الميكانيكا
حركة دائرية
تدور الكرة عند نصف قطر ثابت: شد القضيب هو القوة المركزية (F = m·v²/r)، مشيرًا دائمًا نحو المركز. ضع مؤقتًا على الكرة لقراءة دورتها المدارية.
حركة دائرية — محاكاة الميكانيكا تفاعلية. تدور الكرة عند نصف قطر ثابت: شد القضيب هو القوة المركزية (F = m·v²/r)، مشيرًا دائمًا نحو المركز. ضع مؤقتًا على الكرة لقراءة دورتها المدارية. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
الحركة الدائرية المنتظمة
جسم في دائرة بسرعة ثابتة ما يزال يتسارع نحو المركز لأن اتجاه السرعة يتغير باستمرار.
التسارع المركزي يشير إلى الداخل حتى عند ثبات السرعة. لكرة على قضيب، يوفر القضيب القوة المركزية التي تحني المسار دائرة.
- a_c = v²/r
- F_c = mv²/r
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
كرة على قضيب تدور حول محور مركزي ثابت بسرعة ثابتة. إذا زدت سرعتها المدارية مع إبقاء نصف القطر نفسه، فهل زمن اللفة الكاملة (الزمن) يطول أم يقصر أم يبقى كما هو؟
توقعات للموازنة
- يطول الزمن (يستغرق وقتًا أكثر لكل لفة).
- يبقى الزمن كما هو (السرعة لا تؤثر في الزمن).
- يقصر الزمن (يستغرق وقتًا أقل لكل لفة).
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الكتلة m (kg)
- نصف القطر r (m)
- السرعة المدارية v (m/s)
ما تقيسه:
- القوة المركزية F = mv²/r (N)
- الزمن T (لفة واحدة) (s)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة الحركة الدائرية. دوّن طول القضيب (نصف قطر المدار) وكتلة الكرة، وتأكد من إطفاء الجاذبية — القضيب وحده يوفر القوة التي تحني المسار.
- تأكد من تثبيت مسبر السرعة على الكرة، وضع مؤقتًا عليها لتوقيت لفة كاملة.
- لكل تجربة أدناه، اضبط كتلة الكرة وطول القضيب (نصف القطر) وسرعتها المماسية الابتدائية، ثم اضغط تشغيل ووقّت لفة كاملة.
المعادلة الحاكمة
القوة المركزية — F = m·v² / r
القوة إلى الداخل التي يجب أن يوفرها القضيب لتبقى الكرة في دائرة لا في خط مستقيم. تعتمد على كتلة الكرة وسرعتها المدارية (الثابتة) ونصف قطر الدائرة — وهي الشد الذي تشعر به في القضيب عند إعدادات كل تجربة.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، أظهر عملك في حساب الزمن من نصف القطر والسرعة اللذين ضبطتهما (T = 2πr/v) وقارنه بقراءة المؤقت في المحاكاة.
- عبر محاولاتك الثلاث، كيف يغير رفع السرعة عند نصف قطر ثابت الزمن؟ وكيف يغير رفع نصف القطر عند سرعة ثابتة الزمن؟ اشرح كليهما باستخدام T = 2πr/v.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- تطفئ هذه التجربة الجاذبية ليكون الحرك منتظمًا حقًا. لو أُعيد تشغيل الجاذبية والقضيب ما يزال يرسم دائرة أفقية، فهل تبقى سرعة الكرة ثابتة عبر اللفة كلها؟ ولماذا؟
- الجسم المداري الحقيقي (ككرة على خيط يُدار باليد) يفقد قليلًا من الطاقة في مقاومة الهواء وفي المحور مع كل لفة. أتتوقع أن يبقى زمنه المقيس ثابتًا تمامًا عبر لفات كثيرة، أم ينحرف — وفي أي اتجاه؟
- AP Physics 1 — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
- AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
- General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
- NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces
- أهلًا بك في الحركة الدائرية
- حدد الكرة
- اضغط تشغيل
- انعطاف دائم
- افتح البيانات
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.