الجذع المشترك العلمي · الفيزياء والكيمياء · شرح بالعربية
يساعد درس التأثيرات البينية الميكانيكية على تفسير تغير حركة جسم أو تشوهه، وتحديد الأجسام التي تؤثر فيه، وتمثيل هذه التأثيرات بقوى. نبدأ دائمًا باختيار الجسم المدروس قبل رسم أي سهم.
1. الجسم المدروس وآثار التأثير الميكانيكي
الجسم المدروس أو المجموعة المدروسة هو ما نختاره للتحليل: كرة، كتاب، أو عربة مثلًا. قد يغير التأثير الميكانيكي سرعة الجسم أو اتجاه حركته، وقد يغير شكله كما يحدث عند ضغط نابض. لا نستنتج انعدام القوى من سكون جسم؛ فالكتاب الساكن على الطاولة يتلقى تأثير الأرض وتأثير الطاولة.
2. تأثيرات التماس والتأثيرات عن بعد
تأثير التماس يحتاج إلى اتصال بين الجسمين: دفع اليد للعربة، شد الخيط، ضغط الطاولة واحتكاكها. قد يكون التماس موضعيًا أو موزعًا على سطح بحسب النموذج المستعمل. أما التأثير عن بعد فلا يحتاج إلى تماس، مثل التجاذب الأرضي والتأثير المغناطيسي. لا نخلط بين نوع التأثير والنتيجة: تأثير التماس قد يسرّع الجسم أو يبطئه.
3. القوة ومميزاتها الأربع
نمثل التأثير الميكانيكي بقوة، وهي مقدار متجهي يتميز بنقطة التأثير، وخط التأثير أو الاتجاه، والمنحى، والشدة. الوحدة هي النيوتن ورمزها N. نقيس الشدة بدينامومتر مناسب المجال. مثلًا قوة شد خيط مستقيم على كرة تكون عند نقطة ربطه، وعلى امتداد الخيط، ومنحاها نحو جهة الشد.
4. تمثيل القوة بسلم
نختار سلمًا مثل: 1 cm يمثل 2 N. قوة شدتها6 N تمثل بسهم طوله3 cm. يبدأ السهم عند نقطة التأثير، ويحترم الاتجاه والمنحى. طول السهم وحده لا يحدد شدة القوة دون معرفة السلم. نمثل ثقل جسم قرب سطح الأرض عند مركز ثقله G، باتجاه شاقولي ومنحى نحو الأسفل.
5. إنجاز حصيلة القوى
نحدد حدود الجسم المدروس ثم نبحث عن الأجسام الخارجية المتفاعلة معه: الأرض، السطح، الخيط، الهواء أو غيرها. نذكر المؤثر، ونوع التأثير، والقوة الموافقة. لا نضيف قوة اسمها «قوة الحركة» لمجرد أن الجسم يتحرك؛ الحركة وصف لحالته. وإذا أهملنا مقاومة الهواء أو الاحتكاك نصرح بذلك ضمن المعطيات.
6. التأثير متبادل لكن القوتين على جسمين مختلفين
عندما تدفع اليد الحائط، يؤثر الحائط بدوره في اليد. قوتا التأثير المتبادل لهما الشدة نفسها واتجاه مشترك ومنحيان متعاكسان، لكنهما تطبقان على جسمين مختلفين. لذلك لا نضعهما معًا في حصيلة القوى المطبقة على الحائط وحده، ولا نقول إنهما تلغيان بعضهما على جسم واحد.
خطاطة تلخيصية
مثال محلول خطوة بخطوة
6 تمارين مصححة
حاول الحل أولًا، ثم افتح التصحيح للمقارنة.
التمرين 1
صنف تأثير اليد على كرة وتأثير الأرض عليها.
إظهار التصحيح
اليد تؤثر بالتماس عند الاتصال بالكرة. الأرض تؤثر عن بعد بقوة الثقل.
التمرين 2
كتاب ساكن على طاولة أفقية. اذكر الجسم المدروس والقوى مع إهمال الهواء.
إظهار التصحيح
الجسم المدروس هو الكتاب. تؤثر الأرض بثقله إلى الأسفل، والطاولة بقوة تماس محصلتها إلى الأعلى في هذه الوضعية البسيطة. سكون الكتاب لا يعني غياب التأثيرات.
التمرين 3
مثل قوة أفقية نحو اليمين شدتها10 N بسلم 1 cm يمثل2 N.
إظهار التصحيح
طول السهم 10÷2=5 cm. يرسم من نقطة التأثير أفقيًا نحو اليمين، ويكتب اسم القوة والسلم.
التمرين 4
لماذا لا يكفي قول «قوة شدتها5 N» لوصف تمثيلها؟
إظهار التصحيح
لأن الشدة واحدة فقط من المميزات الأربع. يلزم أيضًا تحديد نقطة التأثير والاتجاه والمنحى.
التمرين 5
يد تضغط نابضًا فيقصر. ما الأثر الملاحظ؟
إظهار التصحيح
تشوه النابض، أي تغير شكله أو طوله، نتيجة تأثير ميكانيكي بالتماس. قد تزول هذه الاستطالة أو الانضغاط بعد رفع التأثير ضمن مجال المرونة.
التمرين 6
عربة تتحرك على سطح أفقي بعد تركها. هل نضيف قوة إلى الأمام باسم قوة الحركة؟
إظهار التصحيح
لا. نبحث عن الأجسام التي تؤثر فعلًا: الأرض، السطح والهواء عند عدم إهماله. قد يستمر الجسم في الحركة دون قوة دفع أمامية؛ ولا تمثل السرعة نفسها قوة.