القوى في الفيزياء (الشد والثقل والمرونة) — العلوم الفيزيائية للسنة الثانية متوسط

الكفاءة المستهدفة

التعرف على بعض أنواع القوى (الثقل، الشد، المرونة) وتمثيلها وقياسها.

مفهوم القوة

القوة هي كل مؤثر خارجي يغير من حالة الجسم (الساكن يتحرك، المتحرك يتوقف أو يغير سرعته أو اتجاهه). القوة كمية متجهة نرمز لها بـ F. وحدة قياسها في النظام الدولي هي النيوتن (N).

أنواع القوى

1. قوة الثقل (P)

هي قوة جذب الأرض للأجسام. اتجاهها نحو مركز الأرض (شاقولي إلى الأسفل). نقطة تطبيقها تسمى مركز الثقل. العلاقة بين الثقل والكتلة: P = m × g حيث g = 9.81 N/kg.

2. قوة الشد (T)

هي القوة التي يؤثر بها خيط أو حبل على جسم مربوط به. اتجاهها يكون على طول الحبل بعيداً عن الجسم.

3. قوة المرونة (قوة النابض)

هي القوة التي يؤثر بها نابض عند شده أو ضغطه. تخضع لقانون هوك: F = k × Δl حيث k ثابت المرونة (N/m) و Δl الاستطالة (m).

جهاز قياس القوى

يقاس شدة القوى بجهاز يسمى الدينامومتر (مقياس القوة). يعتمد مبدأ عمله على قانون هوك: كلما زادت القوة المؤثرة على النابض زادت استطالته.

أمثلة محلولة

مثال 1:

جسم كتلته 5kg. أحسب ثقله.
P = m × g = 5 × 9.81 = 49.05 N

مثال 2:

نابض ثابت مرونته 100 N/m شد بقوة 20N. احسب استطالته.
Δl = F ÷ k = 20 ÷ 100 = 0.2 m = 20 cm

تمارين

1. ما الفرق بين الكتلة والثقل؟
2. علق جسم كتلته 200g بدينامومتر. ماذا يشير الدينامومتر؟ (g = 10 N/kg)
3. نابض استطالته 4cm تحت تأثير قوة 8N. احسب ثابت مرونته.

نشاط منزلي

أحضر مطاطة (مرنة) وعلق بها أغراضاً مختلفة (ممحاة، قلم، دفتر صغير). لاحظ مقدار استطالة المطاطة مع كل غرض. ما العلاقة بين ثقل الغرض والاستطالة؟