وصف وشرح الحركة
تبدأ الفيزياء بالحركة. يبني هذا القسم الأول أدواتك: الرسوم البيانية التي تصف الحركة، والمعادلات التي تربط السرعة والتسارع والمسافة، والقوى التي تسبب كل تغيير، و( P ) الزخم والعزوم التي تفسر مناطق الانهيار وعوارض التوازن.
فيزياء Edexcel International GCSE 4PH1، القسم 1 (العبارات 1.1–1.33P). العبارات المرفقة بـ P هي امتداد العلوم المنفصلة، وتُقيّم في ورقة 2P؛ الوحدات التي يجب حفظها تشمل النيوتن (N)، و( P ) نيوتن-متر و kg m/s.
الحركة والموقع
السرعة المتوسطة = المسافة المقطوعة ÷ الزمن المستغرق. على الرسم البياني للمسافة-الزمن الميل هو السرعة: خط مستقيم مائل يعني سرعة ثابتة، ومنحنى يعني تسارعًا، وخط أفقي يعني السكون. التسارع هو تغير السرعة لكل ثانية:
على الرسم البياني للسرعة-الزمن الميل هو التسارع والمساحة بين الخط ومحور الزمن هي المسافة المقطوعة.
تحقق محلول. تتسارع سيارة من 4 م/ث إلى 16 م/ث في 6 ثوانٍ: $a = (16 - 4)/6 = 2\ \mathrm{m/s^2}$. المسافة المقطوعة $= \frac{1}{2}(4 + 16) \times 6 = 60$ متر.
القوى والحركة
تغير القوى سرعة الجسم أو شكله أو اتجاهه. القوة متجه (حجم + اتجاه)؛ كميات قياسية مثل السرعة لها حجم فقط. على طول خط واحد، تُجمع القوى: سحبان 5 N ضد سحب واحد 8 N يعطي قوة محصلة مقدارها 2 N. احتكاك يعاكس الحركة. القوة غير المتوازنة تسبب التسارع:
تحقق محلول. سيارة كتلتها 1200 كجم مع قوة دفع قدرها 3600 N ضد مقاومة قدرها 1200 N: $F = 2400$ نيوتن؛ $a = 2400/1200 = 2\ \mathrm{m/s^2}$. الوزن عند $g = 10$ ن/كجم: $W = 1200 \times 10 = 12\,000$ نيوتن.
مسافة التوقف = مسافة التفكير + مسافة الفرامل. يزداد التفكير مع السرعة وزمن الاستجابة (الإرهاق، الكحول، الهواتف)؛ تزداد الفرامل مع مربع السرعة والكتلة والفرامل الضعيفة وقبضة ضعيفة (طرق مبللة أو متجمدة، إطارات مهترئة).
الأجسام الساقطة تتسارع طالما يتجاوز وزنها مقاومة الهواء؛ مع زيادة السرعة، تزداد مقاومة الهواء، وتقل المحصلة، حتى يصبح الوزن = مقاومة الهواء — السرعة النهائية.
القوى والشكل
يمتد الزنبرك عند تحميله. في المنطقة الخطية الأولية، يكون الامتداد متناسباً مع القوة — قانون هوك؛ وبعيداً عن حد التناسب ينحني. السلوك المرن يستعيد الشكل الأصلي عند إزالة القوة. عملي: علق كتلاً على زنبرك (أو شريط مطاطي)، ورسم العلاقة بين القوة والامتداد.
الزخم والعزوم (P)
الزخم (كجم م/ث) يُحفظ في التصادمات: المجموع قبل = المجموع بعد. الميزات الأمنية تعمل بتمديد زمن التصادم، sehingga بالنسبة لنفس التغير في الزخم تكون القوة أصغر — مناطق الانطواء، أحزمة الأمان، الوسائد الهوائية. قانون نيوتن الثالث: لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
العزم = القوة × المسافة العمودية من نقطة الارتكاز. تتوازن العارضة عندما عزوم الساعة = عزوم عكس اتجاه الساعة؛ وتعمل وزن الجسم عبر مركز ثقله.
فحص محلل. طفلان (300 N على مسافة 0.4 م، 200 N على مسافة 0.6 م من نقطة الارتكاز) على أرجوحة: عزوم الساعة تساوي $200 \times 0.6 = 120$ ن.م؛ وعزوم عكس اتجاه الساعة تساوي $300 \times 0.4 = 120$ ن.م — متوازنة.
تحقق من نفسك
- ماذا يعطي ميل رسم بياني للمسافة-الزمن، وماذا يعطي ميل رسم بياني للسرعة-الزمن؟
- يقطع راكوب دراجة 900 م في 3 دقيقة. احسب السرعة المتوسطة بوحدة م/ث.
- احسب التسارع من سرعة 30 م/ث إلى السكون في 5 ثانية.
- اذكر المعادلة التي تربط بين القوة غير المتزنة والكتلة والتسارع، ووحدتها.
- اذكر عاملين يطيلان مسافة التفكير وعاملين يطيلان مسافة الفرملة.
- اشرح، بدلالة القوى، لماذا يصل القافز بالمظلة إلى السرعة النهائية.
- صِغ قانون هوك.
- (P) عداء كتلته 60 كجم وسرعته 8 م/ث: احسب الزخم.
- (P) اشرح كيف تحمي منطقة الانطواء الركاب.
- (P) ما هو عزم قوة مقدارها 50 N على مسافة 0.3 م من نقطة الارتكاز؟
الإجابات: 1 السرعة؛ التسارع (ومساحة تحت خط السرعة-الزمن هي المسافة)؛ 2 $900/180 = 5$ م/ث؛ 3 $a = (0 - 30)/5 = -6\ \mathrm{m/s^2}$ (تباطؤ مقداره 6 م/ث²)؛ 4 F = ma، حيث F بالنيوتن؛ 5 التفكير — سرعة أعلى، وقت رد فعل أطول؛ الفرملات — سرعة أعلى (سرعة²)، كتلة، فرامل/إطارات سيئة، طرق رطبة أو جليدية؛ 6 المقاومة تزداد مع السرعة حتى تساوي الوزن — المحصلة والتسارع يصلان إلى الصفر، لذا السرعة ثابتة؛ 7 الامتداد متناسب مع القوة، حتى حد التناسب؛ 8 (P) $p = 60 \times 8 = 480\ \mathrm{kg\,m/s}$؛ 9 (P) تنطوي، مما يطيل زمن التصادم؛ القوة = التغير في الزخم ÷ الزمن، فكلما طُول الزمن كانت القوة على الركاب أصغر؛ 10 (P) $50 \times 0.3 = 15$ ن.م.