[rtl]1- مظلات الهبوط[/rtl]
[rtl]من المعلوم أن الأجسام التي تسقط تحت تأثير الجاذبية (بإهمال مقاومة الهواء)، تسارع بتسارع ثابت (جـ)؛ وبذلك نتوقع زيادة مستمرة في سرعتها، لاحظ الشكل (4-13/أ).[/rtl]
[rtl]لكن عملياً ، تخضع الأجسام الساقطة لقوة مقاومة الهواء التي تعاكس وزن الجسم؛ مما يقلل القوى المحصلة المسببة لتسارع الجسم. وقوة المقاومة تعتمد على شكل الجسم وسرعته، وتزداد بزيادة المساحة السطحية للجسم كما تزداد بزيادة سرعته، وتزداد بزيادة المساحة السطحية للجسم كما تزداد بزيادة سرعته. لذلك تتناقص القوى المحصلة بازدياد سرعة الجسم الساقط، ويتناقص التسارع تبعاً لذلك؛ إلى أن يصبح صفراً عندما تتساوى قوة مقاومة الهواء مع وزن الجسم (ق م =و). فيستمر الجسم عند ذلك بالحركة بسرعة ثابتة أثناء سقوطه، لاحظ الشكل (4-13/ب) . وتسمى هذه السرعة بالسرعة الحدية. وما ينطبق على الحركة في الهواء ينطبق على الحركة في الموائع الأخرى.[/rtl]
[rtl]وقد استغلت الفكرة السابقة لتصميم مظلال الهبوط من الطائرات؛ حيث تعمل زيادة مساحة سطح المظلة على زيادة قوة مقاومة الهواء؛ فيصل إلى السرعة الحدّية في زمن أقل ( قوة المقاومة = الوزن). فيكون مقدار السرعة قليلاً؛ فينزل المظلي على الأرض بسلام. لاحظ الشكل (4-14).[/rtl]
[rtl]2- حركة المصعد والقوة المؤثرة على أرضيته[/rtl]
[rtl] تتغير القوة التي يؤثر بها المصعد في الجسم الموجود فيه (رد الفعل)، تبعاً لمقدار تسارع المصعد واتجاهه الذي ينطلق به. فإذا انطلق المصعد بتسارع للأعلى، فإن قوى رد الفعل المؤثرة في الجسم تكون أكبر من وزنه. ويكون رد الفعل أقلَّ إذا تحرك المصعد بتسارع إلى الأسفل. ويتساوى الوزن مع رد الفعل في حالة الحركة بسرعة ثابتة. ومثل رد الفعل تعامل قراءة الميزان النابضي المعلق في سقف المصعد أو الموضوع على أرض المصعد.[/rtl]
[rtl] ولتوضيح ذلك افترض جسماً كتلته (ك) معلق بميزان نابضي مثبت في سقف مصعد؛ لاحظ الشكل(4-15)، وأنّك تراقب قراءة الميزان.[/rtl]
[rtl]بتطبيق القانون الثاني لنيوتن على المحور الرأسي:[/rtl]
[rtl]وهذه هي معادلة حركة المصاعد، لاحظ أنه لا يوجد حركة أفقية، وعلينا التأكد عند تعويض قيمة التسارع من وضع الإشارة المناسبة ؛ فتسارع المصعد للأعلى موجب، وتسارعه للأسفل سالب.[/rtl]
[rtl]ومن الممكن ببساطة استنتاج ظاهرة انعدام الوزن؛ فإذا انقطعت حبال المصعد ، وهوى للأسفل بتسارع السقوط الحر (-جـ)، فإن العلاقة السابقة تصبح كما يلي:[/rtl]
[rtl]قالميزان –و = ك(-جـ)، وبما أن و= ك جـ[/rtl]
[rtl]\ قالميزان = صفراً[/rtl]
[rtl]وبذلك يبدو الجسم المعلق بالميزان النابضي في سقف المصعد عديم الوزن.[/rtl]
[rtl] وظاهر انعدام الوزن الظاهري يتعرض لها رواد الفضاء بصورة عامة، فالمركبات الفضائية التي تدور حول الأرض في مدار ثابت، تتسارع نحو مركز الأرض بتسارع مركزي مقداره (-جـ)، لذا ،يَحُسُّ كل من فيها بحالة انعدام الوزن. مما يسبب لهم بعض الصعوبات ؛ منها ما يؤثر في الدورة الدموية، وعمل القلب. أضف إلى ذلك أن الشعور بالاتزان الذي اعتاد عليه الإنسان بسبب وزنه يصبح مفقوداً ؛ كما أن الحركة التي اعتدنا عليها بدفع الأرض إلى الخلف بفعل ثقل أجسامنا ، فنندفع إلى الأمام، تصبح مستحيلة. كما أن استقرار المواد والأدوات في المركبة الفضائية يتطلب تثبيتها بشكل خاص. ومن الصعوبات التي يواجهها رواد الفضاء أيضاً منها ما يتعلق ببعض العمليات الحيوية، فأنت عندما تشرب ينسكب الماء في فمك بسبب وزنه؛ وإذا انعدم وزن الماء، فإنه لا ينسكب داخل الفم بل يتشتت في كل اتجاه . وما ينطبق على الماء، ينطبق في حالة الطعام والإخراج.[/rtl]
[rtl]3- حركة جسم على مستوى مائل بإهمال الاحتكاك[/rtl]
[rtl]لدراسة حركة جسم موضوع على مستوى مائل، افترض أن صندوقاً كتلته (ك) وضع على مستوى مائل، لاحظ الشكل (4-16)، إن القوى المؤثرة فيه هي:[/rtl]
[rtl]أ- وزن الجسم ( و= ك جـ)،ويعمل رأسياً إلى الأسفل.[/rtl]
[rtl]ب- القوة العمودية التي يؤثر بها المستوى في الجسم(ر). والقوتان غير متوازنتين، لذلك يبدأ الجسم بالانزلاق، ولحساب التسارع، نختار محاور إسناد مناسبة، وهي: المستوى المائل والعمودي عليه؛ ثم نحلل الوزن إلى مركبتين متعامدتين وهما:[/rtl]
[rtl] - مركبة عمودية على المستوى (= و جتا a): وهي القوة التي يؤثر بها الجسم في المستوى وتعاكسها قوة رد فعل المستوى المائل في الجسم (ر) ( القوى العمودية)؛ حيث:[/rtl]
[rtl] ر= و جتاa، ( لأن الجسم متزن علي المحور المعامد ،[/rtl]
[rtl] - مركبة موازية للمستوى ( = و جا a): وهي القوة المحركة للجسم والتي تكسبه التسارع .بتطبيق القانون الثاني لنيوتن على المحور الموازي فإن:[/rtl]
[rtl] ك جـ جا a = ك ت[/rtl]
[rtl]Ü ت =جـ جا a ……… (ا4)[/rtl]
[rtl] ومرة أخرى تلاحظ أن التسارع الذي يتحرك به الجسم على مستوى مائل أملس هي كمية مستقلة عن كتلة الجسم، وتعتمد على مركبة تسارع السقوط الحر باتجاه المستوى. فمثلاً لو كان تسارع السقوط الحر في منطقة ما (9.
م/ث2 ، وكانت زاوية الميل (°30) والمستوى عديم الاحتكاك، فإن تسارع أي جسم يتحرك على المستوى المائل هو:[/rtl] [rtl]ت = جـ جا 30[/rtl]
[rtl]4- حركة جسم على مستوى مائل بوجود الاحتكاك[/rtl]
[rtl]إذا كان المستوى خشناً، فإن قوة احتكاك (ق ح) تنشأ بين الجسم المنزلق والمستوى ،ويكون اتجاهها بعكس الحركة. فيصبح الجسم خاضعاً لتأثير ثلاث قوى هي الوزن، والقوى التي يؤثر بها المستوى المائل في الجسم وقوة الاحتكاك، لاحظ الشكل(4-17). وعند تطبيق قوانين نيوتن في الحركة:[/rtl]
[rtl] - على المحور المعامد[/rtl]
[rtl] ر- جتا a = صفراًÜ ر= جتا a[/rtl]
[rtl]- على المحور الموازي فإن:[/rtl]
[rtl] وجا a - ق ح = ك ت[/rtl]
[rtl] فمثلاً إذا وضع جسم كتلته (4) كغ على سطح مائل خشن فتحرك للاسفل، وكانت قوة الاحتكاك الحركي بين الجسم والسطح (6. نيوتن، وكانت زاوية ميل المستوى (°30) ، باستخدام العلاقة (5) يمكن إيجاد مقدار التسارع (ت) على النحو الآتي:[/rtl] [rtl]لاحظ أن التسارع (ت) كان (409) م/ث2، وعندما كان المستوى أملس.[/rtl]
[rtl]5- الحركة الدائرية المنتظمة[/rtl]
[rtl] عرفت أن الجسم عندما يتحرك على محيط دائرة (أو قوس دائري) فإنه يتسارع نحو المركز. ويبين القانون الثاني لنيوتن أن التسارع سببه القوة، وينشأ التسارع باتجاه القوة دوماً. لذا ، لا بد لأي جسم يتحرك حركة دائرية منتظمة من قوة تؤثر فيه وباستمراتر ليبقى كذلك، وقد بينا أن التسارع في هذه الحالة مركزي، أي أن اتجاهه دوماً نحو المركز، لذا ، لا بد وأن تكون القوة المسببة له أيضاً مركزية، أي أن اتجاهها نحو المركز باستمرار.[/rtl]
[rtl] وهذه القوة المركزية هي الشد في الخيط في حالة الأجسام المربوطة بخيوط وتتحرك على مسار دائري أفقي، وقوة جذب الأرض في حالة السواتل ( الأقمار الصناعية)، وهي قوة الاحتكاك السكوني بين العجلات والأرض في حالة السيارات المتحركة على الطرق الدائرية والمنعطفات.[/rtl]
[rtl] وبتطبيق القانون الثاني لنيوتن على جسم يتحرك حركة دائرية منتظمة تجد أن:[/rtl]
[rtl] قمركزية = كالجسم × تمركزي[/rtl]
[rtl]فمثلاً إذا تحركت سيارة كتلتها (900) كغ على دوار نصف قطره (20) م بسرعة (5) م/ث، فإن قوة الاحتكاك السكوني بين العجلات والأرض تحسب كما يأتي:[/rtl]
[rtl]ويمكننا أيضاً حساب معامل الاحتكاك السكوني (م س) إذا كانت السيارة على وشك الانزلاق من العلاقة ق س = م س ر[/rtl]
[rtl]ولحساب رد الفعل ، ننظر إلى المحور الرأسي حيث لا يوجد إلا قوتان فقط ( ر ، ك جـ) وبما أن التسارع الرأسي صفراً[/rtl]
[rtl]\ ر = ك جـ = 9000 نيوتن؛[/rtl]
[rtl]ولعلك لاحظت أنه في غياب الاحتكاك ( عند وجود جليد على الأرض مثلاً) فإن السيارة تعجز عن الدوران.[/rtl]
الثلاثاء ديسمبر 09, 2014 1:14 pm