الميكانيكا
حركة مقذوف
راقب المسار المكافئ بينما تحني الجاذبية المسار نحو الأسفل.
حركة مقذوف — محاكاة الميكانيكا تفاعلية. راقب المسار المكافئ بينما تحني الجاذبية المسار نحو الأسفل. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
استقلال الحركة
الحركتان الأفقية والرأسية مستقلتان. تبقى السرعة الأفقية ثابتة (بإهمال مقاومة الهواء) بينما تشد الجاذبية الجسم نحو الأسفل.
أظهر غاليليو أن الحركة الأفقية للمقذوف لا تؤثر في سقوطه الرأسي. تستطيع معالجة الحركة كمسألتين منفصلتين: سرعة ثابتة على x، وتسارع ثابت على y بفعل الجاذبية. جمعهما يرسم قطعًا مكافئًا.
- x = v₀ cos θ · t
- y = v₀ sin θ · t − ½gt²
- المدى R ≈ (v₀² sin 2θ) / g
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 أطلقت الكرة بسرعة أكبر، فكيف يتغير طاقتها الحركية عند الإطلاق وأقصى ارتفاعها؟
توقعات للموازنة
- كلاهما يزيد
- يبقيان كما هما
- الطاقة الحركية تزيد لكن الارتفاع يبقى نفسه
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الكتلة m (kg)
- سرعة الإطلاق v (m/s)
ما تقيسه:
- KE = ½mv² (J)
- أقصى ارتفاع h (m)
كيف يجري التحقيق
- افتح محاكاة المقذوف واضغط إعادة.
- فعّل مسبار السرعة وعرض الارتفاع — يُقاس الارتفاع من الأرضية وليس من نقطة الإطلاق، لذا فهو يتضمن ارتفاع إطلاق الكرة الثابت البالغ 1.2 م.
- اضبط سرعة الإطلاق لكل تجربة أدناه، واضغط تشغيل، وسجّل القيم العظمى.
المعادلة الحاكمة
الطاقة الحركية — KE = ½·m·v²
طاقة الحركة عند الإطلاق، من الكتلة وسرعة الإطلاق التي ضبطتها لكل تجربة.
الطاقة الكامنة الثقالية — PE = m·g·h
الطاقة المخزنة عند أقصى ارتفاع للكرة، مقروءة من ارتفاع الكرة فوق الأرضية — وليس فوق نقطة الإطلاق. لأن هذا الإطلاق بزاوية (وليس مباشرة للأعلى)، فقط المكون الرأسي لسرعة الإطلاق يتحول إلى ارتفاع إضافي فوق الإطلاق: يحمل 64% من KE الإطلاق عند هذه الزاوية (الباقي يبقى حركة أفقية، موجودة عند الذروة). لكن قراءة الارتفاع تتضمن أيضاً ارتفاع الإطلاق الثابت البالغ 1.2 m فوق الأرضية، لذا PE عند الذروة يساوي m·g·(1.2 m + rise) — ليس ببساطة 0.64× من KE الإطلاق، والنسبة بينهما تتغير مع السرعة بدلاً من البقاء ثابتة.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- أظهر عملك في حساب KE = ½mv² لمحاولة واحدة وقارنه بقراءة الطاقة الحركية في المحاكاة.
- صِف العلاقة بين الطاقة الحركية عند الإطلاق وأقصى الارتفاع. هل هي خطية؟ استشهد بأرقام من جدولك.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- عند سرعة ثابتة، أي زاوية إطلاق تعطي أكبر ارتفاع أقصى؟ علّل.
- المقذوفات الحقيقية لا تبلغ الارتفاع الذي يتنبأ به جدولك. إلى أين تذهب الطاقة المفقودة؟
- 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
- توقّع: ماذا يحدث لأقصى ارتفاع؟
- غيّر: اضبط سرعة الإطلاق على 8 m/s
- شغّل: سجّل تجربتين
- اقرأ الرسم البياني
- فسّر: ماذا لاحظت؟
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.