حل الفصل الثاني: الحركة والقوة والآلات البسيطة – علوم أول متوسط ف1

تتضمن هذه المقالة حلولاً شاملة وكاملة لدرجات وأسئلة الفصل الثاني من كتاب العلوم للصف الأول المتوسط، والمتعلق بمواضيع الحركة، قوانين نيوتن للحركة، والشغل والآلات البسيطة.

---

الدرس الأول: الحركة

تطبيق الرياضيات: حل معادلة بسيطة (سرعة الدراجة)

المعطيات:

• المسافة (ف) = 9 كم
• الزمن (ز) = 30 دقيقة = 0.5 ساعة

المطلوب: السرعة (ع) = ؟

طريقة الحل:

ع = ف / ز

ع = 9 كم / 0.5 ساعة = 18 كم / ساعة

مسائل تدريبية

1. تقطع طائرة 1350 كم في 3 ساعات، احسب سرعتها المتوسطة.

المعطيات: المسافة = 1350 كم، الزمن = 3 ساعات

السرعة المتوسطة = المسافة (كم) / الزمن (س)

ع = ف / ز = 1350 كم / 3 س = 450 كم / ساعة

2. حدد السرعة المتوسطة بوحدات كم / ساعة لمتسابق يقطع مسافة 5 كم في 18 دقيقة.

المعطيات: المسافة = 5 كم، الزمن = 18 دقيقة

التحويل من دقيقة إلى ساعة: 18 / 60 = 0.3 ساعة

السرعة المتوسطة = المسافة (كم) / الزمن (س)

ع = 5 كم / 0.3 س = 16.67 كم / ساعة

ماذا قرأت؟

ما الفرق بين السرعة اللحظية والسرعة المتوسطة؟

السرعة اللحظية هي سرعة الجسم عند لحظة معينة، أما السرعة المتوسطة فهي السرعة خلال فترة زمنية محددة.

صف كيف تستعمل عداد المسافة لحساب السرعة المتوسطة؟

أقيس المسافة المقطوعة باستعمال عداد المسافات ثم يتم تقسيمها على الزمن اللازم لقطعها.

صف طريقتين تتغير فيهما حركة جسم عندما يتسارع:

إما أن أغير من اتجاه حركة الجسم أو أغير من سرعته.

تطبيق الرياضيات: حساب التسارع

مسألة محلولة: أواجه متزلج يتحرك بسرعة 8 م/ث انحداراً أدى إلى زيادة سرعته إلى 18 م/ث خلال 5 ثوان. احسب تسارع المتزلج.

المعطيات: السرعة الابتدائية (ع1) = 8 م/ث، السرعة النهائية (ع2) = 18 م/ث، الزمن (ز) = 5 ث

الحل: ت = (ع2 – ع1) / ز = (18 – 8) / 5 = 10 / 5 = 2 م/ث²

مسائل تدريبية على التسارع

1. تسير عربة في مدينة الألعاب بسرعة 10 م/ث، وبعد 5 ثوان من المسير على سكتها المنحدرة أصبحت سرعتها 25 م/ث. احسب تسارع هذه العربة.

ت = (ع2 – ع1) / ز = (25 – 10) / 5 = 15 / 5 = 3 م/ث²

2. تتباطأ السيارة التي تستقلها نظراً لاقترابها من إشارة ضوئية. فإذا كانت السيارة تسير بسرعة 16 م/ث وتوقفت خلال 9 ثوان، فما تسارع هذه السيارة؟

ت = (ع2 – ع1) / ز = (0 – 16) / 9 = -16 / 9 = -1.77 م/ث² (تباطؤ)

مراجعة الدرس الأول

1. فسر: إذا طارت طائرة بسرعة ثابتة مقدارها 500 كم/ساعة فهل يمكن اعتبارها تتسارع؟

السرعة ثابتة ولكن التسارع هنا يعتمد على اتجاه حركة الطائرة؛ فعند تغيير اتجاه حركة الطائرة يكون هناك تسارع، وعند ثبات الاتجاه لا يكون هناك تسارع.

2. استنتج: هل يمكن للسرعة اللحظية لجسم ما أن تكون أكبر من سرعته المتوسطة؟

نعم، عندما يتحرك الجسم بسرعة غير ثابتة يمكن أن تزيد سرعته في لحظة وتقل في لحظة أخرى، لذلك يمكن أن تزيد سرعته اللحظية عن سرعته المتوسطة.

3. حدد: هل يمكن لجسم متحرك بسرعة ثابتة في المقدار أن تتغير سرعته المتجهة؟

نعم، يمكن أن يغير من اتجاه الحركة فيسبب تغيراً في السرعة المتجهة دون تغيير في مقدار السرعة.

4. التفكير الناقد: صف حركة متزلج عندما يتسارع نازلاً إلى أسفل منحدر ثم عندما يصعد الجانب الآخر من المنحدر. ماذا يمكن أن يحدث لو كان الجانب الذي يصعده أقل انحداراً من الجانب الآخر؟

عندما يتسارع نازلاً إلى أسفل المنحدر تزداد سرعته ويزداد تسارعه، وعندما يسير في قاع المنحدر يسير تقريباً بسرعة ثابتة فلا يوجد تسارع، وعندما يصعد يتباطأ فتقل سرعته لأنه في عكس الاتجاه فيقل التسارع. ويكون التسارع قليلاً ولكن الفرق في التسارع نزولاً وصعوداً ليس كبيراً بسبب أن جانب الصعود أقل انحداراً.

5. حساب السرعة المتوسطة: قد يحتاج سائق سيارة إلى 1.5 ساعة لقطع مسافة 45 كم، احسب السرعة المتوسطة للسيارة خلال هذه الرحلة.

السرعة المتوسطة = 45 / 1.5 = 30 كم/ساعة

6. المقارنة بين مسافة وسرعة شخصين:

• أحمد: المسافة المقطوعة خلال 30 ثانية = 1.5 × 30 = 45 متراً.
• سالم: المسافة خلال أول 15 ثانية = 2 × 15 = 30 متراً. المسافة خلال 15 ثانية الثانية = 1 × 15 = 15 متراً. المسافة الكلية = 30 + 15 = 45 متراً. السرعة المتوسطة لسالم = 45 / (15 + 15) = 1.5 م/ث.

النتيجة: نلاحظ تساوي المسافة التي قطعها أحمد وسالم وتساوي السرعة المتوسطة، ولكن الاختلاف يكمن في السرعة اللحظية لكل منهما.

---

الدرس الثاني: قوانين نيوتن للحركة

اختبار المفاهيم والأسئلة الدورية

في أي اتجاه تؤثر قوة الاحتكاك؟

تؤثر في عكس اتجاه الحركة.

مقارنة القصور الذاتي للعربة وهي فارغة وممتلئة:

كلما زادت الكتلة زاد قصورها الذاتي، فإذا كانت ممتلئة سيزيد قصورها الذاتي لأن الكتلة زادت.

تطبيق الرياضيات: القانون الثاني لنيوتن

مسألة محلولة: إذا أثرت قوة مقدارها 10 نيوتن في كرة سلة كتلتها 0.5 كجم فما تسارع الكرة؟

ت = القوة المحصلة / الكتلة = 10 / 0.5 = 20 م/ث²

مسائل تدريبية

1. إذا دفعت صندوقاً كتلته 20 كجم بقوة 40 نيوتن فما تسارع الصندوق؟

ت = ق / ك = 40 نيوتن / 20 كجم = 2 م/ث²

التحقق: 2 م/ث² × 20 كجم = 40 نيوتن.

2. احسب تسارع عداء كتلته 80 كجم إذا انطلق تحت تأثير قوة دفع مقدارها 80 نيوتن.

ت = ق / ك = 80 نيوتن / 80 كجم = 1 م/ث²

التحقق: 1 م/ث² × 80 كجم = 80 نيوتن.

ماذا قرأت؟ لماذا لا تلغي قوتا الفعل ورد الفعل إحداهما الأخرى؟

لأن قوتا الفعل ورد الفعل تؤثران في جسمين مختلفين وليس في جسم واحد.

قارن بين تسارع سيارة كتلتها 900 كجم ودراجة هوائية كتلتها 12 كجم، إذا أثرت في كل منهما قوة مقدارها 2000 نيوتن:

عند ثبوت القوة المؤثرة، يعتمد التسارع على الكتلة؛ فكلما زادت الكتلة زاد القصور الذاتي وقل التسارع.

• تسارع السيارة = 2000 / 900 = 2.22 م/ث²
• تسارع الدراجة = 2000 / 12 = 166.67 م/ث²

مراجعة الدرس الثاني

1. اشرح العلاقة بين القصور الذاتي لجسم وكتلته:

كلما زادت كتلة الجسم زاد قصوره الذاتي.

2. أطبق: إذا أثرت قوة مقدارها 5 نيوتن في جسم نحو اليسار وقوة أخرى مقدارها 9 نيوتن نحو اليمين، فما القوة المحصلة؟

القوة المحصلة = 9 – 5 = 4 نيوتن في اتجاه اليمين (اتجاه القوة الأكبر).

3. استنتج: إذا كانت سيارة تتحرك بسرعة ثابتة المقدار، فهل يلزم أن تكون واقعة تحت تأثير قوى متزنة؟

لا، لأنه لو تحركت السيارة بسرعة ثابتة في مسار منحنٍ مثلاً فسوف تنعطف، والانعطاف يعطي نوعاً من التسارع مما يعني وجود قوة محصلة تؤثر على السيارة.

4. حدد: ما نوع الطاقة التي يحتويها النابض المضغوط؟

طاقة وضع (طاقة مخزنة كالمونة مرونية).

5. التفكير الناقد: ينزلق كتاب على سطح طاولة بحيث تقل سرعته تدريجياً حتى يتوقف. فسر ما إذا كان ذلك يشكل تناقضاً مع القانون الأول لنيوتن أم لا؟

لا يشكل تناقضاً، لأن قوة الاحتكاك مع الطاولة هي قوة خارجية غير متزنة تعمل على إبطاء الكتاب ثم إيقافه.

6. حساب القوة المحصلة: احسب القوة المحصلة المؤثرة في كرة كتلتها 0.15 كجم وتسارعها 20 م/ث².

ق = ك × ت = 0.15 كجم × 20 م/ث² = 3 نيوتن

---

الدرس الثالث: الشغل والآلات البسيطة

تطبيق الرياضيات: الشغل

مسألة محلولة: رفع رافع أثقال وزناً مقداره 500 نيوتن مسافة 2 م. احسب الشغل الذي بذله.

ش = ق × ف = 500 نيوتن × 2 م = 1000 جول

مسائل تدريبية

1. إذا دفعت عربة حاسوب مسافة 10 أمتار بقوة أفقية مقدارها 50 نيوتن، فما مقدار الشغل الذي تبذله؟

ش = ق × ف = 50 نيوتن × 10 م = 500 جول

2. ما مقدار الشغل الذي يبذله متسابق أولمبي أثناء ركضه مسافة 200 متر بقوة 6 نيوتن؟

ش = ق × ف = 6 نيوتن × 200 م = 1200 جول

ماذا قرأت؟ كيف تجعل الآلات البسيطة الشغل أسهل؟

تسهل الآلات البسيطة الشغل بإحدى الطرائق التالية: تغير مقدار القوة، أو تغير اتجاه القوة، أو كليهما معاً.

ماذا قرأت؟ كيف تسهل كل من الرافعة، والبكرة، والعجلة والمحور العمل؟

عن طريق: 1- تغيير القوة أو زيادتها. 2- تغيير اتجاهها. 3- زيادة المسافة التي تؤثر خلالها القوة.

مراجعة الدرس الثالث

1. صف ثلاث طرائق تبين أن استخدام الآلة يسهل العمل:

• تغير مقدار القوة.
• تغير اتجاه القوة.
• تغير مقدار القوة واتجاهها معاً.

2. فسر لماذا يكون الشغل الناتج أقل من الشغل المبذول في الآلات؟

لأن الاحتكاك يحول بعض الشغل المبذول إلى طاقة حرارية لا تشارك في إنجاز الشغل المطلوب.

3. قارن بين العجلة والمحور وبين الرافعة:

العجلة والمحور هما في الحقيقة رافعة تدور 360 درجة حول محور ثابت، ويمكن أن تؤثر القوة المبذولة أو تتولد القوة الناتجة في أي نقطة على نصف قطر العجلة أو المحور.

4. التفكير الناقد: حدد جزأين من جسمك يعملان بوصفهما رافعتين، وإلى أي أنواع الروافع ينتمي كل منهما؟

الذراع والساق السفلية، وكلاهما ينتميان إلى النوع الثالث من الروافع.

5. تطبيق الرياضيات: احسب الشغل اللازم لرفع حجر جيري يزن 10000 نيوتن مسافة 150 متراً.

ش = ق × ف = 10000 نيوتن × 150 م = 1,500,000 جول

6. احسب القوة المؤثرة اللازمة لرفع حجر وزنه 2500 نيوتن باستخدام نظام بكرات فائدته الآلية 10.

الفائدة الآلية = القوة الناتجة / القوة المبذولة (المؤثرة)

القوة المؤثرة = القوة الناتجة / الفائدة الآلية = 2500 / 10 = 250 نيوتن

---

مراجعة الفصل 2 والروابط المفاهيمية

توضيح العلاقة بين المصطلحات

1. القصور الذاتي – القوة: كلما كان للجسم كتلة أكبر كان قصوره الذاتي أكبر واحتاج إلى قوة أكبر لتحريكه أو تغيير حركته.

2. التسارع – السرعة: يحدث التسارع نتيجة تغيير مقدار السرعة أو اتجاهها أو كليهما معاً.

3. الرافعة – البكرة: كلاهما من الآلات البسيطة؛ الرافعة يحدث فيها تغير في مقدار القوة عادة، بينما البكرة المفرتة تحدث تغيراً في اتجاه القوة.

4. القوة – الشغل: ينشأ الشغل نتيجة تأثير قوة في جسم وتؤدي إلى تحريكه مسافة في اتجاه القوة نفسه.

5. الشغل – الآلة البسيطة: تسهل الآلة البسيطة الشغل عن طريق تغيير مقدار القوة أو اتجاهها أو كليهما.

6. قوانين نيوتن للحركة – القوة: تبين قوانين نيوتن كيفية أثر القوى وتفاعلها على حركة الأجسام.

7. الاحتكاك – القوة: الاحتكاك قوة تعيق حركة الأجسام وتنشأ بين السطوح المتلامسة.

8. القوة – الفائدة الآلية: الفائدة الآلية هي ناتج قسمة القوة الناتجة على القوة المبذولة.

9. السرعة المتوسطة – السرعة اللحظية: السرعة المتوسطة هي المسافة الكلية المقطوعة مقسومة على الزمن الكلي، بينما السرعة اللحظية هي سرعة الجسم عند لحظة زمنية محددة.

10. الآلة البسيطة – الآلة المركبة: الآلة البسيطة تتطلب حركة واحدة فقط، بينما تتكون الآلة المركبة من مجموعتين أو أكثر من الآلات البسيطة.

تثبيت المفاهيم (تحديد الإجابات الصحيحة)

11. أي مما يلي يقلل الاحتكاك؟ ب. السطوح الملساء

12. ماذا يحدث عندما تؤثر قوة محصلة في جسم؟ أ. يتسارع الجسم

13. أي مما يلي مثال على الآلة البسيطة؟ أ. مضرب البيسبول

14. شاحنة كبيرة تصدم سيارة صغيرة، أي العبارات صحيح؟ ج. القوتان متساويتان (حسب قانون نيوتن الثالث)

15. ما وحدة التسارع؟ أ. م/ث²

16. أي مما يلي قوة؟ د. الاحتكاك

أسئلة التفكير الناقد وحل المسائل

17. فريقان يشدان الحبل ولم يتحرك: القوى متزنة ومحصلتها صفر لأن القوتين متساويتان بالمقدار ومتعاكستان بالاتجاه (500 نيوتن لكل منهما).

18. تعليل توقف قطار البضائع بعد مسافة طويلة: بسبب القصور الذاتي الكبير للقطار الناتج عن كتلته الضخمة وسرعته العالية.

19. القياس والمقارنة بين السرعات (20 م/ث، 200 سم/ث، 0.2 كم/ث):

• السرعة الأولى = 20 م/ث
• السرعة الثانية = 200 سم/ث = 2 م/ث
• السرعة الثالثة = 0.2 كم/ث = 200 م/ث

النتيجة: السرعة الأكبر هي 0.2 كم/ث.

20. سيارة تسير في طريق منحنٍ بسرعة 50 كم/ساعة ثابتة العداد: القوى المؤثرة غير متزنة، لأن السيارة تغير اتجاه حركتها باستمرار مما يعني وجود تسارع والقوة المحصلة لا تساوي الصفر.

25. احسب الشغل الذي تبذله قوة مقدارها 30 نيوتن تؤثر لمسافة 3 م:

الشغل = 30 نيوتن × 3 م = 90 جول.

26. احسب القوة التي تؤثر بها محركات صاروخية في مكوك فضاء كتلته 2,000,000 كجم وتسارعه 30 م/ث²:

القوة = الكتلة × التسارع = 2,000,000 × 30 = 60,000,000 نيوتن.

27. مسألة الرسم البياني لرحلة حسين:

قطع حسين 50 كم في 5 ساعات، فالسرعة المتوسطة = 50 / 5 = 10 كم/ساعة.

الزمن اللازم لقطع 25 كم = المسافة / السرعة المتوسطة = 25 / 10 = 2.5 ساعة.

---

الاختبار المقنن

الجزء الأول: الاختيار من متعدد

1. تسمى المتغيرات التي لا تتغير أثناء التجربة: ج. ثابتة

2. يسمى التخمين العلمي الذي يعتمد على الملاحظة وجمع المعلومات بـ: ب. فرضية

3. ماذا يحدث عندما تتدحرج كرة صاعدة التل؟ د. تكون السرعة والتسارع في اتجاهين متعاكسين

4. أي العبارات صحيح عند استخدام المستوى المائل لرفع كرسي ثقيل مقارنة برفع رأسياً؟ أ. تحتاج إلى قوة أقل

5. ما اسم القوة التي تقاوم حركة الانزلاق بين سطحين؟ ج. الاحتكاك

6. ماذا يقيس عداد السرعة في السيارة؟ ب. السرعة اللحظية

7. أي من النابضين لديه مخزون أكبر من الطاقة المختزنة؟ ب. النابض ب

الجزء الثاني: أسئلة الإجابات القصيرة

8. وضح لماذا تكون التفسيرات العلمية محتملة فقط؟

لأن المعرفة العلمية مستمرة والتفسيرات قد تتغير أو تتعدل عند اكتشاف أدلة ودلائل جديدة.

9. قارن بين الملاحظة والاستنتاج:

الملاحظة هي جمع البيانات باستخدام الحواس، أما الاستنتاج فهو التوصل إلى نتائج وفهم استناداً إلى الملاحظات والتجارب.

10. بين أهمية النماذج العلمية:

تساعد في اختبار الفرضيات، وتسهل تصوّر الأشياء شديدة الكبر أو شديدة الصغر وتوضيح المفاهيم المعقدة.

11. لماذا يعد الرسم البياني فعّالاً؟

لأنه يوضح العلاقات والتغيرات بين المتغيرات بشكل visual واضح وسهل الفهم.

12. ما مقدار الشغل عند التأثير بقوة 10 نيوتن في مقعد ثابت دون تحريكه؟

الشغل يساوي صفراً لأن المسافة المقطوعة تساوي صفراً.

13. كيف يشبه الإسفين السطح المائل؟

الإسفين هو عبارة عن سطح مائل متحرك له وجه واحد أو وجهان مائلان.

14. تسير سيارة بسرعة 120 م/ث وتوقفت خلال 5 ثوان، ما تسارعها؟

ت = (0 – 120) / 5 = -24 م/ث²

15. تسارع عربة كتلتها 25 كجم وتدفع بقوة 10 نيوتن:

ت = 10 / 25 = 0.4 م/ث²

16. تأثير ملء العربة بالمعلبات على تسارعها عند دفعها بنفس القوة:

زيادة الكتلة تزيد من القصور الذاتي، وبالتالي يقل التسارع الناتج عند ثبوت القوة.

17. الآلات البسيطة التي يتركب منها المقص:

يتكون المقص من العتلة (الرافعة) والإسفين.

الجزء الثالث: أسئلة الإجابات المفتوحة

18. أهمية حزام الأمان وفق قانون نيوتن الأول:

عند توقف السيارة فجأة، يستمر جسم الراكب في الحركة للأمام بسبب القصور الذاتي. يعمل حزام الأمان كقوة خارجية تؤثر على الجسم لإيقافه ومنع تصادمه بأجزاء السيارة.

19. تطبيق قانون نيوتن الثالث على التجذيف:

يدفع الطاقم الماء بقوة إلى الخلف (فعل)، فيدفع الماء القارب بقوة مساوية ومعاكسة إلى الأمام (رد فعل).

20. احتياطات نقل الأثاث في شاحنة حمولتها ثقيلة (وفق القانون الثاني):

زيادة الكتلة تؤدي إلى تقليل التسارع وازدياد المسافة اللازمة للتوقف، لذا يجب على السائق قيادة الشاحنة بحذر، وتجنب التوقف المفاجئ، والقيادة ببطء عند المنعطفات لتفادي الانزلاق وتأثير القصور الذاتي على الأثاث.

21. حركة طفل في عربة تدور في مسار دائري بسرعة ثابتة المقدار:

نعم، يتحرك الطفل بتسارع، لأن اتجاه الحركة يتغير باستمرار في المسار الدائري، والتغير في اتجاه السرعة يعبر عن وجود تسارع (تسارع مركزي).