حل درس الحركة الدورانية فيزياء صف تاسع متقدم

حل درس الحركة الدورانية فيزياء تاسع متقدم : نقدم اليكم في هذا الملف حلا شاملا ودقيقا للدرس بكل ما تضمن من أسئلة وتدريبات ، من منهج الفيزياء الصف التاسع المتقدم

نظرة عامة على الوحدة 

على غرار السرعة الخطية، تخضع الحركة الدورانية لقوانين نيوتن. ولكن يوجد انحراف إضافي؛ تتعرض أجزاء الجسم المختلفة الدوارة لسرعات متجهة وتسارعات مختلفة. يلزم معرفة مفاهيم جديدة مثل العزم وعزم القصور الذاتي وعدة رموز جديدة لوصف هذا النوع الشائع من الحركة، يلزم وجود العزم لتحديد هل الجسم في حالة اتزان دوراني أم لا 

قبل أن يدرس الطلاب المادة العلمية الواردة في هذه الوحدة، ينبغي عليهم دراسة 

• الحركة المتسارعة في بعد واحد
• جمع متجهات في بعدين
• قوانين نيوتن للحركة
• قوانين نيوتن للجذب العام
• الحركة المنتظمة في بعد واحد

لحل المسائل الواردة في هذه الوحدة، سيحتاج الطلاب إلى التعرف على ما يلي : 

• بيانات الرسم البياني
• الترميز العلمي
• الميل
• حل المعادلات من الدرجة الأولى

عرض الفكرة الرئيسة 

الحركة الخطية والدائرية توقع ماذا سيحدث ليويو سقط أثناء الإمساك بنهاية الخيط، سیدور اليويو أثناء سقوطه، هل سيتسارع بسرعة m/ s298؟ لا، أسقط اليويو للتأكد، نتج عن قوة الشد الصاعدة في الخيط وجود عزم مما تسبب في تغيير السرعة الزاوية المتجهة.

استعن بالجدول 2 

توزيع الكتلة اطلب من الطلاب مقارنة عزم القصور الذاتي لجسم كروي وأسطوانة وحلقة بنفس الكتلة ونصف القطر، ذکر الطلاب أنه كلما كانت الكتلة بعيدة عن المحور، كان عزم القصور الذاتي أكبر، اسأل الطلاب عن الجسم الذي يوجد جزء كبير من كتلته بعيدا عن المحور، نوجد كتلة الجلفة جميعها على الحافة الأسطوانة في الوسط، معظم كتلة الجسم الكروي بالقرب من المحور.

تطوير المفاهيم 

تكامل الكتلة يتطلب حساب عزم القصور الذاتي استخدام حساب التكامل، من الناحية النظرية، يقسم الجسم إلى أجزاء صغيرة من الكتلة، تضرب الكتلة الصغيرة في مربع المسافة من المحور، جمع حواصل الضرب هذه على جميع أجزاء الكتل الصغيرة

التعزيز 

توضيح إذا كان الجسمين نفس الكتلة ولكنهما مختلفان في الشكل، فإن الجسم الذي وزعت كتلته بعيدا عن محور الدوران سيكون له عزم قصور ذاتي أكبر. اعرض للطلاب مجموعات ثنائية من الأجسام التي لها نفس الكتلة ولكنها مختلفة في الشكل، مثل الحلقة والفرص، اطلب منهم تحديد الجسم الذي ينبغي أن يكون عزم فصوره الذاني أكبر، ينبغي أن يكون الطلاب قادرين على توضيح أن الشكل الخلفي له عزم قصور ذاتي أكبر. 

3 التقويم

تقويم الفكرة الرئيسة 

الاحتكاك بوصفه قوة عزم أدر عجلة الدراجة أو جسما أخر يشبه القرص بحيث يتحرك بسرعة إلى حد ما، اطلب من الطلاب أن یکتبوا قائمة بالطرق المختلفة لإيقاف العجلة أو الفرص باستخدام ممحاة سبورة طباشيرية أو سبورة بيضاء، اختبر عددا قليلا من الطرق. ما الطريقة التي تعمل على نحو أفضل؟ قد يجيب الطلاب أن أفضل طريقة في تطبيق قوة على حافة العجلة ذات أكبر قدر ممكن من القوة، اشرح كيف تقل السرعة المتجهة الزاوية بشكل أسرع عند تطبيق أقصى عزم، تتطلب زيادة العزم إلى أقصى قدر تطبيق قوة بعيدة عن مركز العجلة قدر الإمكان 

التأكد من الفهم 

التوضيح قدم دراجة أو ركب عجلة أو ارسم ترس دراجة بدواسة على السبورة. اسأل الطلاب ما موقع الدواسة الذي سيختارونه لتشغيل الدراجة من نقطة السكون واطلب منهم أن يستخدموا العزم وقانون نيوتن الثاني للحركة الدورانية في إجابتهم. عندما تكون الدواسة أفقية يصبح العزم الخاص بقوة محددة أكبر ما يكون. إذا شغل أحد دواسة الدراجة بزاوية تبدأ من 30 إلى 45 فوق المستوى الأفقي، فإن العزم يصل إلى 87 بالمائة فقط أو 71 بالمائة من أقصى قدر له، ولكن الدواسة يمكن أن تبعد قبل أن يهبط العزم إلى الصفر في الجزء السفلي 

إعادة التدريس 

عزم القصور الذاتي راجع عزم القصور الذاتي وحقيقة أنه يمكن التعبير عنه کنسبة العزم إلى التسارع الزاوي. 

أحضر مجموعة متنوعة من الأجسام ذات كتلة متساوية وعزم قصور ذاتي مختلف، بداية من أنابيب مبطنة بحديد تسليح إلى قطع معدنية مستخدمة في أقلام رصاص أو حلقات وأسطوانات صلبة. اطلب من الطلاب أن يستنبطوا طرقا لمقارنة قوى عزم القصور الذاتي

1 مقدمة

نشاط تحفيزي

نقطة التوازن استخدم قضيبا واحدا صلبا أو عصا أو خيطا معينا وثلاثة أثقال وأظهر حركة بسيطة. ينبغي أن يكون هناك ثقلان متساويان تقريبا وأن يكون الثقل الثالث نصف وزنهما تقريبا اربط مجموعات مختلفة مكونة من ثقلین من الأثقال الثلاث في العصا. وفي كل حالة، حاول أن تحتفظ بالحركة عن طريق ربط قطعة أخرى من الخيط في نقطة التوازن التي يقترحها الطلاب. استمر في تجربة اقتراحاتهم حتى تتوازن الحركة، دع الطلاب يتصورون المكان الذي ينبغي أن تكون فيه نقطة التوازن في ضوء المجموعات المختلفة 

الربط بالمعرفة السابقة 

الاتزان سيجمع الطلاب بين مفهومي محصلة القوة وصافي العزم لتحليل حالات الاتزان، وبعد ذلك سيوسعون معرفتهم بالسرعة المتجهة الزاوية والسرعة المتجهة الخطية في الحالات التي تحدث فيها الحركة داخل إطار مرجعي دوار

2 التدريس

مركز الكتلة

تطوير المفاهيم أهمية مركز الكتلة يمتلك جسم ما أو مجموعة أجسام مركز كتلة، وهو النقطة التي يمكن اعتبار الكتلة الكلية عندها فاعلة، على سبيل المثال، اطلب من الطلاب أن يحددوا موقع مركز كتلة جسم بزن kg 10 وجسم يزن kg-20 ويبعدان m 3 عن بعضهما البعض، في هذه الحالة يقع مركز الكتلة على خط بين الجسمين عند نقطة تبعد 1m عن جسم يزن kg 20 وعند نقطة تبعد 2m عن جسم بزن kg

التعزيز 

الفكرة الرئيسة صف هذا المشهد السينمائي وارسمه على السبورة، في أحد الأفلام المشهورة، تحاول عالمتان إغلاق باب يوجد ديناصور رابتور على جانب الآخر

وتضغط إحداهما على الباب بالقرب من المقبض بينما تدفع الأخرى بالقرب من المفصلات، تزعم العالمة التي تدفع بالقرب من المفصلات أنها لا تتمكن من ترك الباب لتحمل سلاخا لأن العالمة الأخرى لا تستطيع إغلاق الباب بمفردها، لماذا ينبغي على العالمة التي تدفع بالقرب من المفصلات أن توقف الدفع وتحمل السلاح؟ ربما يجيب الطلاب أن العالمة التي تدفع بالقرب من المفصلات تبذل عزما قليلا في هذه الحالة وينبغي أن تدفع بالقرب من مقبض الباب أو حمل السلاح

خلفية عن المحتوى 

مركز الكتلة ومركز الثقل بالنسبة إلى جسم صلب. يستطيع الفرد أن يستبدل كتلة الجسم بأكملها بكتلة نقطية مساوية لكتلة الجسم التي تقع في مركز الجسم الصلب. سيدور الجسم حول مركز كتلته تقريبا. يعد مركز الكتلة أيضا نقطة توازن الجسم، أي أن الجسم بمكن تعليقه من مركز كتلته ولن يدور. ولن يخرج عن حالة التوازن، وبالمثل، يجب أن تمر كل حبال تعليق الكتلة من خلال مركز الكتلة لأنه لا يمكن أن يوجد صافي العزم على الجسم عندما يكون معلقا في حالة اتزان. هذا هو أساس الطريقة المستخدمة لإيجاد مركز الكتلة عن طريق تقاطع حبال التعليق، يستخدم مصطلحا مركز الكتلة ومركز الثقل بالتبادل 

استخدام التجربة المصغرة 

في ألعاب الخذروف، يستطيع الطلاب أن يطوروا مفهوم مركز الكتلة ويطبقوا قانون نيوتن الأول حيث يرتبط بتدوير الأجسام القصور الذاتي الدوار. 

استخدام التجربة الفيزيائية 

في نشاط الاتزان، يستطيع الطلاب أن يجمعوا بيانات عن القوى التي تؤثر في السقالات وينظمونها.