الميكانيكا
سقوط حر
راقب كل الكتل تسقط بالمعدل نفسه تحت الجاذبية.
سقوط حر — محاكاة الميكانيكا تفاعلية. راقب كل الكتل تسقط بالمعدل نفسه تحت الجاذبية. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
السقوط الحر
في جاذبية منتظمة بلا مقاومة هواء، تسقط كل الأجسام بالتسارع g نفسه مهما كانت كتلتها.
بصيرة غاليليو: الكتلة تُحذف من F = ma عندما تكون القوة الوحيدة هي الوزن. الأجسام الخفيفة والثقيلة المُطلقة معًا تصل إلى الأرض معًا في هذا المشهد المثالي.
- y = y₀ + v₀t + ½gt²
- a = g (متساوية لجميع الكتل)
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
أفلِت كرة خفيفة وأخرى متوسطة وثالثة ثقيلة من الارتفاع نفسه في اللحظة نفسها. أيها تبلغ الأرض أولًا؟
توقعات للموازنة
- الكرة الأثقل تسقط أسرع وتهبط أولًا.
- الثلاث يسقطن بالمعدل نفسه ويهبطن معًا.
- الكرة الأخف تسقط أسرع وتهبط أولًا.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الكتلة (kg)
- الزمن المنقضي (s)
ما تقيسه:
- سرعة السقوط (m/s)
- الزخم (kg·m/s)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة السقوط الحر. سترى ثلاث كرات مختلفة الأحجام مصطفة عند الارتفاع نفسه.
- ثبّت مسبر الارتفاع على الكرة المتوسطة وتأكد من بدء الكرات الثلاث عند الموضع y نفسه.
- شغّل المحاكاة واستخدم ساعة الإيقاف/عدّاد الإطارات لتوقيت سقوط كل كرة.
المعادلة الحاكمة
الزخم — p = m·v
رغم أن الكرات الثلاث تتشارك سرعة السقوط نفسها عند لحظة معينة، تختلف زخومها لأن الزخم يتناسب مع الكتلة — ولهذا تُحدث الكرة الثقيلة ضررًا أكبر عند الاصطدام رغم أنها لا تسقط أسرع.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- قارن سرعات سقوط الكرات الخفيفة والمتوسطة والثقيلة عند الزمن نفسه. ماذا تلاحظ؟
- باستخدام بياناتك، احسب التسارع (Δسرعة / Δزمن) لكل كرة. كيف يقارن بـ g = 9.8 m/s²؟
أين يظهر هذا خارج المختبر
- الريشة وكرة البولينغ المفلتتان في هواء حقيقي لا تهبطان معًا. أي قوة، غائبة عن هذه المحاكاة المثالية، تسبب ذلك الاختلاف؟
- أفلت رواد فضاء على القمر مطرقة وريشة فهبطتا معًا. اشرح لماذا القمر مكان أفضل من الأرض لمشاهدة هذا الاستعراض بأجسام حقيقية.
- AP Physics 1 — Unit 1: Kinematics
- AP Physics C: Mechanics — Unit 1: Kinematics
- IB Physics — A.1 Kinematics
- General High School Physics — Motion & kinematics
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Middle School Physical Science — Stored (potential) energy
- Middle School Physical Science — Energy in, energy out
- أيها تهبط أولًا؟
- اختبر الكتلة
- سجّل السقوط
- اقرأ الرسم البياني
- فسّر دليلك
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.