بعض تطبيقات توازن جسم صلب خاضع لقوتين Quelques applications de l équilibre d un solide soumis à deux forces األدهاا *التذكير بشرطي توازن جسم صلب خاضع لقوتين. *معرفة و تطبيق العالقة =T. K *تعريف دافعة أرخمياس وتحايا مميزاتها. *تطبيق العالقة Fa=ρ V g : - I توازن جسم صلب خاضع لقوتين : Equilibre d un solide soumis à deux forces - تذكير بشرطي توازن جسم صلب خاضع لقوتين : عندما يكون جسم صلب في توازن تحت تأثير قوتين و ( الشكل جانبه( فإن :. * المجموع المتجهي لهاتين القوتين منعام : = + ودهذا شرط أول الزم لسكون مركز قصور الجسم الصلب. * للقوتين نفس خط التأثير. ودهذا شرط لغياب دوران الجسم الصلب في األول. حالة تحقق الشرط 2 -نشاط : أتمم مأل الجدول التالي وذلك بأن تذكر هل الجسم في توازن أم ال ثم تذكر السبب في العمود الثالث: الشكل حالة توازن السبب
- - II القوة المطبقة من طر نشاط : نابض : - 2 بتطبيق شرطا التوازن عين مميزات القوى نعطي. m=00g - 3 مثل هذه القوى. * حصيلة النشاط : المطبقة من طرف النابض على الجسم (S). يخضع الجسم (S) لتأثر كل من وزنه التوازن نحصل على : وتأثير النابض وبما أنه في حالة توازن فإنه بتطبيق شرطي + = للقوتين نفس خط التأثير. - - ندرس توازن جسم صلب (S) كتلته m معلق بنابض ذي لفات غير متصلة وكتلته مهملة )الشكل --( - أجرد القوى المطبقة على الجسم (S). إذن يمكن أن نستخرج مميزات القوة )شكل -2-( : * نقطة التأثير : M )نقطة التماس بين النابض والجسم (S)(. من خالل الشرط األول للتوازن لدينا - = يمكن أن نستنتج المنحى و الشدة : * المنحى : منحيان متعاكسان )من M نحو األعلى (. * الشدة : القوتان تتوازنان. T=P=mg من خالل الشرط الثاني للتوازن فإن : * خط التأثير : المستقيم الرأسي المار من G وM. - 2 العالقة بين توتر النابض و إطالته : يسمح التركيب التجريبي جانبه )الشكل- 3 -( بتدريج نابض حيث نعلق بطرفه األسفل أجساما مختلفة ذات كتل معروفة )كتل معلمة (. نسمي l الطول األصلي للنابض و l طول النابض عند تعليق جسم ذي كتلة معينة m و إطالة النابض. 2
- أكتب العالقة بين l و. l نسمي القوة التي يطبقها النابض على الجسم. - 2 حدد مميزات القوة. تسمح التجربة بخط منحنى تغيرات بداللة )الشكل- 4 -(: - 3 أكتب العالقة بين و. - 4 علما أن المعامل الموجه للمستقيم يمثل صالبة النابض حيث أنه معامل مميز للنابض حدد صالبة النابض المدروس. - 5 مالفائدة من هذه التجربة. * حصيلة النشاط : من خالل الشكل- 3 - يمكن التعبير عن إطالة النابض بالعالقة : وبتمثيل منحنى تغيرات معادلته على الشكل : بداللة T=a نحصل على مستقيم يمر من أصل المعلم تكتب تمثل a المعامل الموجه للمستقيم ويعبر عن صالبة النابض وهو ثابتة تتعلق بالنابض زيرمز لها في الفيزياء ب K ويعبر عنها بالوحدة N/m حيث : T= K إذن صالبة النابض المستعمل في التجربة هو : K= = 50N/m يمكن استخاام النابض كاينانومتر. - III دافعة أرخمياس : -تعريف : دافعة أرخمياس دهي الفوة تماس موزعة مطبقة من طر المغمورة فيه كليا أو جزئيا. جسم مائع )سائل أو غاز ) على األجسام توجد هي الحياة عدة ظواهر يمكن تفسيرها إنطالقا من دافعة أرخميدس : * أجسام تستطيع السباحة فوق سطح الماء : - باخرة. - قطعة خشب. )أنظر المحاكاة ) - صفيحة في وضع أفقي. - قنينة زجاجية فارغة ومسدودة. * وأجسام تغمر كليا : - الغواصات. - جسم فلزي. )أنظر المحاكاة ) - صفيحة في وضع أفقي. - قنينة زجاجية مليئة بالماء ومسدودة. إذن مالعوامل التي تؤثر على دافعة أرخمياس فتجعل األجسام األولى تطفو و األخيرة تغطس 3
2 -العوامل المؤترة على دافعة أرخميدس : أ- تأثير الحجم المزاح و عمق الغمر : ننجز التركيب التجريبي الممثل في الشكل- 5 حيث قمنا بغمر جسم ذو كتلة معروفة في الماء يظهر لنا الدينانومتر مختلف قيم وزن الجسم عند كل تجربة. الفرق بين وزن الجسم خارج الماء و وزنه داخل الماء)القيمة التي يشير لها الدينانومتر( تمتل دافعة أرخميدس ونرمز لها ب P. A * ماذا تستنتج * حصيلة النشاط : - وزن الجسم هو,3N. - تتناقص القيمة التي يشير لها الدينانومتر كلما زاد حجم الجسم المغمور. - حين يغمر الجسم كليا في الماء يشير الدينانومتر للقيمة 0,86N هذه القيمة التتغير رغم تغير عمق الغمر.)الجسم مغمور كليا في الماء( )أنظر المحاكاة : دافعة أرخميدس( * تفسير : السائل الذي يغمر فيه الجسم يطبق قوة ضاغطة على كل مساحته كما هو موضح هي الشكل- 6 هذه القوة هي التي تدفع بالجسم نحو األعلى حيث: )أنظر المحاكاة : دافعة أرخميدس 2 ( - إذا كان الجسم مغمورا جزئيا في الماء )الشكل-أ و ب-(: فإن دافعة أرخميدس ناتجة هذه القوة و التي تدفع بالجسم نحو األعلى. وكلما زاد الحجم المغمور إال وزادت القوة. - إذا كان الجسم مغمورا كليا في الماء )الشكل-ج وت-( :في هذه الحالة المساحة العليا من الجسم تخضع لقوة متجهة نحو األعلى أكبر من القوة التي تخضع لها المساحة السفلى والتي تتجه نحو األسفل. 4
دافعة أرخميدس هي القوة الناتجة عن مجموع القوى الضاغطة التي يخضع لها الجسم وتتجه نحو األعلى. * استنتاج: - دافعة أرخمياس تتعلق بحجم الجسم المغمور فهي تزداد كلما زاد حجم الجسم المغمور. - دافعة أرخمياس لجسم مغمور كليا في سائل ال تتعلق بعمق غمر دهذا الجسم في السائل. *تطبيق : فكرة عمل الغواصة الغواصة تعتمد على قانون ارخميدس حيث التحكم في عمقها في الماء. تحتوى على خزانات يتم من خاللها التحكم في وزن الغواصة ومن ثم عندما نريد رفع الغواصة إلى سطح الماء فيتم ذلك بفتح الصمامات السفلية للغواصة و ضخ هواء مضغوط من األعلى ليتم تفريغ الغواصة من الماء فيقل وزنها فترتفع إلى السطح)الشكل-ب-(. أما عند إنزالها تحت سطح الماء يتم فتح الصمامات العلوية للحاوية في الغواصة كي يحل الماء محل الهواء فيزداد وزن الغواصة لتهبط إلى عمق معين تحت سطح الماء)الشكل-ت و ج-(. 5
ب- تأثير شكل ووضعية الجسم المغمور : نغمر كتال متساوية ألجسام مختلفة الشكل مرتبطة بدينانومتر )الشكل- 7 -(: نالحظ أن القيم التي يشير لها الدينانومتر متساوية وهذا يعني أن دافعة أرخمياس ال تتعلق بشكل الجسم وال بوضعية غمره. ج- تأثير السائل : نغمر نفس الجسم بالتتابع في سوائل مختلفة )الشكل- 8 -( : نالحظ أن دافعة أرخميدس : ) في الماء ( 000Kg/m3 ماء - ) هي:.0,90N في الزيت ) 880Kg/m3 زيت - إذن فاافعة أرخمياس تتعلق بالكتلة الحجمية للسائل فهي تزداد كلما كانت الكتلة الحجمية للسائل أكبر. 6
3 -مميزات دافعة أرخميدس: * نقطة التأثير : مركز الدفع )مركز الجزء المغمور (. *خط التأثلر : شاقولي. * المنحى :نحو األعلى. * الشاة : بما أن شدة دافعة أرخميدس ال تتعلق سوى بحجم الجزء المغمور من الجسم و طبيعة السائل الذي غمر فيه الجسم )كتلته الحجمية( فيمكن أن نستنتج أن تعبير شدة دافعة أرخميدس يكتب على الشكل التالي : F a =ρ V g حيث : ρ: هي الكتلة الحجمية للسائل.)Kg/m3( حجم السائل المزاح =حخم الجزء المغمور من الجسم) m3 (. V: g: شدة الثقالة. 7