Suad AL-jafri. : Ministry of Education. Natural Sciences

Transcript

1 دليل اإلجابة التجارب كراس العملية للصف الثانوي Suad AL-jafri : Ministry of Education Natural Sciences

2 العزوم ( Torques ) عندما تؤثر قوى على جسم فإنها ال تولد حركة في خط مستقيم فقط بل يمكن ان تولد دورانا للجسم حول محوره ايضا. و تعرف فاعلية القوة على تدوير الجسم الحر بالعزم و تعطى عالقة العزم من المعادلة التالية : = F L العزم : العزم يساوي حاصل ضرب القوة في طول ذراعها ويقاس العزم بوحدة ( N.m ) وفي هذه التجربة تؤثر القوة بزاوية 09 بالنسبة الى r لذا فإن sin=sin90=1 ومن المعادلة السابقة نجد انه كلما ابتعدت نقطة تأثير القوة عن محمور الدوران كان لها عزم اكبر توازن قوتا الميزانين النابضين في هذه التجربة القوة المؤثرة في اتجاه االسفل و الناتجه عن تعليق الثقل كما هو واضح بالشكل الثاني ( ) تؤثر القوة عند النقطة A خالل مسافة AB و تولد عزما ذا قيمة سالبة ألنها تعمل على تدوير المسطرة في اتجاه عقارب الساعة حول النقطة ( B محور الدوران ). A B C كما تؤثر القوة عند النقطة C خال المسافة BC و تولد عزم ذا قيمة موجبة ألن هذه القوة تعمل على تدوير الجسم ضد عقارب الساعة حول محور الدوران. و قد يؤدي مجموع العزمين الى دوران المسطرة حول محور الدوران في احد االتجاهين. شكل فإذا كان مجموع العزوم حول المحور في اتجاه حركة عقارب الساعة و مجموع العزوم حول المحور نفسه في عكس اتجاه عقارب الساعة يساوي صفر فلن تدور المسطرة. و عندما تكون القوتان المتوازيتان في حالة اتزان مع القوة الثالثة كما في هذه التجربة فإن مجموع العزوم يساوي صفر و يكون النظام في حالة اتزان دوراني مسطرة مترية ميزان نابض ثقل 055g شريط ال صق ماسك مسطرة مترية االهداف : يتوقع بعد تنفيذ التجربة ان تكون قادرا على ان : تقيس القوى التي تولد عزم. تحسب العزم في اتجاه حركة عقارب الساعة و في عكس اتجاه حركة عقارب الساعة لجسم يدور. تبين العالقة بين العزم و ذراع القوة. الخطوات 1: جهز االدوات كما في الشكل دون تعليق الكتلة و تأكد ان مؤشر الميزانين حر الحركة : ضع الخطاف عند نقطة التدريج ( 5cm ) على المسطرة عند نقطة A في المحاولة االولى و ضع الخطاف االخر عند التدريج ( 95cm ) عند النقطة. C 1: ال حظ قراءة مؤشر كل ميزان و سجلها في الجدول 3 على انها قراءة اولية. 4: علق الكتلة ( 500g ) 4.9N ( ( بالخطاف عند النقطة B في مركز المسطرة و ال حظ قراءتي تدريجي الميزانين و سجل القراءة الجديدة لكل منهما في الجدول 3 على انها قراءة نهائية 5: القيمة الحقيقية لقراءة كل ميزان = القراءة النهائية القراءة االولية كما ان القيمة الحقيقية هي القوة الناتجة عند تعليق الكتلة عند النقطة B احسبيها و سجلها في الجدول 3 6: قس المسافتين AB و BC ثم سجلها في الجدول 7: عزم القوة في اتجاه حركة عقارب الساعة = القيمة الحقيقية لقراءة الميزان A المسافة AB 8: عزم القوة التي تؤثر في اتجاه عكس حركة عقارب الساعة = القيمة الحقيقية لقراءة الميزان C المسافة BC احسبي كال العزمين و سجل القيمتين في الجدول []

3 : كرر الخطوات من الى 7 للمحاواتين و 1 و سجل النتائج في الجدولين و ذلك بتحريك الخطاف عند النقطة A الى موضعين مختلفين على المسطرة المترية. الميزان A القراءة النهائية ) N ( البيانات و المشاهدات : القراءة األولية ) N ( الجدول 3 القراءة الحقيقة ) N ( القراءة األولية ) N ( ز ن C القراءة النهائية ) N ( القراءة الحقيقة ) N ( المحاولة 1 3 عزم القوة في عكس اتجاه حركة عقارب الساعة N.m الجدول عزم القوة في اتجاه حركة عقارب الساعة N.m المسافة BC m المسافة AB m ح 1 3 التحليل و االستنتاج : 3: ما الشروط التي تحققت في كل محاولة كان النظام فيها مزنا عندما كان النظام متزن فإن ذلك يعني ان النظام ال يدور حول محور الدوران ألن محصلة العزوم في اتجاه حركة عقارب الساعة و عكس عقارب الساعة تساوي صفر. : ما العالقة بين مقادير القوى المؤثرة ( القراءات الحقيقية ) و طول ذراع القوة الذي اثرت فيه كل قوة كلما زاد طول ذراع القوة قل تأثير القوة. 1: قارن بين القيم المطلقة لعزم القوى في اتجاه حركة عقارب الساعة و عزم القوة في عكس اتجاه حركتها لكل محاولة و ذلك بإيجاد الفرق النسبي بين القيمتين. العزم في عكس اتجاه حركة عقارب الساعة العزم في اتجاه حركة عقارب الساعة 300 العزم في عكس اتجاه حركة عقارب الساعة المحاولة :1 0% المحاولة : 1% المحاولة : 3 % 4: ما العالقة بين عزم القوة في عكس اتجاه حركة عقارب الساعة وعزم القوة في اتجاه حركة عقارب الساعة عندما يكون النظام في حالة اتزان في حالة اتزان النظام فإن عزم القوة في عكس اتجاه حركة عقارب الساعة يساوي و يعاكس العزم في اتجاه حركة عقارب الساعة. 5: لماذا يجب ان تبقى المسطرة مستوية في جميع حاالت تعليق الكتلة و كيف تتغير الحسابات إذا اصبحت المسطرة المترية مائلة ألن ذراع القوة ( L ) يساوي المسافة العمودية ( r ) عندما تؤثر القوة بزاوية مقدارها 09 و عندما تصبح المسطرة مائلة فإن تأثير القوة يصبح اقل و في هذه الحالة نطبق العالقة التالية : [3]

4 F1 F التوسع و التطبيق : : تحليل المسألة ورسمها :.0m طول الجسر = 5.0m.5m المعلوم كتلة الجسر kg = mb كتلة الرجل 55.0 kg = mp طول الجسر = 5.0m الرجل يقف على بعد = m.0 من F1 المجهول : F1=? N F=? N : ايجاد الكمية المجهولة : نعوض مستخدمين g = 9.8 m/s و = 0 F = 0 Fb = ) 9.8m/s ) ) kg) = 980 N وزن الجسر F 9.8m/s p = ) ) ) 55.0kg) = 539 N وزن االشخص الجسر في وضع اتزان ألنه ال يدور لذلك فإن محصلة القوى تساوي الصفر اي ان : F = 0 F = F1 + F ( Fb + FP ) F 1 + F = (980N ) + ( 539N ) = 1519 N 1 الجسر في وضع اتزان لذلك فإن محصلة عزم القوى في اتجاه حركة عقارب الساعة = محصلة العزم في عكس عقار بالساعة = 0 F1( 5.0m) = ) 980N) ).5m) + (539N) ( m) F1 = 1519 N.m/ 5m = N من المعادلة 3 نجد ان : F = 1519 N = N وهي اقرب الى الشخص الواقف ف ع ك ت ع ى فع أل ء ( lift ) How can pulleys help you البكرات من اآلالت البسيطة التي يمكن استعمالها [4]

5 ج ه غ ف ح ك ح ل الز ل ي ح ك ه ح ل ع ز البكرات كاآلالت البسيطة األخرى ال تغير مقدار الشغل المبذول لذا كلما قلت المسافة التي يتحركها الحمل بالنسبة للمسافة التي تؤثر خاللها االقوة قلت القوة المسلطة الالزمة. ح. بكرتان منفردتان بكرتان مزدوجتان مجموعة كتل قابلة للتعليق ميزان نابضي داعم بكرة االهداف : ان تكون قادرا على ان : حبل طوله m يتوقع بعد تنفيذ التجربة ث ت ظ مسطرة غل ت. ن خ ف ظ ف ء ح. ظ في ف ء ث في ف ئ ظ ف ؤث ج الخطوات : 3: ركب النظام البكرة المفردة و الثابتة كما في الشكل A : استخدام الميزان النابضي في قياس الكتلة و سجل قيمتها في الجدول 3 ثم احسب وزنها بوحدة النيوتن. 1: ارفع الكتلة بحذر ثم قس المسافة dr التي ترتفعها الكتلة بوحدة نيوتن و سجل القيمة في الجدول 3 ثم احسب الشغل الناتج W0 لنظام البكرة. 4: ارفع الكتلة بواسطة الميزان النابضيالى االرتفاع نفسه في الخطوة 1 واطلب الى زميالك قراءة التدريج و هو يمثل القوة او الجهد التي يتطلبها رفع الكتلة ( القوة المسلطة ( effort ) Fe) ) بوحدة N وسجلي النتيجة في الجدول 3 يجب ان يكون السحب ببطئ حدث ال يحدث تسارعا للكتلة 5: قس المسافة التي اثرت خاللها القوة في رفع الكتلة ( distance ) effort على انها ( de ) بوحدة N التي اثرت خاللها القوة ( Fe ) ثم احسب لبشغل Wi الذي يتطلبه رفع الكتلة و سجل القيمة في الجدول. 6: اعد الخطوات من 5- باستخدام كتل مختلفة 7: اعد الخطوات من 6- لكل ترتيب من تريبات البكرات الموضحة. 8: احسب عدد اجزاء الخيط التي ترفع الثقل او الحمل ( load ) لكل نظام بكرة و سجل القيم في الجدول. البيانات و المشاهدات : [5]

6 الجدول 3 ) d e المسافة التي تؤثر خاللها القوة ( m ) ( القوة التي يقسها النابض ( )N) ) F e ( r ) d االرتفاع الذي رفعت اليه الكتلة ( m( وزن الكتلة ( r ) F )N) ترتيب البكرة الكتلة المرفوعة ) k g ( الجدول الكفاءة ترتيب البكرة الشغل الناتج ) W O= F rd r ( ) j ( الشغل المبذول ) W i=f ed e ) ) j ( الفائدة الميكانيكية المثالية IMA=( d e/ d r ) 1 4 عدد الخيوط التي ترفع الثقل التحليل و االستنتاج : 3: احسب كفاءة كل نظام ثم اكتب النتائج في الجدول. و علل لماذا ال تصل الكفاءة الى % 100 قوة االحتكاك دائما تؤثر على الكفاءة اآللة : احسب الفائدة الميكانيكية المثالية IMA لكل نظام بكرة و ذلك بقسمة de على dr ثم اكتب النتائج في الجدول. ماذا يحدث لقوة الجهد Fe عندما تزداد الفائدة الميكانيكية من خالل التجربة نالحظ انه كلما زادت الفائدة الميكانيكية لآللة كلما قل الجهد المبذول لرفع الجسم.. 1: كيف تؤثر زيادة الحمل في الفائدة الميكانيكية المثالية و كفاءة نظام البكرة الفائدة الميكانيكية و الكفاءة ينبغي اال تتأثر و لكن زيادة الحمل يؤدي الى زيادة االحتكاك المار خالل سالسل الى البكرات.. 4: كيف تؤثر زيادة عدد البكرات في الفائدة الميكانيكية المثالية و كفاءة نظام البكرات ال تؤثر زيادة عدد البكرات على الفائدة الميكانيكية المثالية لكن تؤدي الى زيادة االحتكاك و بالتالي تقل كفاءة اآللة. 5: يمكن تحديد الفائدة الميكانيكية المثالية ايضا من خالل عدد الخيوط التي ترفع الثقل او الحمل. كيف يمكن مقارنة الفائدة الميكانيكية المثالية IMA التي تم حسابها في المسألة بعدد اجزاء الخيوط التي حسبتها لكل نظام بكرة الفائدة الميكانيكية المثالية = عدد الخيوط في نظام البكرات 6: وضح لماذا يعد التعبير التالي غير صحيح " تعمل اآللة على تقليل مقدار الشغل الذي يجب ان تبذله " ما الذي تعمله اآللة في الواقع كمية الشغل المبذول ال تقل و انما القوة المسلطة المبذولة تقل التوسيع و التطبيق : لمعرفة نظام البكرات المناسب لرفع القارب من المقطوره البد من حساب الفائدة الميكانيكية المثالية ( السؤال ( 6 =30/5 ) لذلك النظام يحتاج الى 6 بكرات ) de/dr من هل الطاقة محفوظة (? conserved ) Is energy عندما نرفع جسما رأسيا الى اعلى فإنك نبذل شغال بواسطة القوة التي نبذلها لرفعه. و اذا رفعت الجسم ببطء و بسرعة ثابتة فإن القوة التي بذلتها ستكون في حالة اتزان مع و زن الجسم و ألن الجسم ال يتسارع فإنه ال يوجد تغير في طاقته الحركية. و في ضوء نظرية الشغل [6]

7 الطاقة فإن )0= Wg ) Wyou + ان الشغل الذي تبذله القوة التي اثرت بها غير محفوظ ( Wyou ) Wnc= في حين شغل الجاذبية االرضية محفوظ على ششكل طاقة و ضع ( =mgh ) PE= -Wg اذ تتحدد hبقياس االرتفاع بين موقع الجسم و مستوى االسناد حيث يمكن استخدام طاقة و ضع الجاذبية ال حقا لمسارعة الجسم. لذلك عند تطبيق نظرية الشغل طاقة في مثل هذه الحالة نتوصل الى المعادلة التالية ) الشغل غير المحفوظ غ مW ( Wnc= PE اذا رفعت الجسم السابق نفسه بسحبه على سطح مائل املس الى االرتفاع الراسي نفسه فإن مقدار القوة التي تبذلها يكون اقل ألن هذه القوة تكون في حالة اتزان مع مركبة وزن الجسم الموازية للسطح المائل. و هذه القوة االقل اثرت خالل مسافة اطول عند رفع الجسم للوصول الى االرتفاع الراسي نفسه لذا فإنك ستبذل المقدار نفسه من الشغل على الجسم و سيكون للجسم الزيادة نفسها في طاقة وضع الجاذبية. اذا فالحاجة الى القوة الصغيرة هي السبب في استخدام السطوح المائلة عند رفع االجسام الى مستويات اعلى. اما عند سحب جسم على سطح خشن فإن عليك ان تسحبه عكس قوة االحتكاك و يكون الشغل الذي تبذله قوة االحتكاك غير محفوظ ايضا. و يكون مقدار القوة التي تسحب بها الجسم اعلى السطح الخشن اكبر من تلك التي تسحب بها الجسم نفسه على سطح املس ألن قوة االحتكاك تؤثر في اتجاه معاكس للحركة و اذا سحبت الجسم الى اعلى سطح خشن بسرعة ثابتة فإن مجموع مركبة وزن الجسم الموازية للسطح و مقدار قوة االحتكاك يساوي مقدار قوة السحب سحبF = F g موازية + fk عندما تسحب الجسم الى اسفل السطح المائل الخشن فإن مقدار القوة التي تبذلها لسحب الجسم تعطى من المعادلة : انزالقF = F g موازية - fk و يكون مقدار الشغل المبذول عليه في هذه الحالة يساوي الشغل المبذول في حالة إهمال قوة االحتكاك و مساويا للزيادة في طاقة وضع الجاذبية له. و عندما ينزلق جسم إلى أسفل السطح المائل الخشن فإن قوة االحتكاك المؤثرة هي نفسها و لكن في اتجاه أعلى السطح : F انزلق = Fg موازية -fk. االهداف : يتوقع منك بعد تنفيذ هذه التجربة ان تكون قادرا على ان : س ى ؤث ه في ج ض ع ع ى ح ئل. ح غل غ حف ظ ي ح ح ك. ق ظ غل ق ن ئج ج ن حفظ ق ق ن حفظ ق قطعة قماش ميزان نابض لقياس القوة سطح مائل ميزان لقياس الكتلة قطعة خشبية ملساء نابض منقله الخطوات : : 3 قس كتلة قطعة الخشب باستتخدام ميزان الكتلة و سجل النتائج في الجدول. 3 : نظف السطح المائل و سطوخ القطعة الخشبية مستخدما السليكون. 1: تضبط ميل السطح بحيث ينزلق الجسم عليه اسف دون تأثير فيه بقوة دفع ثم قس زتوية ميل السطح ᶿ و سجله في الجدول 3 4: اطلب الى احد زمالئك تثبيت الميزان النابض بالجسم و سحب الجسم الى اعلى ببطء و سرعة ثابتة كما في الشكل A في اثناء تحريك الجسم بسرعة ثابتة اطلب الى زميل اخر في المجموعة قراءة تدريج الميزان النابضي و تسجيل هذه الققيمة باعتبارها مقدار قوة السحب ( force ( Pulling في المحاولة 3 في الجدول 3 5: كرر الخطوه 4 مستعيتا بالشكل B و اسمح للجسم باالنزالق الى اسفل السطح المائل من أعلى نقطة بسرعة ثابتة ثم سجل قراءة الميزان النابض على انها قوة سحب الى االسفل ( force ) lowering 6: كرر الخطوتين 1 و 4 بزاوتين مختلفتين اكبر من السابق و سجل البيانات في المحاولتين 1 في الجدول 3 البيانات و المشاهدات : [7]

8 كتلة الجسم ( Kg ) = 0.56 الجدول 3 ) انزالق F ) F ) درجة المحاولة 3 زاوية الميل ( 45 قوة السحب الى اعلى )سحب ) N (.5 قوة االنزالق ) ) N ( الجدول المحاولة 3 1 قوة االحتكاك محصلة قوتي السحب الى اعلى و االحتكاك الشغل غير المحفوظ Wnc=Fnc d طاقة و ضع الجاذبية mgdsin Fnc= Fpull- Ff ) N ) التحليل و االستنتاج : 3: حل نظام المعادالت الذي يربط قوتي السحب إلى أعلى و إلى أسفل بقوة االحتكاك سحب F انزالق F 1) Ff ) 3) Ff Ff = = سحب F Ff موازية F g موازية F g - = ) = (.5 - = (.6 - = ( fk - انزالق F سحب F fk = -.( 1).( ) fk انزالق F 1.0 ) / 1.6 ( /.1 ) / ( / = 0.8 N = 0.5 N = 0.3 N بطرح المعادلة من 3 نجد ان : : احسب مقدار قوة االحتكاك لكل محاولة و سجل القيم في الجدول : 1)Fnc =.5N -0.8 N = 1.7 N )Fnc =.6N -0.5 N =.1 N 3 )Fnc =.7N -0.3 N =.4 N 1/ احسب محصلة قوتي السحب الى اعلى و االحتكاك لكل محاولة و سجل القيم في الجدول : 4: عندما تكون المسافة تساوي 3 متر ( 1m ) =d فإن قيمة الشغل غير المحفوظ ( d ) Wn c = Fnc تساوي قيمة محصلة قوتي السحب ( ) و لكن بوحدة الجول ( j ) Fnc 1) m g d sin = ( 0.56 kg) ( 9.8m/s ) ( 1.0m) ( sin45 ) = 1.77j ) m g d sin = ( 056kg ) ( 9.8m/ s ) ( 1.0m) ( sin56 ) =.08 j 3) m g d sin = ( 056kg ) ( 9.8m/ s ) ( 1.0m) ( sin7 ) =.3j :5 6: قارن بين الشغل غير المحفوظ المبذول عند سحب الجسم الى اعلى السطح المائل و طاقة وضع الجاذبية التي يكتسبها الجسم طاقة وضع الجاذبية االرضية المكتسبة يجب ان تكون قريبة جدا من الشغل غير المحفوظة و لكن في بعض االحيان يكون هناك اختالف بين القيمتين بسبب تفاوت قوة االحتكاك او ان السرعة غير ثابتة. التوسع و التطبيق : [8]

9 3: فسر لماذا يكون شغل قوتي االحتكاك و السحب غير محفوظ ال حظ ما يحدث عند ( فرك يديك معا بسرعة. و ععند حمل كتاب ثقيل بيدك و هي ممدودة فترة طويلة. ما شكل الشغل الذي يأخذه كل من االحتكاك و العضلة عرف النظام في كل حالة تكون فيها الطاقة محفوظة عند ما تفرك اليدين مع بعضهما فإن االحتكاك ينتج حرارة و بالمثل عندما تحمل كتاب لفترة و تبقى اليدين ممدوة فإن ذلك يجعل عضلة اليد تجهد و تنتج حرارة لذلك تكون الطاقة غير محفوظة ألنهااهدرت على شكل طاقة حرارية فيكون الشغل الناتج غير محفوظ و عندما ال تؤثر اي قوة خارجية على الجسم فإن الطاقة تبقى محفوظة. : طبق مبدأ حفظ الطاقة الميكانيكية على طالب كتلته 60.0 kg بأ التزلج من السكون من أعلى منحدر ثلجي ارتفاعه الرأسي 10.0m متجها الى االسفله. هل تحولت طاقة وضع المتزلج جميعها الى طاقة حركية و ضح ذلك. ما الفرق بين هذه الحالة و بين تجربة قطعة الخشب التي اجريتها عندما التزلج في اعلى المنحدر تكون الطاقة الميكانيكية الكلية عبارة عن الطاقة الكامنة فقط اما الطاقة الحركية فإنها تساوي الصفر ألن الجسم في اآلعلى ساكن و عند التزلج فإن الطاقة الميكانيكية الكلية تتحول الى طاقة حركية بحيث تكون الطاقة الكلية محفوظة في جميع مسار الجسم و يكون الشغل محفوظ لعدم و جود قوة احتكاك و في تجربة قطعة الخشب يوجد شغل غير محفوظ بسبب وجود قوة احتكاك و قوة السحب الى اآلعلى. [9]

10 ما مقدار الطاقة الالزمة لصهر الجليد )? ice How much energy does it take to melt اذا امسكت مكعب جليد في يدك فإنه سينصهر ببطء و هذه العملية هي امتصاص للحرارة حيث يمتص الجليد الطاقة الحرارية من يديك و حتى ينصهر الجليد يجب ان يتحول من الحالة الصلبة الى الحالة السائلة حيث تزداد درجة الحرارة في البداية حتى يصل الى درجة حرارة االنصهار و باستمرار امتصاص الحرارة يتحول الجليد كامال الى ماء وتؤدي إضافة اي كمية من الطاقة الى زيادة درجة حرارة الماء. الحرارة الكامنة لإلنصهار : كمية الطاقة الالزمة لصهر 1kg من مادة معينة عند درجة االنصهار نفسها و دون رفع درجة حرارتها. عنما ينصهر الجليد عند وضعه في ماء دافئ تكون كمية الحرارة ( Q (الالزمة لصهر المادة الصلبة مساوية لحاصل ضرب كتلةاالمادة الصلبة ( m ) في الحرارة الكامنة النصهار هذه الماده ( f ) H طبقا للقانون التالي : Hf = m جليد الى ماء Q العالقة الرياضية لكمية الطاقة التي يفقدها الماء : T Qw = m w Cw حيث ان ( CW ) الحرارة النوعية للماء و تساوي 4.18j/g.c ) Tf - Ti ( فرق درجات الحرارة االبتدائية و النهائية ) T( كتلة الماء )m w (. س صه ح ج ج صه غالية ماء مقياس حرارة كوب بالستيك من الفوم مكعب جليد قضيب تحريك ميزان ساعى ايقاف. االهداف : يتوقع بعد تنفيذ التجربة ان تكون قادرا على ان : صفه ق ق ق ن حفظ ح ق ح ح ي. أ ع ل ف المشكلة : كيف يمكن استخدام كمية الطاقة التي يفقدها الماء الدافئ و يمتصها الجليد في صهر الجليد ثم رفع درجة حرارته بعد ان يتحول كامال الى ماء في حساب الحرارة الكامنة آلنصهار الجليد الفرضية : كون فرضية تصف فيها كيفية حفظ الطاقة و انتقالها من الماء الدافئ الى الجليد حسب مبدأ حفظ الطاقة فإنه في اي نظام معزول و مغلق فإن الطاقة المفقوده = الطاقة المكتسبة فعند اضافة الجليد الى الماء الساخن فإن جزء من الطاقة الحرارية للماء الدافئ تفقد و يكتسبها الجليد و يستمر االتنتقال للطاقة و تنخفض درجة حرارة الماء الدافئ و ترتفع درجة حرارة الجليد حتى نصل الى حالة اتزان و نستخدم نظام بيئي معزول و مغلق كما في المسعر التخطيط للتجربة : كراس المعمل ص 15 [01] باستخدام الميزان االلكتروني و نسجل قيمة الكتلة. ) ( مخطط التجربة : 3: نزن كوب الفوم cup( foam و نحسب كتلته و ندون في الجدول. 100ml : نسكب ماء ساخن و ناخذ منه مقدار 1: نقيس درجة حرارة الماء الدافئ و ندونها. 4: نجرش الجليد و نجففه باستخدام قطعة قماش جافة و نضعه في الكوب و نحرك ثم نقيس درجة حرارة الخليط و ندونها. 5: نزن الخليط و نحسب كتلة الجليد. و نطبق القانون التالي :

11 كمية الحرارة المفقودة = كمية الحرارة المكتسبة كمية الحرارة المفقوده من الماء الساخن = كمية الحرارة المكتسبة من الجليد + كمية الحرارة المكتسبة من الماء البارد mi Hf + mi ci Oi + Qi w = Qw w = mw cw ) cw = 4180j/ kg.k الحرارة النوعية للماء = ( البيانات و المشاهدات : 1.1g = kg 44.5c 19c 5.5c 6.0g = 0.06kg 4.9g= 0.049kg 16.1g= 0.161kg 100.g= 0.1kg 19c كتلة كوب الفوم ( cup ) foam درجة الحرارة االبتدائية للماء الدافئ درجة الحجرارة النهائية للماء الدافئ التغير في درجة حراةر الماء الدافئ كتلة الجليد و الكوب كتلة الجليد المنصهر كتلة الجليد و الماء الدافئ و الكوب كتلة الماء الدافئ درجة الحرارة التي يحتاجهاالجليد ليتحول الى ماء بارد التحليل و االستنتاج : 3: لخص كيف تأثر تبريد الماء بوضع مكعبات الجليد فيه عند وضع مكعبات الجليد في الماء في الماء فإنه يحدث تبادل حراري بين مكعبات الجليد و الماء الدافئ فترتفع درجة حرارة الجليد و تنخفض درجة حرارة الماء الدافئ و يستمر االنتقال حتى يحدث االتزان الحراري. : استخدم االرقام في : a: احسب كمية الحرارة التي فقدها الماء : b احسب كمية الحرارة التي اكتسبها الجليد المنصهر. a: Qw = mw cw = (0.1kg) ( 4180j/ gc ) ( 5.5c) = 10,700j b: : Qice water = mi w cw = ( 0.049kg ) ( 4180j/ gc) (19c ) = 1980j Oi + Qi w = Qw Qi = Q w Q iw = j j= 870 j Qi Hf = Qi / mi = 870 j / kg = 3.5x10 5 j/kg 1: حلل البيانات ما مقدار الحرارة التي اكتسبها الجليد من القانون التالي نحسب مقدار الحرارة التي اكتسبها الجليد : 4: احسب الحرارة الكامنة النصهار الجليد 5: حلل النتائج : وحدد نسبة الخطأ بين القيمة المحسوبة للحرارة الكامنة النصهار الجليد و القيمة لمقبولة لها نسبة الخطأ % = ( القيمة المقبولة القيمة المحسوبة ) / القيمة المحسوبة 300= ) 3.34x10 5 j/kg x 10 5 j/kg ) / 3.50x 10 5 j/kg 100 = 4.8% 6: اسنتج : ما االشياء االخرى التي يمكن ان تنقل الطاقة الى الجليد غير الماء الدافئ الكوب الهواء الملعقة المحركة جزيئات الماء ( الكثافة المتغيره ) 7: اختبر الفرضية : ما كمية الحرارة الالزمة لتحويل 100g من الجليد من درجة 0c الى ماء درجة حرارته 50c + mw c w = ( 0.1kg) ( 3.34x10 5 j/ kg ) + ( 0.1kg) ( 4180j/ kg.c) ( 50c ) = 54300j Q= mi Hf [00]

12 التوسع و التطبيق : 3: لم ينتج عن الحرارة التي امتصها الجليد اثناء انصهاره تغير في درجة حرارته فإن ذهبت هذه الطاقة في تغير حالة الجليد اي في تكسير الروابط بين الجزيئات. : ما الفائدة من استخدام ماء دافئ في هذه التجربة بدال من الماء البارد أو الماء في درجة حرارة الغرفة قد تختلف االجابات : ألنه عند اختالف الطاقة الحرارية تتحرك في الماء اذا كان بارد ألن درجة حرارة الغرفة وسط بين درجة الحرارة النهائية للماء الدافئ و طريقة اخرى للتجربة إلجراء التجربة : يمكن استخدام كوب النحاس حتى يمكن وضعه في المسعر للمحافظة على درجة حرارة الخليط و حتى نكون نظام معزول و مغلق 3: نزن كوب النحاس باستخدام الميزان االلكتروني و نسجل قيمة الكتلة و لتكن ) mc (kg. : نسكب ماء ساخن مقداره ثم نسكب مقدار 100ml في الكوب النحاس و نزن الخليط وندون قيمة الكتلة و لتكن ) mc+ mw (kg ومنها نحسب قيمة كتلة الماء الساخن ) mw (kg و ذلك باستخدام القانون التالي mw= ( mc+mw) mc 1: نضع كوب النحاس في المسعر للنحافظ على درجة الحرارة ثم نقيسها باستخدام الترمومتر ولتكن للماء الدافئ ) Ti ( c 4: نجرش الجليد و نجففه قبل و ضعه في الكوب النحاس و نحرك الخليط ثم نقيس درجة حرارة الخليط و لتكن ) Tfi ( c 5: نزن الخليط و نحسب منها كتلة الجليد من القانون التالي : mi = ( mc+mw+mi) ( mc+mw) kg 6: نطبق قانون كمية الحرارة المكتسبة = كمية الحرارة المفقودة و لتكن الحرارة النوعية لكوب النحاس = ( k )c c = 390j / kg. الحرارة النوعية للماء = ( kg.k ) c w = 4180j/ ( mc( = 77.4g = kg كتلة كوب النحاس ( mc +mw ) = 184.3g= kg كتلة الكوب + الماء الدافئ ( mw ) = ( mc +mw ( - ( mc (Kg كتلة الماء الدافئ ( mc +mw ) درجة حرارة الخليط =T i= 6c = Tf = 17c درجة حرارة الخليط بعد و ضع الجليد البيانات و المشاهدات : نطبق قانون التالي : كمية الحرارة المفقودة = كمية الحرارة المكتسبة كمية الحرارة المفقودة من كوب المسعر + كمية الحرارة المفقودة من الماء الدافئ = كمية الحرارة التي يكتسبها الجليد Hf + mi cw 1 = mc cc + mw cw من الطريقة السابقة يمكن حساب الحرارة الكامنة النصهار الجليد باستخدام المسعر. mi [0]

13 لماذا تبدو الصخرة خفيفة في الماء )? water ) Why does a rock feel lighter in تنص قاعدة ارخميدس على ان الجسم المغمور كليا او جزئيا في مائع تؤثر فيه قوة راسية الى أعلى تساوي F =الطفو vg وزن السائل المزاح بواسطة الجسم. اي ان المائع حيث تمثل كثافة المائع و v حجم المائع المزاح g تسارع الجاذبية االرضية. 3: عندما تكون كثافة الجسم اقل من كثافة المائع المغمور فيه يبدأ الجسم في الغوص في المائع حتى يزيح كمية من المائع وزنها يساوي وزن الجسم. و في هذه اللحظة يتوقف الجسم عن الغوص و يصبح مغمورا جزئيا و تحدث حالة اتزان فيكون : الجسم v الجسم = المائع المزاح v المائع : اما اذا كانت كثافة الجسم اكبر من كثافة المائع فإن قوة الفو التي تؤثر الى اعلى نتيجة ضغط المائع على الجسم تكون اقل من ان توازن قوة وزن الجسم المؤثر الى اسفل فيغوص الجسم لينغمر كليا في المائع و ينقص و زنه الظاهري بمقدار مساو لقوة الطفو المؤثرة فيه. ستسقصى في هذه التجربة قوة طفو الماء المؤثره في جسم. تذكر ان كتلة 1ml من الماء تساوي 1g ووزنها يساوي 0.01N و ان قوة الطفو) الطفو ) F المؤثرة في الجسم تساوي الفرق بين وزن الجسم في الهواء ) Fg ) ووزنه الظاهري )الظاهري ) F عندما ينغمر في الماء. = - F الطفو Fg الظاهري F اناء مختبري 500ml ميزان نابضي 5N كتلة تعليق 500g كتلة تعليق 100g كأس بالستيكية منشفة ورقية االهداف : يتوقع لعد تنفيذ هذه التجربة ان تكون قادرا على ان : توضح العالقة بين قوة الطفو ووزن الجسم في الهواء ووزنه الظاهري في الماء. تطبق مبدأ ارخميدس على الطفو. تستنتج تأثير مساحة سطح و كثافة كتلة معلومة في كمية الماء المزاح. الخطوات : 3: اسكب 300ml ماء بارد في اناء مختبري سعته 500ml ثم اقرأ بدقة الحجم من التدريج الذي على االناء المختبري و سجل القيمة في الجدول. 3 : علق كتلة مقدارها 500g في نهاية الميزان النابضي ثم قس وزن الكتلة في تاهواء و سجل هذه القيمة في الجدول 3 1: اغمر الكتلة 500g المعلقة في نهاية الميزان النابضي في الماء كما في الشكل A و ال تدع الكتلة تستقر في قاع االناء المختبري او تالمس جوانبه. ثم قس الوزن الظاهري للكتلة المغمورة و سجل هذه القيمة في الجدول 3 4: قس حجم الماء و الكتلة المغموره فيه و سجل الحجم الجديد في الجدول 3 ثم ارفع الكتلة 500g من االناء وضعها جانبا. 5: قس حجم الماء في االناء المختبري و سجله في الجدول ثم ضع كتلة مقدارها 100g في االناء المختبري وقس حجم الماء في االناء و الكتلة مغموره فيه و سجله في الجدول 6: استخدم الكأس البالستيكية كقارب في الخطوة التالية : أزل الكتلة من الماء و جففها بواسطة منشفة و رقية ثم ضعها في الكأس البالستيكية و عوم الكأس بأفضل طريقة ممكنة في اإلناء المختبري و قس حجم الماء الجديد و سجله في الجدول [03]

14 4.9N 4.N 300mL 375mL البيانات و المشاهدات : الجدول 3 وزن الكتلة التي مقدارها 500 g في الهواء الوزن الظاهري للكتلة التي مقدارها 500g و هي مغموره في الماء حجم الماء في اإلناء المختبري حجم الماء في االناء المختبري و الكتلة 500g مغمورة فيه 300mL 30mL 400mL الجدول حجم الماء في اإلناء المختبري حجم الماء و الكتلة 300 g مغمورة فيه حجم الماء و الكتلة 300 g في الكأس البالستيكية عائمة فيه = الطفو F التحليل و االستنتاج : 3: احسب قوة طفو الماء المؤثرة في الكتلة 500g. و ضح حساباتك في الفراغ - Fg الظاهري F F = الطفو 4.9N - 4.N= 0.7 N : احسب باستخدام البيانات في الجدول 3 : حجم الماء المزاح بواسطة الكتلة 500g a : b ثم احسب وزن الماء المزاح وضح اجابتك في الفراغ ادناه. : c قارني بين وزن الماء المزاح و قوة الطفو المؤثرة في الجسم المغمور التي حسبتيها في السؤال 3 و اذا كانت القيم مختلفة فاذكر مصادر الخطأ التي سببت ذلك 375mL 300mL= 75mL =حجم الماء المزاح : a ) 75g ( من الماءالمزاح تعادل كتلة مقدارها )75mL ) قوة الطفو = كتلة االسائل المزاح تسارع الجاذبية االرضية : b F= mg = ( 0.075kg) ( 9.8m/s ) = 0.74N سوف تتختلف االجابات : ء ف ع ت ه ء في ج ع خ ص حج ء ع ال خ أ ق ض ز ح ء ي زن ء ق س حج ع - ظ ه ي. زن ع ف ي ق أه خ ئ ال س ج ء فأ ه ق في ضع غ ع ض 1: ماذا حدث لمستوى الماء في االناء المختبري عندما و ضعت الكتلة 100g في القارب ( الكاس البالستيكية ) اقترح تفسيرا ألي فرق في الحجم في الخطوتين 6 5 على ان يتضمن مفهوم الكثافة. - ى ء فع. ث ف ق ال 100g قل ن ث ف ء ذ ك فإ ه ف ذ ك فإن حج ء ز ح غ ي 100g 0mL أس ال ز ح ن ء ه. 100g ألن 100g ن ء حج ه. 100mL. التوسع و التطبيق : 3: يركب خالد و محمود قاربا مطاطيا في بركة سباحة. ماذا يحدث لمستوى الماء في البركة إذا سقطا في الماء - ف ن حج ء ز ح قل ن ز ه ن ق ف ي حج ء ز ح ألن ء ز ح ق : الجبال الجليدية كتل ضخمة عائمة انقصلت عن االنهار الجليدية أو عن الصفائح القطبية الجليدية و يمكن مشاهدة قممها فوق سطح الماء. فإذا علمت ان كثافة الجليد 0.9g/cm 3 و كثافة ماء البحر 1.03g / cm 3 فما النسبة المئوية لحجم جزء الجبل الجليد الظاهر فوق سطح المحيط بالنسبة الى حجم جبل الجليد الكلي 3 0.9g / cm % مقارنة الكثافة g / cm نسبة 89% تمثل الجزء المغمور تحت سطح البحر و لحساب النسبة المئوية للجزء الظاهر: 11% = % % 1: تحمل سفن الشحن مئات الحاويات. في اثناء إبحار إحدى السفن عبر قناة مائية تحطمت بعض السالسل التي تثبت الحاويات في السفينة فسقطت عشرات الحاويات في القناة. ماذا يحدث لمستوى الماء في القناة [04]

15 . ء في ى خفض - 4: تخيل اناء مختبريا فيه ماء موضوع على سطح ميزان. هل يزداد وزن اإلناء ام ينقص ام يبقى ثابتا عند انزال كتلة معلقة في نهاية ميزان نابضي في داخله - يزداد وزن االناء بسبب وزن الكتلة المغموره في الماء في االناء. 5: لماذا تبدو الصخرة اقل وزنا في الماء مقارنة بوزنها عندما تكون في الهواء بناء على مفهوم قوة الطفو وزن الصخرة اكبر من قوة الطفو في الماء لذلك فإنها تغوص في الماء و مع ذلك فإنها عندما تنغمر في الماء فإن قوة الطفو الى االعلى تؤثر في و زنها مقارنة بوزنها في الهواء. [05] ) why do your ears hurt under water لماذا تؤلمك اذناك عندما تغوص في الماء ( وجد العالم الفرنسي باسكال :

16 ان الضغط في المائع المحصور ينتقل دون نقصان الى كل جزء من المائع و الى جدران الوعاء الذي يحويه. كما يعتمد ضغط المائع على عمق المائع في النقطة التي يقاس عندها. ماذا يحدث عندما تغوص الى قاع بركة سباحة عميقة تشعر بزيادة الضغط كلما غصت الى عمق اكبر. و ألن الماء مثل جميع السؤائل غير قابل لالنضغاط عمليا فإن اي تغيير في ضغط اي جزء منه ولو كان قليال سينتشر خالل السائل بسرعة تساوي سرعة الصوت فيه. ينتج الضغط المؤثر في سباح بواسطة الماء في بركة السباحة عن قوة الجاذبية األرضية التي تؤثر في عمق الماء فوق جسمه. و الضغط هو القوة المؤثرة في وحدة المساحات. و الذي يعبر عنه بالعالقة التالية : Fg P = A حيث ان : Fg هي وزن عمود الماء فوق جسم السباح A مساحة عمود الماء فوق جسمه و يعبر عن وزن كتلة الماء فوق جسم السباح بالعالقة التالية : vg F g = mg= حيث m كتلة الماء g تسارع الجاذبية االرضية كثافة الماء v حجم الماء. و يمكن التعبير عن الحجم بضرب المساحة A في ارتفاع عمود الهواء h و يمكن كتابة العالقة الرياضية لضغط الماء على الصورة التالية : P= Fg / A = mg /A = gah / A او تبسيطه على الصورة p = g h ماصة عصير 100mL اسطوانة مدرجة 7.5cm 1.5cm بطاقة فهرسة كأس زجاج مسطرة 50mL وعاء سعته قارورة بالستيكية سعتها مخرزة او ابرة وعاء او صحن بارومتر متري L االهداف : يتوقع بعد تنفيذ هذه التجربة ان تكون قادرا على ان : تحلل القوى المؤثر في المائع تطور فهمك لمبدأ باسكال تالحظ تأثير القوة في المائع الخطوات : : A القارورة : 3: احضر قارورة سعتها L و عين عليها ثالث نقاط وحددها بحيث تقع النقطة االولى عند ربع المسافة بين قاع القارورة و قمتها و النقطة الثانية تقع عند عند نصف المسافة اما النقطة الثالثة فتقع عند ثالثة ارباع المسافة بين قاع القارورة و قمتها. : اغلق الثقوب الثالثة باصابعك ثم املئ القارورة بالماء و ضعها في الصحن بعناية و ازل اصابعك. راقب تدفق الماء خالل الثقوب و سجل مشاهداتك في الجدول 3 و مثلها بيانيا. 1: اسكب الماء المتدفق في الحوض ثم كرر الخطوة. : B االنابيب المفتوحة و المغلقة : 3: قس الضغط الجوي و سجل القيمة في جدول,. : امأل االسطوانة المدرجة بالماء ثم ادخل احد طرفي ماصة العصير فيه. 1: ضع ابهامك على الطرف األخر للماصة إلغالقه. 4: اسحب الماصة راسيا الى اعلى من االسطوانة المدرجة. ثم سجل مشاهداتك في جدول. 5: ارفع اصبعك عن الطرف العلوي للماصة اثناء االمساك بها فوق االسطوانة المدرجة. سجل مشاهداتك في جدول. 6: اعد وضع الماصة في االسطوانة المدرجة ثم اسحبها من الماء دون ان تغطي نهايتها. سجل مشاهداتك في جدول. : C الكأس الزجاجية المقلوبة : 3: قس قطر الكأس الزجاجية و ارتفاعها و سجل القيم في جدول. 1 : امألالكأس الزجاجية بالماء الى قمتها ثم ضع بطاقة الفهرسة على سطح الماء كما في الشكل. A 1: بينما تحمل الكأس الزجاجية فوق حوض الماء ضع احدى يديك فوق البطاقة ثم اقلب الكأس بحذر راسا على عقب بيدك االخرى كما في الشكل B ثم ابعد يدك التي اصبحت اسف البطاقة بحذر و سجل مشاهداتك في جدول. 1 [06]

17 البيانات و المشاهدات : الجدول 3 المشاهدات و الرسم التوضيحي للقارورة. سوف يتدفق الماء من الثقوب الثالثة بأطوال مختلفة و يكون التدفق من الثقب االعلى هو االقل ثم الذي يليه و التدفق االكبر من الثقب الذي في القاع الضغط البارومتري يساوي الجدول kpa المشاهدات الخاصة بماصة العصير عند اخراجها من الماء ( عند اغالق نهاية الماصة بواسطة االبهام ) يبقى الماء في داخل الماصة. المشاهدات الخاصة بالماصة و الماء عند ازالة االبهام. عند رفع االبهام عن طرف الماصة فإن الماء يخرج منها. المشاهدات الخاصة بالماصة عند اخراجها من الماء ( االبهام ال يغلق طرف الماصة ) ال يوجد بها ماء الماصة. الجدول 1 قطر الكأس m : d ارتفاع الكأس 0.10m : h المشاهدات الخاصة بالكأس المقلوبة و البطاقة : الماء يبقى في الكأس عندما ينقلب رأسا على عقب و تغطيه البطاقة و عندما نسحب البطاقة فإن الماء يسقط من الكأس. التحليل و االستنتاج : 3: تؤثر قوة الجاذبية االرضية بقوة جذب في جميع جزيئات الماء داخل القارورة التي سعتها L في الجزء. A صف الضغط في جميع اجزاء القارورة نالحظ ان الضغط في القاع يكون اكبر و الدليل على ذلك ان الثقب الذي في القاع تكون سرعة تدفق الماء منه اكبر من الثقبين االخرين و المسافة في التدفق اكبر : لخص نتائج إخراج الماصة من االسطوانة المملوءة بالماء. a: عندما كانت الماصة مغلقة نهايتها باالبهام بقى الماء بها. b: و عندما تم إزالة اإلبهام عن طرف الماصة سقط الماء. 1: انشئي رسما توضيحيا للضغط و القوة المؤثرة في الماصة المملوءة بالماء. 4: احسب باستخدام البيانات في الجدول 1 الضغط الذي يؤثر به الماء الموجود داخل الكأس الزجاجي في بطاقة الفهرسة علما بأن كثافة الماء تساوي 10 3 kg/ m وضح حساباتك في الفراغ أدناه [07]

18 P = g h = ( kg/m 3 ) ( 9.8m/s ) ( 0.10m ) = 1000 N/m = 1kPa 5: احسب مقدار القوة التي يؤثر بها الماء في بطاقة الفهرسة باستخدام البيانات في جدول. 1 و نتيجة الضغط التي حسبتها في المسألة السابقة. وضح حساباتك في الفراغ ادناه F=PA=( 1kPa ) ( r ) = (1000 Pa) () ( 0.03m) =.8 N 6: ينشأ الضغط الجوي من عمود الهواء الممتد من سطح االرض حتى نهاية الغالف الجوي و يسلك الهواء في الغرفة سلوك المائع و يؤثر بهذا الضغط في جميع السطوح الموجوده في الغرفة. قارن بين ضغط الهواء المؤثر في بطاقة الفهرسة و الضغط الذي يسببه وزن الماء على البطاقة نفسها. ايهما اكبر - الهواء الخارجي يضغط على سطح البطاقة باتجاه الى أعلى و بقوة أكبر من وزن الماء داخل الكأس باتجاه األسفل. 7: لماذا يمكن ان تبقى بطاقة الفهرسة على الكأس و هي مقلوبة - ألن الضخط الجوي الخارجي أكبر من الضغط داخل الكأس التوسع و التطبيق : اذا كان الفرق بين الضغط خارج جسمك و الضغط في الفراغات الهوائية الموجود داخل الجسم كبيرا فقد يؤدي ذلك الى الشعور باالنضغاط مما يسبب الما. ففي اثناء السباحة مثال تعمل طبلة االذن عمل الحاجز بين الماء و الهواء المحصور داخل األذن. ما الزيادة في الضغط الذي ينتقل من الماء الى طبلة اذنك اذا كنت تغوص في بركة سباحة على عمق 3m و ماذا يحدث اذا لم تتم معادلة هذا الضغط P = g h = ( kg/ m 3 ) ( 9.8 m/s )( 3.0 m) = 9400 Pa و اذا لم تتم معادلة الضغط فإنه يحدث الم في االذن. [08]