المناهج الدراسية
تسجيل الدخول

المناهج الدراسية

الصف الثاني الثانوي

الفيزياء

0/12

الرياضيات البحتة

0/81

الرياضيات التطبيقية

0/60
نص الدرس

اتزان جسم على مستوى أفقي خشن

الصف الثاني الثانوي

اتزان جسم على مستوى أفقي خشن

قوة الاحتكاك

قوة الاحتكاك

  • الاحتكاك قوة تنشأ بين سطحين متلامسين، وتعاكس اتجاه الحركة أو اتجاه ميلها للحركة.
  • فإذا حاولنا سحب صندوق على أرضية خشنة، فإن الاحتكاك يعاكس هذه المحاولة، ولا يتحرك الصندوق إلا إذا تجاوزت القوة المؤثرة الحد الأقصى للاحتكاك.
  • ويُسمى الاحتكاك في حالة السكون الاحتكاك السكوني.
  • وهو قوة متغيرة، تأخذ قيمة تساوي القوة المحركة تماماً، ما دامت أقل من الحد الأقصى.
  • أما عندما يصبح الجسم على وشك الحركة فإن الاحتكاك يبلغ قيمته العظمى، ويُسمى الاحتكاك السكوني النهائي.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
في حالة الاتزانF ≤ μs R
عند الحد الأقصى (الجسم على وشك الحركة)F = μs R
•حيث R هو رد الفعل العمودي، و μs هو معامل الاحتكاك السكوني، وهو عدد لا وحدة له يتوقف على طبيعة السطحين.الفعلالعموديمعاملالاحتكاك
اتزان جسم على مستوى أفقي خشن · 1 / 6
معامل الاحتكاك وزاوية الاحتكاك

معامل الاحتكاك وزاوية الاحتكاك

  • إذا كان الجسم على وشك الحركة فإن الاحتكاك النهائي يعطي المعادلة F = μ R. ويمكن أيضاً تعريف زاوية الاحتكاك λ بالعلاقة:
صندوق خشبي كتلته 10 كجم يسحبه ميزان زنبركي على أرض خشنة يمثل اتزان جسم على مستوى أفقي خشن: الاحتكاك 39.2 نيوتن.
صندوق خشبي كتلته 10 كجم يسحبه ميزان زنبركي على أرض خشنة يمثل اتزان جسم على مستوى أفقي خشن: الاحتكاك 39.2 نيوتن.
ظا λ = μs←وزاوية الاحتكاك هي الزاوية التي يصنعها رد الفعل الكلي للسطح مع الرد العمودي عندما يكون الجسم على وشك الحركة.

ملاحظات

  • معامل الاحتكاك لا يكون سالباً، ولا يتجاوز في العادة الواحد الصحيح في مسائل المنهج.
  • يزداد الاحتكاك النهائي كلما زاد رد الفعل العمودي، ولا يتوقف على مساحة التلامس.
اتزان جسم على مستوى أفقي خشن · 2 / 6
اتزان جسم على مستوى أفقي خشن

اتزان جسم على مستوى أفقي خشن

  • إذا وُضع جسم وزنه W على مستوى أفقي خشن، ولم تؤثر عليه قوى رأسية غير الوزن، فإن رد الفعل العمودي يساوي الوزن: R = W.
  • أما إذا أثرت على الجسم قوة P تصنع زاوية θ فوق الأفق، فإن الجزء الرأسي من القوة يقلل من الضغط على السطح، ويكون:
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
المركبة الأفقية
  • P جتا θ
  • وتعمل في اتجاه الحركة
وتعملاتجاهالحركة
المركبة الرأسية
  • P جا θ
  • وتعمل لأعلى
وتعمللأعلى
رد الفعل العموديR = W − P جا θ
•
  • وعندما تكون القوة مائلة لأسفل
  • فإن الرد يصبح R = W + P جا θ
وعندماتكونالقوةمائلة
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
∑ س = 0
  • P جتا θ − F = 0
  • أي أن الاحتكاك F يساوي المركبة الأفقية للقوة
الاحتكاكيساويالمركبةالأفقية
∑ ص = 0
  • R + P جا θ − W = 0
  • أي أن R = W − P جا θ
•إذا بلغ الجسم حالة الحركة الوشيكة فإن F = μ Rالجسمحالةالحركةالوشيكة
اتزان جسم على مستوى أفقي خشن · 3 / 6
أمثلة محلولة

أمثلة محلولة

مثال (1): قوة أفقية أقل من الحد الأقصى للاحتكاك

  • صندوق وزنه 50 نيوتن موضوع على أرض أفقية معامل الاحتكاك السكوني بينه وبين الأرض 0.4.
  • يُسحب الصندوق بقوة أفقية P.
  • أوجد الاحتكاك عندما P = 15 نيوتن، ثم أوجد الحد الأقصى لـ P الذي لا يتحرك عنده الصندوق.
  • الحل:
  1. R = W = 50 نيوتن.
  2. Fmax = μ R = 0.4 × 50 = 20 نيوتن.
  3. من ∑ س = 0 نجد F = 15 نيوتن، وهي أقل من 20، لذا الصندوق ساكن.
  4. الحد الأقصى لـ P هو 20 نيوتن، فعندها يكون الصندوق على وشك الحركة.

مثال (2): قوة سحب مائلة فوق الأفق

  • الصندوق نفسه في المثال (1) (وزنه 50 نيوتن، و μ = 0.4) يُسحب بقوة P تصنع زاوية 30° فوق الأفق.
  • أوجد أكبر قيمة لـ P يبقى عندها الصندوق ساكناً، مقرباً الناتج إلى منزلتين عشريتين.
  • الحل:
  1. R = 50 − P × جا 30° = 50 − P ÷ 2.
  2. P × جتا 30° = μ R، أي P × √3 ÷ 2 = 0.4 (50 − P ÷ 2).
  3. 0.866 P = 20 − 0.2 P، ومنها 1.066 P = 20، إذن P ≈ 18.76 نيوتن.
  4. لاحظ أن القوة المائلة أعطت قيمة أقل للحد الأقصى من القوة الأفقية (20 نيوتن)، لأن جزءاً منها يقلل من رد الفعل العمودي.

مثال (3): إيجاد معامل الاحتكاك

  • جسم وزنه 40 نيوتن على مستوى أفقي خشن، وعندما أثرت عليه قوة أفقية 12 نيوتن أصبح على وشك الحركة.
  • أوجد معامل الاحتكاك السكوني، ثم زاوية الاحتكاك.
  • الحل:
  1. R = W = 40 نيوتن.
  2. F = P = 12 نيوتن.
  3. μ = F ÷ R = 12 ÷ 40 = 0.3.
  4. ظا λ = 0.3، ومنها λ ≈ 16.7°.

مثال (4): قوة مائلة بزاوية 60° فوق الأفق

  • جسم وزنه 60 نيوتن على مستوى أفقي خشن، معامل احتكاكه السكوني 0.5.
  • يُسحب الجسم بقوة P تصنع زاوية 60° فوق الأفق، وهو على وشك الحركة.
  • أوجد P.
  • الحل:
  1. R = 60 − P × جا 60° = 60 − P × √3 ÷ 2 ≈ 60 − 0.866 P.
  2. P × جتا 60° = μ R، أي 0.5 P = 0.5 (60 − 0.866 P).
  3. 0.5 P = 30 − 0.433 P، ومنها 0.933 P = 30، إذن P ≈ 32.15 نيوتن.
  4. R ≈ 60 − 0.866 × 32.15 ≈ 32.15 نيوتن، والاحتكاك 0.5 × 32.15 ≈ 16.08 نيوتن، والمركبة الأفقية 32.15 × 0.5 ≈ 16.08 نيوتن، وهما متساويان.
اتزان جسم على مستوى أفقي خشن · 4 / 6
أخطاء شائعة

أخطاء شائعة

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
الخطأ
  • اعتبار الاحتكاك دائماً يساوي μ R حتى عندما يكون الجسم ساكناً وقوة السحب صغيرة. الصواب: الاحتكاك السكوني يساوي القوة المحركة ويكون أقل من أو يساوي μ R
  • ولا يبلغ الحد الأقصى إلا عند الحركة الوشيكة
اعتبارالاحتكاكدائمايساوي
الخطأنسيان أن المركبة الرأسية للقوة المائلة لأعلى تقلل رد الفعل العمودي. الصواب: R = W − P جا θ عند السحب المائل لأعلىنسيانالمركبةالرأسيةللقوة
الخطأوضع الاحتكاك في اتجاه الحركة بدلاً من معاكسته. الصواب: الاحتكاك يعاكس اتجاه الحركة أو ميلها للحركةالاحتكاكاتجاهالحركةبدلا
الخطأ
  • الخلط بين الكتلة والوزن عند حساب R. الصواب: R = الوزن W = الكتلة × g
  • وليست الكتلة
الخلطالكتلةوالوزنحساب
اتزان جسم على مستوى أفقي خشن · 5 / 6
ملخص الدرس

ملخص الدرس

  • الاحتكاك قوة مماسية تنشأ بين سطحين متلامسين، وتعاكس اتجاه الحركة أو ميلها.
  • في الاتزان F ≤ μs R، وعند الحركة الوشيكة: F = μs R.
  • زاوية الاحتكاك λ تحقق ظا λ = μs.
  • على مستوى أفقي R = W إذا لم توجد قوة رأسية، و R = W − P جا θ إذا كانت القوة مائلة لأعلى.
  • يظهر الاحتكاك الحركي عند انزلاق الجسم على سطح خشن، ويتجه عكس حركته، وتساوي قيمته معامل الاحتكاك الحركي مضروبا في رد الفعل العمودي.
  • معامل الاحتكاك الحركي هو النسبة بين قوة الاحتكاك الحركي ورد الفعل العمودي للسطح.
  • كلما زاد الاحتكاك بين سطحين مع بقاء رد الفعل العمودي ثابتا، ازدادت الزاوية المحصورة بين الرد العمودي والرد المحصل، حتى تبلغ أقصاها عند الاحتكاك النهائي.
اتزان جسم على مستوى أفقي خشن · 6 / 6