حل وحدة الحركة المتسارعة فيزياء عاشر عام
الحركة المتسارعة
الدرس الأول : التسارع
مخططات الحركة والرسوم البيانية : ارسم مخططاً للحركة ورسماً بيانياً للأزاحة والزمن لشخص يتحرك بسرعة متجهة ثابتة، واطلب من الطلاب تفسيرهما. اسأل الطلاب عن الشيء الذي تمثله مادياً كمية ميل الخط في الرسم البياني t-x .السرعة المتجهة (معدل تغير الموقع ) وضح للطلاب أنهم سيستخدمون أسلوب تحليل المنحدر لوصف الحركة التي لها معدل ثابت لتغير السرعة المتجهة.
مخططات الحركة غير المنتظمة
وصف تغيرات السرعة المتجهة : العبارات مثل زيادة السرعة وتقليل السرعة تصف الحركة مع وجود تغيرات معينة في متجه السرعة المتجهة. إذا زادت سرعة جسم ما، فإن متجهات السرعة المتجهة المتعاقبة في مخطط الحركة الخاص بهذا الجسم تزداد طوال. أما إذا قلت سرعة جسم ما فإن متجهات السرعة المتجهة المتعاقبة بقل طولها
التسارع الإيجابي والسلبي : يربط الطلاب غالباً بين التسارع الإيجابي وزيادة السرعة وبين التسارع السلبي وتناقص السرعة فحسب. اسأل الطلاب عن تأثير التسارع الإيجابي على جسم ما يتحرك في الاتجاه الموجب. ستزيد سرعة الجسم. ثم اسألهم عن تأثير التسارع السلبي على جسم ما يتحرك في الاتجاه السالب. ستزيد سرعة الجسم.
الرسوم البيانية للسرعة المتجهة - الزمن
التسارع أثناء السير : اطلب من الطلاب وصف التسارع الذي قد يشعرون به أثناء سيرهم في الردهة بين الفصول. يزيد التسارع كلما زادت سرعتهم أو اخنفضت أو غريوا اجتاههم اطلب منهم وصف الوقت الذي "لا" يحدث لهم تسارع فيه. كلما ساروا في خط مستقيم بسرعة ثابتة أو وقفوا في مكانهم
الحركة والمتجهات : ارسم متجهي سرعة متجهة متعاقبين لهما طول متزايد وفي اتجاه السبورة نفسه، مع تمييزهما باسم v1 وv2 على التوالي. اشرح أن المتجهين سلبيان. اطلب من الطالب توضيح سبب استخدامهم لمتجهات السرعة المتجهة للعثور على اتجاه متجه التسارع.
المدى والتسارع اللحظي
استخدم التجربة المصغرة
في سباق الكرة الفوالذية، يستطيع الطلاب مقارنة حركة كرتين تتحركان لأسفل على منحدر (سطح مائل )من ارتفاعات مختلفة.
استخدام تجربة الفيزياء
في التسارع، يستطيع الطلاب استخدام بوابة ضوئية وموقت لقياس حركة كرة متحركة ثم حساب تسارع الكرة.
استخدام تجربة الفيزياء
في حركة رمي الكرة، يستطيع الطلاب استخدام كاشف حركة لجمع البيانات عن كرة يتم إلقاؤها لأعلى في خط مستقيم ثم تحليل الرسوم البيانية التي تحتوي على البيانات.
الدرس الثاني :الحركة بتسارع ثابت
حركة سطح مائل : أنشئ سطحين مائلين على هيئة أنبوب على شكل حرف U بزوايا مختلفة بشكل واضح. اطلب من الطلاب الملاحظة بينما تحرر كرة فولاذية من وضع السكون على كل سطح مائل. اطلب من الطلاب تحديد الدليل الذي يثبت أن الكرتين كان لهما تسارع مختلف. استغرق الأمر أوقات مختلفة كي تتحرك الكرتان المسافة نفسها من وضع السكون.
الموقع مع تسارع ثابت
المتوسط والسرعة المتجهة النهائية
الوقت المقدّ ر 15 دقيقة
المواد مركبة ذات سرعة متجهة ثابتة، سطح مائل بمعدل cm-100 على هيئة أنبوب على شكل حرف U ،كرة الإجراء قم بإمالة الأنبوب الذي يأخذ شكل حرف U حتى تتحرك الكرة والمركبة بمعدل cm 100 في الوقت نفسه.وضح أن كلاً من المركبة والكرة سيتحرك بمعدل cm 100 في الوقت نفسه. حرر الكرة من وضع السكون أعلى السطح المائل بمجرد أن تبدأ المركبة رحلتها لمسافة cm 100 .اطلب من الطلاب ملاحظة أن كلاً من المركبة والكرة سيصل إلى نهاية المنحدر في الوقت نفسه. تأكد من وجود طالب يوقف الكرة قبل أن تتحرك بعيداً عن المنحدر وجه الطلاب لاستيعاب أن مقدار السرعة المتوسطة لكل مركبة كان المقدار نفسه. وضح للطلاب أنهم يستطيعون الربط بين السرعة المتجهة النهائية للكرة وبين متوسط سرعتها المتجهة.
هندسة التحكم في الحركة: العديد من شركات التصنيع تستفيد من الروبوتات لصناعة منتجاتها وتغليفها تلقائياً باستخدام أنظمة سيور النقل المتطورة. يتولى مهندسو التحكم في الحركة مسؤولية تصميم أنظمة لإلدارة التلقائية بواسطة الروبوتات ودمج عمليات تشغيل مجموعة متنوعة من الأجهزة الميكانيكية والبصرية والإلكترونية. للتأكد من تصنيع المنتجات بطريقة صحيحة، يجيب مهندسو التحكم في الحركة عن أسئلة مثل مدى السرعة التي يجب أن يتحركها جسم ما على سير نقل والمسافة التي يجب أن يقطعها ومتى يجب أن يتحرك الجسم وأين يجب أن يكون في زمن معين. يعتبر تحديد التسارع والسرعة المتجهة وموقع الجسم بشكل دقيق في زمن معين خلال تشغيل النظام من الجوانب المهمة في هذا العمل.
السرعة المتجهة مع التسارع المتوسط
التسارع المتوسط والتسارع الثابت: قد يفكر الطلاب في أن بمقدورهم فقط تطبيق معادلة التسارع المتوسط لفاصل زمني معين إذا ظل التسارع خلال الفاصل الزمني ويختلف عنه التسارع المتوسط لأنه قد يتغير ّ دون تغير. ذكر الطلاب أن التسارع الذي لا يتغير يسمى تسارعاً ثابتاً عدة مرات خلال الفاصل الزمني.
الدرس الثالث : السقوط الحر
تحليل السقوط الحر ووصفه اشرح للطلاب أن جميع الطرق الرسومية البيانية لتحليل الحركة بتسارع ثابت والمعادلات المرتبطة بها التي تم وضعها في القسمين 1 و2 يمكن تطبيقها على السقوط الحر، والذي سيدرسونه في هذا القسم.
استخدام تجربة الفيزياء
في تسارع السقوط الحر، يستطيع الطلاب استخدام البيانات التي جمعوها مع موقت شرارة كهربائية لحساب تسارع السقوط الحر.
اتجاه تسارع السقوط الحر :الجسم الذي يكون في حالة سقوط حر دائماً ما يتسارع لأسفل، ولكن التسارع المستخدم في حل المسائل قد يكون إيجابياً أو سلبياً بناءاً على الاتجاه الذي يتم اختياره ليكون الموجب. قسم الطلاب إلى مجموعتين واطلب من مجموعة حساب الزمن اللازم لسقوط جسم بمعدل m 0.2 من وضع السكون، بافتراض أن الحركة لأعلى موجبة. اطلب من المجموعة الأخرى القيام بالعملية الحسابية نفسها مع افتراض أن الحركة لأسفل سالبة. اطلب من كل مجموعة أن تشرح العملية الحسابية واطلب من الفصل مقارنة الإجابتين.
القوى في بعد واحد
الدرس الأول : القوة والحركة
القوى اطلب من الطلاب وضع جسم صغير مسطح نسبياً على مكاتبهم، مثل عملة أو مشبك ورق. واطلب منهم استخدام طرق مختلفة لتحريك الجسم عبر سطح المكتب دون رفع الجسم من فوق المكتب. بعد أن يفعل الطالب هذا لمدة دقيقة واحدة، اطلب منهم وصف كيف تمكنوا من تحريك الجسم. يندرج كل ما فعلوه أسفل فئتين: الدفع والسحب. فإحدى طرق وصف القوة هي وصفها كقوة دفع أو قوة سحب.
القوة والتسارع : يخلط الكثير من الطلاب بين مفاهيم القوة والسرعة المتجهة والتسارع.ُ تعرف القوة بأنها دفع أو سحب يسبب تغيرًا في الحركة. تسبب القوة المحصلة التسارع، وهو تغير في السرعة المتجهة. عندما يتغير جسم اتجاهه أثناء الحركة أو يسرع أو يبطئ أو يتوقف فإنه يفعل ذلك بسبب تأثير قوة غير متوازنة عليه. وضح للطلاب أن التغير في السرعة المتجهة قد يكون ناتجاً عن تغير في سرعة الجسم أو اتجاهه أو كليهما. ومع ذلك، قوة تؤثر فيه، كما في حالة سفينة الفضاء التي تنتقل في ً وضح أيضا أنه قد يكون للجسم سرعة متجهة دون وجود خط مستقيم عبر الفضاء السحيق. اسألهم هل لها سرعة متجهة. نعم هل هناك أي قوة لا تزال تؤثر فيها؟ لا هل من المحتمل في هذه الحالة أن تقوم السفينة الفضائية بالتسارع؟ لا ما ام توجد قوة تؤثر فيها وضح أنه طالما وجدت قوة غير متزنة تؤثر في جسم ما، فيستمر هذا الجسم في التسارع. ومع ذلك، عندما تتوقف القوة عن التأثير في جسم ما، يستمر هذا الجسم في التحرك بسرعة متجهة ثابتة كما في حالة سفينة الفضاء.