المناهج الدراسية
تسجيل الدخول

المناهج الدراسية

الرياضيات التطبيقية — الصف الثاني الثانوي

الوحدة الأولى: الاستاتيكا

0/30

الوحدة الثانية: الهندسة الفراغية والتحليلية

0/30
نص الدرس

اتزان جسم جاسئ تحت تأثير قوى مستوية

الرياضيات التطبيقية — الصف الثاني الثانوي

اتزان جسم جاسئ تحت تأثير قوى مستوية

مفهوم الاتزان

مفهوم الاتزان

  • يكون الجسم في حالة اتزان إذا كان ساكناً، أو يتحرك بسرعة منتظمة في خط مستقيم، أي أن محصلة القوى المؤثرة عليه تساوي صفراً.
  • ويُطلق على هذه الحالة أيضاً اتزان الجسم تحت تأثير القوى.
  • وفي هذا الدرس نعامل الجسم الجاسئ كأنه نقطة مادية، لأن جميع القوى المؤثرة عليه تتلاقى في نقطة واحدة، فلا توجد عزوم تدوير تؤثر في الجسم، ويكون الاهتمام بتوازن القوى فقط.
اتزان جسم جاسئ تحت تأثير قوى مستوية · 1 / 6
شروط الاتزان

شروط الاتزان

  • يكون الجسم متزناً تحت تأثير قوى مستوية متلاقية في نقطة إذا تحققت الشرطان الآتيان معاً:
مصباح معلق بكبلين يمثل اتزان جسم جاسئ تحت تأثير قوى مستوية: الشد 100 نيوتن في كل جزء.
مصباح معلق بكبلين يمثل اتزان جسم جاسئ تحت تأثير قوى مستوية: الشد 100 نيوتن في كل جزء.
  1. ∑ س = 0 أي أن مجموع المركبات الأفقية يساوي صفراً.
  2. ∑ ص = 0 أي أن مجموع المركبات الرأسية يساوي صفراً.

المثلث المغلق للقوى

  • إذا اتزن جسم تحت تأثير ثلاث قوى فقط، فإن هذه القوى إذا رُسمت أسهماً متتابعة من طرف السهم الأول تكوّن مثلثاً مغلقاً.
  • وهذا يعني أن القوى الثلاث تحقق شرط الاتزان، ويمكن استخدام قوانين المثلثات لحساب المجهولات.
اتزان جسم جاسئ تحت تأثير قوى مستوية · 2 / 6
خطوات حل مسائل الاتزان

خطوات حل مسائل الاتزان

  1. ارسم مخطط القوى للجسم، وضع عليه جميع القوى المؤثرة بأسهم، ومنها الوزن والشد ورد الفعل.
  2. اختر محورين متعامدين، وحدد الاتجاه الموجب لكل منهما.
  3. حلل كل قوة إلى مركبتيها.
  4. اكتب المعادلتين ∑ س = 0 و∑ ص = 0.
  5. حل المعادلتين لإيجاد المجهولات، ثم تحقق من الحل بالتعويض.
  • عند أخذ العزوم، يمكن اختيار أي نقطة في مستوى القوى، فيكون مجموع العزوم حول هذه النقطة صفراً عند الاتزان.
  • وعزم القوة حول نقطة هو حاصل ضرب القوة في طول العمود الساقط من النقطة على خط عمل القوة، ويكون موجباً إذا كان الدوران ضد عقارب الساعة وسالباً إذا كان مع عقارب الساعة، وينعدم إذا مر خط عمل القوة بالنقطة.
  • وإذا كانت القوة محصلة لعدة قوى مستوية متلاقية، فإن عزمها حول أي نقطة يساوي المجموع الجبري لعزوم تلك القوى حول النقطة نفسها، وهذا ما يعرف بمبدأ فارينون.
اتزان جسم جاسئ تحت تأثير قوى مستوية · 3 / 6
أمثلة محلولة

أمثلة محلولة

مثال (1): إيجاد قوة مجهولة تجعل الجسم متزناً

  • تؤثر في جسم ساكن ثلاث قوى 15 نيوتن نحو الموجب لمحور السينات، و20 نيوتن نحو الموجب لمحور الصادات، وقوة ثالثة ق. أوجد مقدار القوة ق واتجاهها لكي يكون الجسم متزناً.
  • الحل:
  1. ∑ س = 0، إذن 15 + قس = 0، ومنها قس = −15 نيوتن.
  2. ∑ ص = 0، إذن 20 + قص = 0، ومنها قص = −20 نيوتن.
  3. مقدار ق = √((−15)2 + (−20)2) = √625 = 25 نيوتن.
  4. ظا θ = (−20) ÷ (−15) = 4 ÷ 3، والقوة تقع في الربع الثالث، لذا θ ≈ 180° + 53.13° = 233.13° من الاتجاه الموجب لمحور السينات.

مثال (2): جسم معلق بخيطين

  • جسم وزنه 20 نيوتن معلق بخيطين من نقطة واحدة.
  • الخيط الأيسر يصنع زاوية 60° مع الأفق، والخيط الأيمن يصنع زاوية 30° مع الأفق.
  • أوجد الشد في كل خيط، إذا كان الجسم متزناً.
  • الحل:
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
•الشد في الخيط الأيسر T1 يصنع زاوية 120° مع الاتجاه الموجب لمحور السينات، والشد في الخيط الأيمن T2 يصنع زاوية 30° معه، والوزن 20 نيوتن رأسياً لأسفل.الشدالخيطالأيسريصنع
∑ س = 0
  • T1 × جتا 120° + T2 × جتا 30° = 0
  • أي −T1 ÷ 2 + T2 × √3 ÷ 2 = 0
  • ومنها T1 = √3 T2
ومنها
∑ ص = 0
  • T1 × جا 120° + T2 × جا 30° − 20 = 0
  • أي T1 × √3 ÷ 2 + T2 ÷ 2 = 20
بالتعويض عن T1 = √3 T2
  • (3T2) ÷ 2 + T2 ÷ 2 = 20
  • أي 2T2 = 20
  • ومنها T2 = 10 نيوتن
ومنهانيوتن
•T1 = √3 × 10 = 10√3 ≈ 17.32 نيوتن.نيوتن

مثال (3): ثلاث قوى تكوّن مثلثاً قائم الزاوية

  • تؤثر في نقطة متزنة ثلاث قوى 5 نيوتن نحو الشرق، و12 نيوتن نحو الشمال، وقوة ثالثة. أوجد مقدار القوة الثالثة واتجاهها.
  • الحل:
  1. القوة الثالثة يجب أن تحقق ∑ س = 0 و∑ ص = 0، إذن مركباتها هي (−5، −12).
  2. مقدارها = √(52 + 122) = √169 = 13 نيوتن.
  3. ظا θ = (−12) ÷ (−5) = 12 ÷ 5، والقوة في الربع الثالث، لذا θ ≈ 180° + 67.38° = 247.38°.
  4. هذه القوى تكوّن مثلثاً قائم الزاوية أبعاده 5 و12 و13، كما هو متوقع.

مثال (4): جسم معلق بخيط وتؤثر فيه قوة أفقية

  • جسم وزنه 40 نيوتن معلق بخيط رأسي، ويؤثر فيه من الجانب قوة أفقية مقدارها 30 نيوتن ليكون متزناً في وضع مائل.
  • أوجد الشد في الخيط، وزاوية ميل الخيط مع الرأسي.
  • الحل:
  1. لنفرض الشد T وزاوية ميل الخيط مع الرأسي θ. عندئذ: T جا θ = 30 (أفقياً)، و T جتا θ = 40 (رأسياً).
  2. T2 = 302 + 402 = 900 + 1600 = 2500، ومنها T = 50 نيوتن.
  3. ظا θ = 30 ÷ 40 = 3 ÷ 4، ومنها θ ≈ 36.87°.
  4. 50 × 0.6 = 30، و50 × 0.8 = 40، وهذا صحيح.
اتزان جسم جاسئ تحت تأثير قوى مستوية · 4 / 6
أخطاء شائعة

أخطاء شائعة

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
الخطأ
  • كتابة شرط الاتزان على صورة “مجموع القوى = صفر” دون تحليل إلى مركبات
  • فإن ذلك يعني جمع مقادير القوى ذات الاتجاهات المختلفة وهو خطأ. الصواب: نجمع المركبات الأفقية والرأسية كل على حدة
كتابةالاتزانصورةمجموع
الخطأ
  • نسيان الوزن في مخطط القوى
  • أو نسيان رد الفعل العمودي عند وجود سطح. الصواب: ارسم جميع القوى المؤثرة قبل كتابة المعادلات
نسيانالوزنمخططالقوى
الخطأإغفال إشارة المركبة عند كتابة ∑ س أو ∑ ص. الصواب: ضع إشارة سالبة لكل مركبة تقع في الاتجاه السالب للمحورإغفالإشارةالمركبةكتابة
الخطأاستخدام ظا θ لحساب زاوية القوة الناتجة دون مراعاة الربع الذي تقع فيه. الصواب: تحقق من إشارتي المركبتين لتحديد الربعاستخداملحسابزاويةالقوة
اتزان جسم جاسئ تحت تأثير قوى مستوية · 5 / 6
ملخص الدرس

ملخص الدرس

  • الجسم المتزن هو الذي يكون ساكناً أو يتحرك بسرعة منتظمة، ومحصلة القوى المؤثرة عليه تساوي صفراً.
  • شرطا الاتزان لقوى مستوية متلاقية في نقطة ∑ س = 0 و∑ ص = 0.
  • نرسم مخطط القوى، ثم نحلل القوى إلى مركبات، ثم نكتب المعادلتين ونحلهما.
  • إذا اتزنت ثلاث قوى فقط فإنها تكوّن مثلثاً مغلقاً عند رسمها متتابعة.
اتزان جسم جاسئ تحت تأثير قوى مستوية · 6 / 6