الميكانيكا
كرة على مستوى مائل
راقب الكرة تتسارع وهي تنحدر على الميل.
كرة على مستوى مائل — محاكاة الميكانيكا تفاعلية. راقب الكرة تتسارع وهي تنحدر على الميل. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
الجاذبية على مستوى مائل
على مستوى مائل أملس، تشد الجاذبية الكرة على طول الميل. المركبة الموازية للمستوى وحدها تسرّع الكرة.
تعمل الجاذبية نحو الأسفل مباشرة. على سطح مائل تحللها إلى مركبتين: موازية للمستوى (مسببة التسارع) وعمودية عليه (يوازنها القوة العمودية). لهذا تتدحرج الكرة من تل على الرغم من أن الجاذبية تشير نحو الأسفل دومًا.
- F∥ = mg sin θ
- a = g sin θ (بدون احتكاك)
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
يُطلق كرة أثقل وأخرى أخف من السكون عند الارتفاع نفسه على مستوى مائل أملس. أيهما تصل إلى الأسفل أولًا؟
توقعات للموازنة
- الكرة الأثقل تصل إلى الأسفل أولًا.
- تصل الكرتان إلى الأسفل بالسرعة نفسها.
- الكرة الأخف تصل إلى الأسفل أولًا.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الكتلة (kg)
- زاوية المستوى (°)
- ارتفاع الإفلات (m)
ما تقيسه:
- الطاقة الكامنة الثقالية (J)
- السرعة عند الأسفل (m/s)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة المستوى المائل الجاهزة. دوّن زاوية ميل المستوى وكتلة الكرة وارتفاعها الابتدائي فوق قاعدة المستوى.
- استخدم لوحة الخصائص لضبط كتلة الكرة وزاوية المستوى لهذه التجربة، ودوّن الارتفاع الرأسي الابتدائي للكرة فوق قاعدة المستوى.
- شغّل المحاكاة وسجّل قراءة سرعة الكرة (المسبر) لحظة وصولها إلى أسفل المستوى.
المعادلة الحاكمة
الطاقة الكامنة الثقالية — PE = m·g·h
ارتفاع الكرة فوق قاعدة المستوى يخزن طاقة كامنة ثقالية قبل الإفلات — ميزانية الطاقة التي تتحول إلى حركة أثناء التدحرج.
الطاقة الحركية — KE = ½·m·v²
على مستوى أملس تكون كل الطاقة الكامنة الابتدائية قد تحولت إلى طاقة حركية عند وصول الكرة إلى الأسفل، وهو ما يثبت سرعتها النهائية.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لكل صف احسب 1/2 m v^2 مستخدمًا سرعة الأسفل المقيسة. قارنها بعمود الطاقة الكامنة الثقالية. ماذا تلاحظ؟
- تستخدم تجاربك الثلاث زوايا ميل مختلفة. هل تغيير الزاوية وحدها، عند الارتفاع الابتدائي نفسه، يغيّر السرعة النهائية؟ استخدم انحفاظ الطاقة لتبرير إجابتك.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- يعتمد عمود الطاقة الكامنة الثقالية على الكتلة، لكن السرعة النهائية المقيسة لا تعتمد عليها. اشرح لماذا لا تصل الكرة الأثقل إلى الأسفل قبل الأخف على مستوى أملس.
- للمستوى الحقيقي احتكاك، والكرة المتدحرجة فعلًا تصرف بعض طاقتها في اكتساب دوران أثناء التدحرج. أتتوقع سرعة نهائية أعلى أم أدنى من تنبؤك للأملس؟ ولماذا؟
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Force, mass, and motion
- توقّع: هل الكتلة مهمة؟
- غيّر: ضاعف كتلة الكرة
- شغّل: سجّل تجربتين
- اقرأ الرسم البياني
- فسّر: النتيجة المفاجئة
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.