الميكانيكا
مهد نيوتن
راقب الزخم ينتقل عبر الصف إلى الكرة الأبعد.
مهد نيوتن — محاكاة الميكانيكا تفاعلية. راقب الزخم ينتقل عبر الصف إلى الكرة الأبعد. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
مهد نيوتن
صف كرات متساوية ينقل الزخم عبر تصادمات شبه مرنة — تتأرجح الكرة الأبعد خارجة بينما بالكاد تتحرك الأخريات.
حين تضرب الكرة الطرفية الصف، يسافر الزخم عبر سلسلة التلامسات. في الحالة المثالية تغادر الكرة الأخيرة بمعظم الزخم بينما تبقى الكرات الداخلية شبه ساكنة.
- الزخم محفوظ على طول الصف
- تلامسات شبه مرنة
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
إذا سحبت الكرة الأولى إلى الخلف حتى ارتفاع إفلات h وتركتها تتأرجح نحو الصف، فما الذي يحدد سرعة انطلاق الكرة الأخيرة؟
توقعات للموازنة
- تغادر الكرة الأبعد بسرعة تقارب سرعة الكرة الأولى عند الاصطدام.
- تغادر الكرة الأبعد أبطأ، لأن الكرات الوسطى تمتص بعض الحركة.
- تغادر الكرة الأبعد أسرع من سرعة اصطدام الكرة الأولى.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- كتلة الكرة (kg)
- ارتفاع الإفلات (m)
ما تقيسه:
- طاقة الإفلات الكامنة (J)
- سرعة خروج الكرة الأبعد (m/s)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة مهد نيوتن في البيئة.
- اسحب الكرة الأولى إلى الخارج والأعلى لضبط ارتفاع إفلات، ثم اقرأ ارتفاعها فوق نقطة سكونها.
- أفلت الكرة ودعها تتأرجح نزولًا نحو صف الكرات المتلامسة. راقب أي كرة تغادر في الجانب البعيد وإلى أي ارتفاع تتأرجح.
المعادلة الحاكمة
الطاقة الكامنة الثقالية — PE = m·g·h
تخزن الكرة المسحوبة طاقة تساوي وزنها في مقدار رفعك لها فوق نقطة سكونها — وهي ما يشغل تفاعل السلسلة كله بعد الإفلات.
الطاقة الحركية — KE = ½·m·v²
أثناء هبوط الكرة المُفلتة تتحول طاقتها الكامنة المخزونة إلى حركية؛ وعند الأسفل تُسلَّم تلك الطاقة الحركية كلها تقريبًا إلى الكرة الأبعد عبر سلسلة التصادمات.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لكل صف احسب طاقة الإفلات الكامنة (mgh) والطاقة الحركية للاصطدام التي ينبغي أن تحملها الكرة الأولى قبيل بلوغها أسفل تأرجحها (½mv²، مستخدمًا farSpeed المقيسة قيمةً لـv). كيف تقارن الطاقتان؟
- بانحفاظ الزخم والطاقة الحركية في سلسلة كتل متساوية، اشرح لماذا تغادر الكرة الأبعد (تقريبًا) بسرعة اصطدام الكرة الأولى، بينما بالكاد تتحرك الكرات البينية.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- لماذا بالكاد تتحرك الكرات الوسطى، رغم أن دفعة التصادم تمر عبر كل واحدة منها؟
- في البيئة، هل تتأرجح الكرة الأبعد يومًا إلى ارتفاع إفلاتك بالضبط؟ بماذا تخبرك الفجوة (إن وُجدت) عن مدى مرونة التصادمات فعلًا؟
- AP Physics 1 — Unit 4: Linear Momentum
- AP Physics C: Mechanics — Unit 4: Linear Momentum
- IB Physics — A.2 Forces and momentum
- General High School Physics — Momentum & collisions
- NGSS High School Physics — Conservation of momentum
- Middle School Physical Science — Newton's third law and collisions
- أهلًا بك في مهد نيوتن
- اضغط تشغيل
- حدد الكرة الأولى
- زخم عبر الصف
- افتح البيانات
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.