Physics Challenge Slides
فيزياء ٢ • المرحلة الثانوية
ملف الإنجاز والتقويم التكويني
بنك الأسئلة الشامل • الفصل الدراسي الثاني
تحدي المفاهيم والمسائل الفيزيائية
سلسلة متدرجة من الأسئلة التحصيلية متبوعة بالحل النموذجي والتحليل العلمي خطوة بخطوة
الحركة الدورانية والعزم
ديناميكا الدوران والاتزان
الزخم والطاقة وحفظهما
الدفع والتصادمات وقوانين الحفظ
الموائع والاهتزازات
باسكال وأرخميدس والموجات
السؤال ٠١
الوحدة الأولى: الحركة الدورانية وديناميكا العزم
سؤال اختياري للمناقشة
يحاول عامل صيانة فك صامولة صدئة بقوة مقدارها \( 120\,\text{N} \). أي الإجراءات التالية يحقق أكبر عزم تدوير ممكن لفك الصامولة بأقل جهد مبذول؟
أ استخدام مفتاح شد أقصر وتطبيق القوة بزاوية \( 30^\circ \)
ب استخدام مفتاح شد أطول وتطبيق القوة عمودياً عند نهايته
ج تطبيق القوة باتجاه يمر مباشرة بمركز الصامولة ومحور الدوران
د مضاعفة القوة المطبقة مع جعل زاوية التأثير موازية للذراع
فكر في العوامل الفيزيائية المؤثرة في العزم: القوة، المسافة عن المحور، والزاوية. الشريحة التالية تتضمن الحل والتفسير
الحل والتعليل ٠١
إجابة سؤال عزم القوة وذراع القوة
الخيار الصحيح: (ب)
نص الإجابة النموذجية
استخدام مفتاح شد أطول وتطبيق القوة عمودياً عند أبعد نقطة عن المحور.
القانون الرياضي للعزم (\(\tau\)):
\[ \tau = F \cdot r \cdot \sin\theta \]
١. زيادة ذراع القوة (\(r\))
كلما زاد طول المفتاح، زادت المسافة العمودية عن محور الدوران، مما يضاعف العزم لنفس القوة المطبقة.
٢. الزاوية المثلى (\(\theta = 90^\circ\))
تطبيق القوة عمودياً يجعل \( \sin(90^\circ) = 1 \)، وهو الحد الأقصى لقيمة دالة الجيب، بينما ينعدم العزم عند \( \theta = 0^\circ \).
تنبيه المفاهيم الشائعة
إذا مرت القوة بمحور الدوران (\(r=0\))، فإن العزم الناتج يساوي صفراً مهما بلغت شدة القوة.
التطبيق العملي: مقابض الأبواب ومفاتيح البراغي دائماً توضع عند أبعد مسافة ممكنة لتقليل القوة المطلوبة. ملف الإنجاز • بطاقة المفاهيم
السؤال ٠٢
الوحدة الثانية: الزخم وحفظه ونظرية الدفع
مسألة تحليل وتفسير علمي
تعتمد أنظمة السلامة الحديثة في السيارات على الوسائد الهوائية (Airbags) ومقدمة الهيكل القابلة للتشوه. من منظور فيزيائي بحت معتمد على نظرية (الدفع - الزخم):
كيف تقلل الوسادة الهوائية من الإصابات الخطيرة لركاب السيارة أثناء التوقف المفاجئ؟
أ تقليل مقدار التغير الكلي في الزخم (\(\Delta p\)) للسائق
ب زيادة زمن التأثير (\(\Delta t\)) وبالتالي تقليل قوة الاصطدام المؤثرة (\(F\))
ج تقليل زمن التوقف إلى الصفر لحظياً لامتصاص كامل الطاقة
د زيادة كتلة السائق المؤثرة لمقاومة القصور الذاتي للسيارة
استحضر العلاقة العكسية بين القوة والزمن عند ثبات مقدار الدفع. الشريحة التالية تتضمن الحل والتفسير
الحل والتعليل ٠٢
إجابة نظرية (الدفع - الزخم) والسلامة
الخيار الصحيح: (ب)
الإجابة النموذجية
زيادة زمن التوقف والتأثير (\(\Delta t\)) يؤدي مباشرة إلى تخفيض القوة المؤثرة (\(F\)) على جسم السائق.
معادلة نظرية الدفع - الزخم:
\[ F \cdot \Delta t = \Delta p = m \cdot (v_f - v_i) \]
١. التغير في الزخم مقدار ثابت
بما أن سرعة السائق الابتدائية وسرعته النهائية (\(0\)) ثابتتان، فإن التغير في الزخم (\(\Delta p\)) مطلوب إنجازه في كل الأحوال.
٢. العلاقة العكسية (\(F = \frac{\Delta p}{\Delta t}\))
عند زيادة فترة التصادم بالانتفاخ المرن للوسادة بمقدار \(10\) أضعاف مثلاً، فإن القوة الواقعة على الرأس والصدر تنخفض إلى العُشر (\(1/10\)).
٣. توزيع مساحة القوة
كما تعمل الوسادة على توزيع القوة على مساحة سطحية أوسع (\(P = F/A\)) مما يمنع تركيز الضغط.
ربط بالحياة: نفس المبدأ يُطبق في حلبات الملاكمة (القفازات المبطنة) وهبوط لاعبي القفز العالي على وسائد إسفنجية. ملف الإنجاز • التحليل الفيزيائي
السؤال ٠٣
الوحدة الثالثة: الشغل والقدرة والآلات
مسألة شروط بذل الشغل
يحمل طالب حقيبة كتب تزن \( 60\,\text{N} \) ويسير بها أفقياً بسرعة منتظمة عبر ممر المدرسة قاطعاً مسافة \( 20\,\text{m} \). ما مقدار الشغل الفيزيائي المبذول بوساطة يد الطالب على الحقيبة أثناء حركته الأفقية؟
أ \( W = 1200\,\text{J} \) (حاصل ضرب القوة في المسافة)
ب \( W = 3\,\text{J} \) (قسمة القوة على الإزاحة المقطوعة)
ج \( W = 0\,\text{J} \) (الشغل المبذول يساوي صفراً)
د \( W = 600\,\text{J} \) (نصف حاصل ضرب القوة بالإزاحة)
انتبه لاتجاه القوة التي يبذلها الطالب مقارنة باتجاه إزاحة حركة الحقيبة. الشريحة التالية تتضمن الحل والتفسير
الحل والتعليل ٠٣
إجابة الشغل والزاوية بين القوة والإزاحة
الخيار الصحيح: (ج)
الإجابة المعتمدة
الشغل المبذول بواسطة قوة رفع يد الطالب يساوي تماماً \(0\,\text{J}\) (صفراً).
القانون العام للشغل:
\[ W = F \cdot d \cdot \cos\theta \]
١. تحديد اتجاه القوة والإزاحة
قوة يد الطالب موجهة رأسياً للأعلى لمعادلة وزن الحقيبة، بينما إزاحة حركة الطالب أفقية للأمام.
٢. قيمة الزاوية التعامدية (\(\theta = 90^\circ\))
الزاوية بين القوة والإزاحة زاوية قائمة: \( \cos(90^\circ) = 0 \)، وبالتالي: \( W = 60 \times 20 \times 0 = 0\,\text{J} \)
٣. الشغل الميكانيكي مقابل التعب العضلي
الشعور بالإجهاد ناتج عن انقباض الألياف العضلية داخلياً، لكن فيزيائياً لم تُنقل أي طاقة ميكانيكية للحقيبة في اتجاه الرفع.
قاعدة ذهبية: لا يُبذل شغل فيزيائي إذا كانت القوة عمودية على اتجاه الإزاحة أو إذا كانت الإزاحة تساوي صفراً. ملف الإنجاز • مفاهيم الشغل
السؤال ٠٤
الوحدة الرابعة: الطاقة وحفظها وأنواع التصادمات
مقارنة المفاهيم الفيزيائية
عند حدوث تصادم بين كرتين في نظام معزول ومغلق، وُجد أن الكرتين التحمتا معاً بعد التصادم وتحركتا كجسم واحد. أي العبارات التالية تصف بدقة حالة حفظ الزخم والطاقة الحركية لهذا النظام؟
أ الزخم محفوظ والطاقة الحركية محفوظة (تصادم مرن تام)
ب الزخم غير محفوظ والطاقة الحركية محفوظة
ج الزخم محفوظ ولكن الطاقة الحركية غير محفوظة (تصادم عديم المرونة)
د كلا الزخم والطاقة الحركية غير محفوظين بسبب حدوث الالتحام
تذكر: هل يتغير قانون حفظ الزخم في النظام المغلق والمعزول باختلاف نوع التصادم؟ الشريحة التالية تتضمن الحل والتفسير
الحل والتعليل ٠٤
إجابة تصنيف التصادمات وقوانين الحفظ
الخيار الصحيح: (ج)
الإجابة المعتمدة
الزخم محفوظ دائماً (\(\sum p_i = \sum p_f\))، بينما الطاقة الحركية تتناقص ويتحول جزء منها إلى طاقة حرارية وتشوه (تصادم عديم المرونة تماماً).
معادلة التصادم عديم المرونة:
\[ m_1 v_1 + m_2 v_2 = (m_1 + m_2) v_f \]
١. شمولية حفظ الزخم
في أي نظام مغلق ومعزول، يظل الزخم الخطي الكلي محفوظاً دون استثناء في كافة أنواع التصادمات (المرنة، غير المرنة، وعديمة المرونة).
٢. فقدان الطاقة الحركية
عند التحام الأجسام، يُستهلك جزء كبير من الطاقة الحركية في إحداث تشوه دائم في المادة، وتوليد حرارة وصوت (\(KE_f < KE_i\)).
٣. التصادم المرن التام
يتحقق حفظ الطاقة الحركية فقط في التصادم المرن التام مثل تصادم جسيمات الغاز المثالي أو الكرات الفولاذية الصلبة جداً.
ملخص التقويم: حفظ الطاقة الكلية قانون عام، ولكن حفظ الطاقة الحركية خصوصية تقتصر على التصادم المرن. ملف الإنجاز • قوانين الحفظ
السؤال ٠٥
الوحدة الخامسة: الموائع الساكنة وضغط السوائل
مسألة المكبس الهيدروليكي وقوة الطفو
في مكبس هيدروليكي مثالي، مساحة المكبس الصغير \( A_1 = 0.02\,\text{m}^2 \) ومساحة المكبس الكبير \( A_2 = 1.0\,\text{m}^2 \). إذا أثرنا بقوة مقدارها \( F_1 = 200\,\text{N} \) على المكبس الصغير: ما القوة الناتجة (\(F_2\)) لرفع حمولة على المكبس الكبير؟ وما المبدأ العلمي المطبق؟
أ \( F_2 = 4\,\text{N} \) بناءً على مبدأ برنولي للموائع
ب \( F_2 = 10,000\,\text{N} \) بناءً على مبدأ باسكال لنقل الضغط
ج \( F_2 = 200\,\text{N} \) لأن القوة تنتقل دون أي مضاعفة
د \( F_2 = 500\,\text{N} \) بناءً على مبدأ أرخميدس في الطفو
ينص المبدأ على أن التغير في الضغط المسلط على مائع محصور ينتقل بالتساوي لجميع أجزائه. الشريحة التالية تتضمن الحل والتفسير
الحل والتعليل ٠٥
إجابة مبدأ باسكال ومضاعفة القوة
الخيار الصحيح: (ب)
الإجابة الحسابية
القوة المتولدة هي \( 10,000\,\text{N} \)، وفق مبدأ باسكال في الموائع المحصورة.
علاقة التساوي في الضغط:
\[ \frac{F_1}{A_1} = \frac{F_2}{A_2} \implies F_2 = F_1 \times \frac{A_2}{A_1} \]
١. التعويض في المعادلة
نسبة المساحتين \( \frac{1.0}{0.02} = 50 \) ضعفاً (الفائدة الميكانيكية المثالية للمكبس). \( F_2 = 200 \times 50 = 10,000\,\text{N} \)
٢. نص مبدأ باسكال
"أي تغير في الضغط المطبق على مائع محصور ينتقل بتمامه وبشكل منتظم إلى جميع نقاط المائع وجدران الإناء الحاوي له".
٣. هل يخالف المكبس حفظ الطاقة؟
كلا! ضاعفنا القوة بمقدار \(50\) مرة لكن المكبس الصغير تحرك مسافة أطول بـ \(50\) مرة، فالشغل الناتج يساوي الشغل المبذول (\(W_1 = W_2\)).
تطبيقات شهيرة: مكابح السيارات الهيدروليكية، رافعات السيارات في محطات الصيانة، وكراسي أطباء الأسنان. ملف الإنجاز • فيزياء الموائع
السؤال ٠٦
الوحدة السادسة: الحركة الدورية والاهتزازات والموجات
مسألة البندول البسيط والتردد
بندول بسيط زمنه الدوري على سطح الأرض \( T = 2.0\,\text{s} \). قمنا بمضاعفة كتلة كرة البندول إلى أربعة أضعاف (\(4m\))، وزيادة سعة الاهتزازة قليلاً مع إبقاء طول الخيط ثابتاً: ماذا يحدث للزمن الدوري (\(T\)) للبندول البسيط بعد هذه التعديلات؟
أ يتضاعف إلى أربعة أضعاف ليصبح \( T = 8.0\,\text{s} \)
ب يقل إلى النصف ليصبح \( T = 1.0\,\text{s} \)
ج يبقى ثابتاً دون أي تغير ويظل \( T = 2.0\,\text{s} \)
د يتضاعف مرتين ليصبح \( T = 4.0\,\text{s} \) بسبب زيادة الكتلة
تفحص قانون الزمن الدوري للبندول: هل تتواجد كتلة الثقل المعلق ضمن متغيرات القانون؟ الشريحة التالية تتضمن الحل والتفسير
الحل والتعليل ٠٦
إجابة استقلالية البندول عن الكتلة والسعة
الخيار الصحيح: (ج)
الإجابة النموذجية
الزمن الدوري للبندول يبقى ثابتاً عند \( 2.0\,\text{s} \) ولا يتأثر نهائياً بتغير كتلة الثقل أو السعات الزاوية الصغيرة.
قانون الزمن الدوري للبندول البسيط:
\[ T = 2\pi \sqrt{\frac{l}{g}} \]
١. الاعتماد على طول الخيط (\(l\))
يتناسب الزمن الدوري طردياً فقط مع الجذر التربيعي لطول خيط البندول (\(T \propto \sqrt{l}\)).
٢. الاعتماد على تسارع الجاذبية (\(g\))
يتناسب عكسياً مع الجذر التربيعي لتسارع الجاذبية الأرضية (\(T \propto 1/\sqrt{g}\))؛ ولذلك يزداد الزمن الدوري على القمر لضعف الجاذبية.
٣. غياب متغير الكتلة (\(m\))
معادلة الحركة التوافقية البسيطة للبندول تثبت إلغاء الكتلة مع قوة الإرجاع، لذا لا تؤثر كتلة الثقل في زمن الاهتزازة إطلاقاً.
تطبيق علمي: استخدم غاليليو هذا الاكتشاف لتطوير الساعات الدقيقة وقياس تسارع الجاذبية بدقة فائقة. ملف الإنجاز • الحركة الموجية
خاتمة المراجعة
إرشادات التفوق وملف الإنجاز لمقرر فيزياء ٢
خارطة طريق الإتقان
الربط بين القوانين
اربط بين نظرية الدفع-الزخم وقوانين نيوتن، وبين حفظ الطاقة وحفظ الزخم في حل المشكلات الميكانيكية.
التحليل الوحدي والمتجهات
دقق دائماً في وحدات القياس الدولية (SI) واتجاهات الكميات المتجهة مثل العزم والزخم والسرعة الزاوية.
توثيق ملف الإنجاز
أرفق هذه البطاقات التحليلية والمقارنات وحسابات التجارب العملية ضمن شواهد ملف إنجازك الفصلي.
مع تمنياتنا لجميع طلاب وطالبات مسار فيزياء ٢ بكامل التوفيق والتميز العلمي.
ملف إنجاز الفيزياء • الفصل الدراسي الثاني
