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 على مستوى أفقي خشن

الرياضيات التطبيقية — 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.
اتزان جسم على مستوى أفقي خشن · 6 / 6