقا من التسجيالت التجريبية نستعمل طريقة التأطير‪.‬‬
‫قوانين نيوتن‬
‫‪ .b‬إحداثيات متجهة التسارع في معلم ديكارتي‬
‫إحداثيات التسارع اللحظي هي‪:‬‬
‫في م م م‬
‫‪ .c‬إحداثيات متجهة التسارع في أساس فريني‬
‫‪.‬‬
‫أساس فريني هو أساس متعامد ممنظم‬
‫‪ ‬متجهته الواحدية مماسة للمسار وموجهة في منحى الحركة‪.‬‬
‫‪ ‬متجهته الواحدية متعامدة مع وموجهة نحو تقعر المسار‪.‬‬
‫نعبر عن متجهة التسارع‬
‫حيث‪:‬‬
‫في أساس فريني كالتالي‪:‬‬
‫متجهة التسارع المماسي‬
‫متجهة التسارع المنظمي‬
‫مع‪ :ρ :‬شعاع انحناء المسار في النقطة ‪.M‬‬
‫‪‬حالة خاصة‬
‫في حالة حركة دائرية يساوي شعاع االنحناء شعاع المسار الدائري‪:‬‬
‫قوانين نيوتن‬
‫ملحوظة‪:‬‬
‫‪ ‬إذا كان الجداء‬
‫‪ ‬إذا كان الجداء‬
‫‪ ‬إذا كان الجداء‬
‫‪ .‬تتعلق إشارة بالزاوية‪:‬‬
‫تكون الحركة متسارعة‪.‬‬
‫تكون الحركة متباطئة‪.‬‬
‫تكون الحركة منتظمة‪.‬‬
‫خالل حركة جسم صلب في م م م‬
‫تمرين تطبيقي‪ :‬إحداثيات متجهة الموضع‬
‫‪z(t)=10 ; y(t) =5t2 ; x(t)=2t‬‬
‫‪ .1‬حدد إحداثيات متجهة السرعة ‪ ,‬واحسب في اللحظة ‪.t=10s‬‬
‫في نفس المعلم وأحسب قيمة ‪.aG‬‬
‫‪ .2‬أوجد إحداثيات متجهة التسارع‬
‫هي‪:‬‬
‫‪ .1‬إحداثيات متجهة السرعة هي‪:‬‬
‫إذن في اللحظة ‪ t=10s‬تكون قيمة السرعة اللحظية هي‪:‬‬
‫‪ .2‬إحداثيات متجهة التسارع هي‪:‬‬
‫إذن قيمة التسارع هي‪:‬‬
‫‪ .II‬قوانين نيوتن‬
‫‪ .1‬القوى الداخلية والقوى الخارجية‬
‫بعد تحديد المجموعة المدروسة (جسم أو مجموعة أجسام)‪.‬‬
‫نسمي القوى الداخلية القوى المطبقة من قبل جسم ينتمي إلى المجموعة على جسم آخر ينتمي إلى‬
‫المجموعة المدروسة‪.‬‬
‫نسمي القوى الخارجية القوى المطبقة من قبل جسم ال ينتمي إلى المجموعة على جسم آخر ينتمي إليها‪.‬‬
‫قوانين نيوتن‬
‫ملحوظة‪ :‬إذا كان مجموع القوى الخارجية المطبقة على مجموعة ما منعدما‬
‫المجموعة شبه معزولة ميكانيكيا‪.‬‬
‫نقول إن هذه‬
‫‪ .2‬القانون األول لنيوتن – مبدأ القصور‬
‫‪ .a‬نص القانون‬
‫المطبقة على مجموعة‬
‫في معلم غاليلي إذا كان المجموع المتجهي للقوى الخارجية‬
‫مدروسة منعدما‪ ,‬فإن مركز قصورها ‪ G‬يكون ساكنا أو في حركة مستقيمية منتظمة‪.‬‬
‫أي‪:‬‬
‫‪ .b‬المعالم الغاليلية‬
‫المعلم الغاليلي هو معلم يتحقق فيه مبدأ القصور‬
‫أمثلة‪:‬‬
‫‪ ‬المرجع المركزي الشمسي‪( :‬مرجع كوبيرنيك) مركزه الشمس والمحاور الثالثة موجهة نحو ثالث‬
‫نجوم‪ ,‬وهو يعتبر أفضل مرجع غاليلي‪.‬‬
‫‪ ‬المرجع المركزي األرضي‪ :‬مالئم لدراسة األجسام التي تتحرك حول األرض وهو ليس معلما غاليليا‬
‫بالمعنى الدقيق‪.‬‬
‫‪ ‬المرجع األرضي‪ :‬هو كل جسم مرتبط بسطح األرض‪ ,‬يدرس األجسام التي تتحرك على ارتفاع‬
‫ضئيل منه‪ ,‬يمكن اعتباره غاليليا فقط بالنسبة للحركات قصيرة المدة‪.‬‬
‫قوانين نيوتن‬
‫‪ ‬نشاط ‪ :2‬التحقق التجريبي من العالقة‪:‬‬
‫‪ .1‬القوى المطبقة على الحامل الذاتي هي‪:‬‬
‫‪ ‬وزنه‪:‬‬
‫‪ ‬تأثير السطح‪:‬‬
‫‪ ‬القوة‪:‬‬
‫نعلم أن‪:‬‬
‫إذن‪:‬‬
‫وبالتالي‪:‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪6‬‬
‫‪5‬‬
‫‪4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪i‬‬
‫)‪∆t=ti-t2 (s‬‬
‫‪320 10-3 240 10-3 160 10-3‬‬
‫‪80 10-3‬‬
‫)‪1.94 10-1 1.44 10-1 9.38 10-2 4.38 10-2 ∆VG=VGi-VG2 (m/s‬‬
‫‪ .3‬قيمة المعامل الموجه للمنحنى هي‪K=6.62 10-1m/s2 :‬‬
‫لدينا‪:‬‬
‫وبالتالي‪:‬‬
‫إذن‪:‬‬
‫(ألن‬
‫و‬
‫لهما نفس المنحى واالتجاه)‬
‫قوانين نيوتن‬
‫‪.4‬‬
‫‪6‬‬
‫‪5‬‬
‫‪4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪i‬‬
‫)‪∆t=ti-t2 (s‬‬
‫‪320 10-3 240 10-3 160 10-3‬‬
‫‪80 10-3‬‬
‫)‪1.63 10-1 1.25 10-1 9.38 10-2 5.00 10-2 ∆VG=VGi-VG2 (m/s‬‬
‫قيمة المعامل الموجه للمنحنى هي‪K’=5.60 10-1m/s2 :‬‬
‫لدينا‪:‬‬
‫وبالتالي‪:‬‬
‫إذن‪:‬‬
‫لهما نفس المنحى واالتجاه)‬
‫(ألن و‬
‫‪ .5‬انطالقا من التسجيلين (أ) و(ب) نالحظ أنه كلما كانت الكتلة أكبر كان المفعول التحريكي أقل‪K’<K .‬‬
‫‪ .3‬القانون الثاني لنيوتن – القانون األساسي للتحريك‬
‫نص القانون‪ :‬في معلم غاليلي‪ ,‬مجموع القوى الخارجية المطبقة على جسم صلب يساوي في كل لحظة جداء‬
‫كتلة الجسم ومتجهة التسارع لمركز قصوره ‪.G‬‬
‫أي‪:‬‬
‫ملحوظات‪:‬‬
‫‪ ‬ال يطبق القانون الثاني لنيوتن إال في المعالم الغاليلية‪.‬‬
‫‪ ‬انطالقا من القانون الثاني نالحظ أن الكتلة تقاوم تغير السرعة‪ ,‬وبالتالي فهي تميز قصور الجسم الصلب‪,‬‬
‫أي الصعوبة في تغيير حركته‪.‬‬
‫قوانين نيوتن‬
‫تمرين تطبيقي‪ :‬تنجز مدورة ألعاب حركة دوران منتظم حول محور ثابت‪.‬‬
‫نعتبر {الطفل؛مقعد} المجموعة المدروسة‪ ,‬ونجسمها بمركز‬
‫قصورها ‪ ,G‬حيث كتلتها ‪.M‬‬
‫‪ .1‬أجرد ومثل القوى المطبقة على المجموعة‪.‬‬
‫‪ .2‬نعتبر ’‪ R‬مرتبط بالمدورة و‪ R‬مرجع أرضي‪.‬‬
‫‪ .a‬حدد الحالة الميكانيكية للمجموعة في ‪ R‬و’‪ .R‬ثم‬
‫استنتج تسارعها‪.‬‬
‫‪ .b‬طبق القانون الثاني لنيوتن في ‪ R‬و’‪ .R‬ماذا تستنتج؟‬
‫‪ .1‬القوى المطبقة على المجموعة هي‪:‬‬
‫‪ ‬وزن المجموعة‪:‬‬
‫‪ ‬توتر الحبل‪:‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪ .a‬في ‪( R‬معلم غاليلي)المجموعة في حالة حركة دورانية‪ ,‬إذن تسارعها غير منعدم‪.‬‬
‫في ’‪( R‬ليس معلم غاليلي) المجموعة في حالة سكون‪ ,‬إذن تسارعها منعدم‪.‬‬
‫فإنه حسب القانون لثاني لنيوتن يجب أن يكون التسارع غير منعدم‪.‬‬
‫‪ .b‬بما أن‪:‬‬
‫وبالتالي نستنتج أن القانون الثاني ال يتحقق إال في المعالم الغاليلية‪.‬‬
‫قوانين نيوتن‬
‫‪ .4‬القانون الثالث لنيوتن – مبدأ التأثيرات المتبادلة‬
‫التي يطبقها الجسم ‪ A‬على الجسم‬
‫نص القانون‪ :‬عندما يتم تأثير متبادل بين جسمين ‪ A‬و‪ ,B‬فإن القوة‬
‫التي يطبقها الجسم ‪ B‬على الجسم ‪ A‬تحققان دائما العالقة‪:‬‬
‫‪ ,B‬والقوة‬
‫سواء كان الجسمان في حركة أو سكون‪.‬‬
‫ملحوظات‪:‬‬
‫‪ ‬يطبق هذا القانون بالنسبة لقوى التماس وكذلك القوى عن بعد‪.‬‬
‫‪ ‬يُمكن هذا المبدأ من شرح اندفاع الصاروخ عند نفثه لغازات االحتراق من محركه‪.‬‬
‫‪ .III‬الحركة المستقيمية المتغيرة بانتظام‬
‫‪ .1‬تعريف‬
‫تكون لمركز قصور جسم صلب ‪ G‬حركة مستقيمية متغيرة بانتظام إذا كان مسار ‪ G‬مستقيميا و‬
‫خالل الحركة‪.‬‬
‫ثابتة‬
‫‪ .2‬المعادالت الزمنية للحركة‬
‫نعتبر الشروط البدئية التالية‪ x(t=0)=x0 :‬و ‪v(t=0)=v0‬‬
‫و‬
‫الحركة مستقيمية‪ ,‬أي يمكن أن نكتب‪:‬‬
‫لدينا‪:‬‬
‫)‪v-v0=a(t-0‬‬
‫‪v=a.t+v0‬‬
‫قوانين نيوتن‬
‫ولدينا‪:‬‬