الصف األول الثانوي

منهاج موهبة اإلضافي المتقدم

الفيزيـاءكتاب الطالب

املحتويات

6كيفية ا�ستعمال هذا الكتاب

7الوحدة الأولى: مقدمة في الفيزياء8حولهذهالوحدة9تحليلاآثارالأقدامالن�شاطالأول

10تق�شياآثارالأقدامالن�شاطالثاني10تحليلحباتالأرزالن�شاطالثالث11�شحيحاأمخطاأ؟الن�شاطالرابع

11م�شاألةالمت�شا�سالن�شاطالخام�س11حجمالذراتالن�شاطال�شاد�س12ال�شاعاتال�شم�شية(المزولة)الن�شاطال�شابع13الإ�شطرلبالن�شاطالثامن15ال�شاعاتالمائيةالن�شاطالتا�شع15�شاعةالفيلالن�شاطالعا�شر

16م�شابقةال�شاعاتالن�شاطالحاديع�شر17انهيارالقانون(توقفالقانونعنالعمل)الن�شاطالثانيع�شر18القانونالعام؟الن�شاطالثالثع�شر

19الوحدة الثانية: الحركة20حولهذهالوحدة21تحديدموقعكالن�شاطالأول21كيفتعملاأنظمةالمالحةبو�شاطةالأقمارال�شطناعية؟الن�شاطالثاني22ثبات�شرعةال�شوءالن�شاطالثالث23ر�شمم�شارالرحلةالن�شاطالرابع

24متجهاتالإزاحةالن�شاطالخام�س24التفكيرفيمتجهاتاأخرىالن�شاطال�شاد�س26الحركةال�شحيحةالن�شاطال�شابع27اإ�شتراتيجيةالتخطيطالن�شاطالثامن29م�شابقاتكرةالمن�شدةالن�شاطالتا�شع29�شكلكرةالجولفالن�شاطالعا�شر

30اأق�شى�شرعةعلىالأر�سالن�شاطالحاديع�شر

31الوحدة الثالثة: القوى في بعد واحد32حولهذهالوحدة33تحديالجاذبيةومقاومتهاالن�شاطالأول34نيوتنوالغ�شالةالآليةالن�شاطالثاني35لماذان�شتعملحزامالأمان؟الن�شاطالثالث36حزامالأمانالمثاليالن�شاطالرابع

37مناطقالتحطم(مناطقامت�شا�سال�شدمات)الن�شاطالخام�س38الجاذبيةالأر�شيةالن�شاطال�شاد�س39الجاذبيةعلىكوكباآخرالن�شاطال�شابع40قوانيننيوتنفيالمدارالن�شاطالثامن40المدوالجزفيالمحيطالن�شاطالتا�شع41القوىالكهرو�شكونيةالن�شاطالعا�شر

42القوىالمغناطي�شيةالن�شاطالحاديع�شر43قوةالجاذبيةالن�شاطالثانيع�شر44الهند�شةالجيولوجيةالن�شاطالثالثع�شر

45الوحدة الرابعة: ال�سغل والقدرة والطاقة46حولهذهالوحدة46ال�شغلوالقدرةالن�شاطالأول48الطاقةالميكانيكيةالن�شاطالثاني50القدرةالكهرومائيةالن�شاطالثالث51الحرارةوالطاقةالن�شاطالرابع

52الطاقةوالكهرباءالن�شاطالخام�س54الطاقةوالموجاتوال�شوءالن�شاطال�شاد�س

57الوحدة الخام�سة: الطاقة النووية58حولهذهالوحدة

60الوحدة ال�ساد�سة: م�سادر الطاقة البديلة 61حولهذهالوحدة62تح�شينت�شميممولداتالكهرباءالهوائيةالم�شروعالأول63الح�شولعلىالطاقةمنالوقودالحيويالم�شروعالثاني64ا�شتخداماأجهزةالطاقةالحراريةال�شم�شيةالمركزةالم�شروعالثالث

6

7

الوحدة الأولىالمقدمة للفيزياء

8

تركزهذهالوحدةعلىتعريفكعلىعالمالفيزياء،وا�شتك�شافطرائقعملالعلمالمختلفةالتيتت�شمن�شياغةي،ومراعاةالجوانبالتاريخية الفر�شيات،وبناءاختباراتعادلة،واإجراءقيا�شاتدقيقة�شمن�شياقعملالتق�ش

للنظريةالذرية،وقيا�سالزمنقبلدرا�شةال�شماتالم�شتركةلقوانينالفيزياء.

حـول هـذه الوحــدة

الأهداف التعلمية للوحدةت�شعفر�شياتبناءعلىالأدلةالعلمية. •

تتمكنمنتنفيذاختباراتعادلة. •تجمعالأدلةوتدونهابدقة،با�شتعمالمجموعةمنالمعدات. •

ت�شتعملنماذجريا�شيةوتطبقهافيالعلوم. •ت�شتق�شيالتطورالتاريخيلكلمنالتركيبالذريوال�شاعات. •

اأوجهال�شبهوالختالفبينتلكالقوانين. ت�شتق�شيبع�سقوانينالفيزياء،والتفكيرب�شورةناقدةفي •فيالفيزياء. اأداةتق�س ت�شتك�شفتحليلالوحداتب�شفته •

9

الطريقة العلمية

اإنعملالعالمي�شبهعملمحققالمباحث،حيثيبحثالعلماءعندليلثميحللونها�شتنادااإلىالقيا�شاتالتييجرونها،وي�شوغونفر�شياتهمويختبرونهاثميعدلونهافي�شوءعمليةالتقويمالأولية.كاناأبوعليالح�شنبنالهيثم

(354-430هـ/965-1039م)،منذاألفعامتقريبااأولعالميطورتطبيقممار�شةالدليلالتجريبيللتحققمن�شحةالفر�شياتالنظرية.وقدولدابنالهيثمفيمدينةالب�شرةفيالعراقوا�شتهركونهعالماتجريبيا�شديدالتدقيقفي

التفا�شيل،وليزالمنهجهي�شتخدمحتىاليوملتو�شيحاأهميةا�شتخدامالدليلفيتطويرالنظريةولي�سمجردالراأيفقط.فقدكانحقامحققاعلميا.

و�شتتبعفيهذهالأن�شطةتعاليمابنالهيثم.كما�شتعملمثلجميعالمحققينالماهرينع�شوافيفريقلتطويرالأفكاروفح�سالأدلةواختبارها.

تعر�ساأحدالمنازللحادث�شرقةوطلباإليكتق�شيماحدث.حيثتوجدبع�سالأدلةعلىذلكمنها:نقودمبعثرةعلىاأر�سالمطبخ،ومرطباناأرزمك�شورفيالمطبخ،وبع�ساآثارالأقدامخارجالمنزل.

افح�ساآثاراأقدامالم�شتبهبه.وعالمت�شتدلمناآثارالأقدامهذه؟وهلهياآثاررجلاأمامراأة؟وهليمكنكا�شتنتاجوزنالم�شتبهبه؟

هليمكنكمعرفةطولالم�شتبهبه؟

تالحظوجوداآثارقدماأخرى.فماالذييمكنكاأنت�شتدلعليهاإذاوجدتاأثرينلالأقدام؟هلكانالم�شتبهبهيجرياأميم�شي؟وهليمكنكتكوينفكرةاأف�شلعن

معرفةطولالم�شتبهبهمنهذينالأثرينلالأقدام؟حاولاختباراأفكاركمنخاللدرا�شةاآثاراأقدامك.

اأعدبالتعاونمعفريقالتحريالذيتنتمياإليهتقريراعنالأدلةالتييمكنكا�شتك�شافهامنخاللتلكالآثار.وا�شتمعاإلىتقاريرفرقالتحريالأخرىفي�شفك.وهلتتفقاأفكاركمعاأفكارهماأمتختلف؟

الن�ساط الأولتحليل اآثار الأقدام

10

ا�شتمربالعملمعفريقالتحريلت�شميمتجربةتق�سحولاإمكانيةا�شتخدامعمقاأثرالقدمفيح�شابوزنال�شخ�س.ناق�سكيف�شتحقق

ذلك؟وماالذي�شتحتاجاإليهلأخذالقيا�شات؟وماالأدواتالتي�شتختارهالإجراءهذهالقيا�شات؟ومامقدارالخطاأالذيتتوقعهفي

قيا�شاتك؟اكتبخطةت�شففيهاماالذي�شتقومبه،ونظمجدوللتدوين

قيا�شاتك.ثمنفذتجربتك.وهليمكنكاأنتجداأينماذجنمطيةفيبياناتك؟و�شحماالذيت�شتدلعليهمننتائجك؟

ثمقيممدىدقةاآثارالأقدامفيتعرفوزنال�شخ�س.

مهمة تو�سع اأ�سعبهليمكنكا�شتخداممجموعةمناآثارالأقداملمعرفة�شرعةال�شخ�ساأوطوله؟حاولفح�سالختالفبيناآثاراأقدامكعندالم�شيوعند

الرك�س.وقارناآثاراأقدامكباآثاراأقدامالأع�شاءالآخرينفيفريقك.وماالنتائجالتيتو�شلتاإليها؟

ار�شممجموعةمنالمخططاتالبيانيةلتو�شيحالختالفبيناآثارالأقدامالتيلحظتها.

يتطلبهذاالن�شاطالعملب�شورةم�شتقلة،ويمكناتخاذهواجبامنزليا.ي�شفرفح�ساآثاراأقدامالم�شتبهبهعنوجودب�شعةحبوبمنالأرزبداخلها.وهناكاأنواعمختلفةمنالأرزلذايتطلبمعرفةمدى

مطابقتهالماهوموجودفيالمنزلالذيتعر�سلل�شرقة.وعليهينبغيفح�سحبتينمنالأرزمننوعينمختلفينعلىالأقل.

ثماأعدقائمةباأوجهالختالفبينهما؟وهللهمانف�سالحجموالكتلةواللون؟وكيفيمكنكمعرفةكتلةكلحبةمنالنوعينالمختلفينبال�شتعانةبمجموعةالموازينالموجودةفيالمطبخفقط؟ثمنظمجدولتدونفيهقيا�شاتك،وو�شحكيفح�شبتكتلةكلحبةاأرز.واأخيرااح�شبمقدارالخطاأالمتوقعفيهذاالقيا�س،اكتبالطريقة

التيا�شتخدمتهافيذلكبو�شوح.

مهمة تو�سع اأ�سعبربمانجمعنالرملالرطباأنتفاخحباتالأرز.وقدت�شيردرجةالنتفاخاإلىالزمنالذيم�شىمنذوقوعحادثال�شرقة.

لذا�شممتجربةلمعرفةمقدارانتفاخحباتالأرزعندتركهافيالماءلفتراتزمنيةمختلفة.

الن�ساط الثاني

الن�ساط الثالث

تق�سي اآثار الأقدام

تحليل حبات الأرز

11

�شتطبقفيهذاالن�شاططريقةم�شابهةللطريقةالم�شتخدمةفيالن�شاطال�شابقلحلم�شكلةجديدة.لذاتعاونمعفريقالتحريالذيتنتمياإليهعلىحلهذهالم�شكلة.

لقدتلقيتمكالمةهاتفيةمنمركزقيادةال�شرطةتخبركباأنال�شرطةتعتقداأنذلكالمنزلكاني�شتخدممركزالتزويرالأوراقالنقدية.وعليهفاأنكت�شكفياأنالأوراقالنقديةالتي

وجدتهافيالمطبخقدتكونمزورة.ولديكبع�سالأوراقالنقديةالأ�شليةوهيتبدواأقل�شمكامنالأوراقالنقديةالتيوجدتهافيالمطبخ.فكيفيمكنكقيا�س�شمكالأوراقالنقديةبدقة؟وهلتوجداأيطرقاأخرىيمكنك

ا�شتخدامهافياكت�شافالختالفبينالأوراقالنقديةالحقيقيةوالمزورة؟

اأعدن�شرةتعليميةلأ�شحابالمتاجرتمكنهممناكت�شافمااإذاكانتالأوراقالنقديةالتيي�شتخدمهاالنا�سل�شراءالحاجيات

مزورةاأمل.

هناكج�شيماتذاتن�شاطاإ�شعاعييطلقعليهاج�شيماتاألفا،التيلديهاالقدرةعلىاختراق�شفحاتعديدةمنالورق،غيراأنهناكن�شبةثابتةλمنهذهالج�شيماتيتمامت�شا�شهافيكلمليمترواحدمنالورقتمرخالله.فهليمكنكا�شتخال�سمعادلةللتوقعبالجزءالمتبقيمنج�شيماتاألفابعدمرورهاخالل�شمكمقدارهxمممنالأوراقالنقدية؟

يمكنا�شتخدامهذهالخا�شيةلج�شيماتاألفافيمعرفة�شمكالأوراقالنقدية.لذاار�شممخططابيانيايو�شحعددج�شيماتاألفاالتيتعتقداأنهاتبقىفيمقابل(�شد)�شمكالنقودالتيمرتخاللها؟وكيفيمكنكا�شتخدامهذاالمخطط

لإيجاد�شمكورقةنقدواحدة؟

كميبلغقطرالذرة؟وكمتبلغكتلتها؟وهلجميعالذراتلهانف�سالقطروالكتلة؟وكيفيمكننامعرفةذلك؟ومنقا�سهذهالأ�شياءاأول؟وكيف

تمكنوامنذلك؟ا�شتخدمالمكتبةوالم�شادرالموجودةعلىالإنترنتفيالبحثعنذلك.واكتبق�شةم�شورةتعبرعنتاريخمعرفتنابالذرة،وكيفتطورتهذه

المعرفةبمرورالوقت.ثماح�شبعددالذراتالتييحتويها�شمكورقةالنقد،وقدرعددالذراتالتييمكناأنتوجدفيحبةالأرز.وماالفترا�شاتالتيو�شعتهاللتو�شلاإلىذلك؟اإذاكانحجمالذرةالواحدةيعادلحجمحبةالأرز،فكم�شيكونقطر

حبةالحم�سوفقالهذاالمقيا�س؟

الن�ساط الرابع

الن�ساط الخام�س

الن�ساط ال�ساد�س

�سحيح اأم خطاأ؟

م�ساألة المت�سا�س

حجم الذرات

12

قيا�س الوقت

كانقيا�سالوقتمنالأ�شياءالمهمةللغايةلدىعلماءالم�شلمين.والعديدمنالأدواتالمبتكرةلتحديدالوقتتعودجذورهاالأولىاإلىبلدانال�شرقالأو�شط.

منذالوهلةالأولىلمالحظةحركةالظلخاللاليومافتتنالإن�شانبقيا�سالزمن.فيهذاالن�شاط�شنتمعنفيتطوراأدواتقيا�سالوقت.

المزولةهيال�شاعةال�شم�شية،وهيالآلةالأولىالتيا�شتخدمتظاللال�شم�سلقيا�سالوقت.وبتطورال�شطرلب(اآلةفلكيةقديمةلقيا�سارتفاعال�شم�ساأو

النجوم)تمتح�شينهذهالنماذجالب�شيطة.ويرجعتاريخبدايةال�شاعاتال�شم�شيةاإلىزمنالم�شالتالم�شريةالقديمة،حيثعرفتاأولمزولةب�شاعةالظل

الم�شرية،والتي�شنعتمنذمايقارب3000�شنة.كانال�شطرلباآلةفلكيةاأكثرتعقيدا،حيثي�شتطيعتحديدموقعال�شم�ساأوموقع

نجومثابتةلح�شابالموقعوالم�شافةوالوقتعلىالأر�س.ولقد�شنعاأولا�شطرلبفيم�شاغلعليبنعي�شىفيبغدادفي(328-400هـ/940-1010م).

ولمي�شلال�شطرلباإلىاأوروبااإلبعد200�شنهمنهذاالتاريخ.ولينح�شرعملال�شطرلباتفيقيا�سالزمنفقط،اإذاإنهيمكنهقيا�سارتفاعال�شم�سفيالأوقاتالمختلفة،كمااحتوىر�شوماتمثلالكواكبوالنجومحتىيت�شنىمالحظةتحركهافيالف�شاء)اأوبالأ�شححركتنابالن�شبةلمواقعها).

�شتفكرفيهذاالن�شاطعنكيفيةبناءالمزولة،و�شت�شتق�شيكيفيةعملها.

قماأولببع�سالمالحظاتالب�شيطة.ثماغرزق�شيباق�شيرا(يمثلعقربال�شاعة)راأ�شيافيالأر�س،وا�شتعملبع�سالح�شىلتحديدمواقعنهايةظلالق�شيبفياأوقاتمختلفةمنالنهار.ماذاتالحظبخ�شو�سموقعالظلوطوله؟ماال�شكلالنهائيالذياتخذتهالح�شى؟وهليمكنكتف�شير�شبب

حدوثذلكال�شكل؟

الن�ساط ال�سابعال�ساعة ال�سم�سية )المزولة(

13

ي�شتعملهذاالنوعمنال�شاعاتال�شم�شيةعقرباموجها�شوبالنجمالقطبي.اإذا

ا�شتطعتمالحظةالنجمالقطبيفياأثناءالليل،وجهالعقرب�شوبهواغرزهفي

الأر�س.فاإنلميمكنكذلك،فحددالتجاهال�شماليبا�شتخدامبو�شلة،واغرزالعقربفيالأر�سباتجاهال�شمالولكنبزاويةترتفععنالأر�سم�شاويةلمقدارخط

العر�سفيموقعك.امنالكرتونوثبتهفيالعقرب ق�سقر�شبحيثيكونمتعامدامعه.�شععالمةعندنهايةظلالعقربعلىالقر�سكل�شاعة.مامالحظتكعلىهذاالظل؟اأيمكنكتف�شيراختالفهعن�شكلالظلالذيراأيتهمنقبل؟

قمبعململ�شقيت�شمنر�شمااأو�شورةل�شاعتكال�شم�شية،معتو�شيحلطريقةعملها،واعر�شهافيال�شفلزمالئكالطالب.

عمل مزولة �سم�سية ا�ستوائية

تو�سع )اأ�سعب(ال�شاعةال�شم�شيةالأنايملةsundialanalemmaticهي�شاعة�شم�شيةلهاعقربراأ�شيك�شابقتها.ير�شمظلالعقرباأثرابي�شويا(اإهليلجيا)علىالأر�س.يتغيرموقعالأثرالبي�شويالذيير�شمهظلالعقربمنيوماإلىاآخر.فاإناأردناتثبيتو�شعالظلعلىالأر�س،فعليناتحريكالعقربحركةطفيفةكليوم.حاولاأنتعللذلك؟باإمكانكاأنتبحثفيالمكتبة

اأومنخالل�شبكةالإنترنتعنطريقةعملال�شاعةال�شم�شيةالأنايملة.ار�شممخططابيانيالنمطظلال�شاعةال�شم�شيةالأنايملة،وا�شرح�شببتحريكالعقربيومياللحفاظعلى�شكلالظل

ثابتا.

و�شفعبدالرحمنال�شوفي(290-375هـ/903-986م)األفا�شتخداممختلفلآلةال�شطرلب.

كانال�شطرلبمهمافيتلكالآونةلي�سفقطلتحديداتجاهالكعبةا. الم�شرفة،بلولمعرفةاأوقاتال�شالةاأي�ش

الن�ساط الثامنال�سطرلب

14

يتكونالج�شمالرئي�شيلالإ�شطرلبمنقر�سنحا�شيمجوف(الحجرة)لحملاأطقممنال�شفائحكلمنهام�شمملخطعر�سمعين.وتوجد�شبكةفياأعلىال�شفائح،وهيعبارةعنقر�س

مفرغي�شمحبروؤيةال�شفائحاأ�شفله.تمثلالدورةالواحدةلل�شبكةدورةيوميةللنجومفيال�شماءت�شمىاليومالفلكي.وقدرقمتحافةالمادةالنحا�شيةعلىفتراتزمنية،حيثو�شعمنت�شف

النهارفيالحافةالعلياومنت�شفالليلفيال�شفلى.ويوجدموؤ�شر�شغيرمتحركفوقال�شبكةي�شمىالم�شطرةاأواأداةالقيا�س.

يعلقالإ�شطرلببكاملهبحلقةتثبتعلىالطبقةاأل�شلية.وتوجدمقايي�سمدرجةمنحوتةفيالجهةالخلفيةلالآلةت�شتخدمفيقيا�سالزاويةوالرتفاعوالتجاه.وي�شمىالموؤ�شرالمثبتفي

الجهةالخلفيةمنال�شطرلببالع�شادة.

قيا�س الوقتيحملالإ�شطرلبلتحديدالوقتب�شكلراأ�شيوتدورالع�شادةاإلىاأنت�شتويمعخطال�شم�س)اأونجمثابت).ويحددالرتفاععنطريقمو�شعالع�شادةمنخاللالمقيا�سخلفالإ�شطرلب.

ثميحددموقعال�شم�سفيفلكالبروجب�شبطالع�شادةعلىاأحداأيامال�شنةكماهومو�شحفيالمقيا�سخلفالإ�شطرلبلقراءة

خطالطول،وحينئذتحركالم�شطرةحتىتتقاطعمعفلكالبروجكماهومر�شومعلىالجهةالأماميةلالإ�شطرلبفيخططولال�شم�سالحالي.وهكذايت�شحموقعال�شم�س.ثمتدارال�شبكةوالم�شطرةمعااإلىاأنيلتقيموؤ�شرال�شم�سبخطالطول

الذيقي�سم�شبقا.حيثت�شيرالم�شطرةهنااإلىالزمنال�شم�شيعلىحافةقر�سالحجرة.ا�شتعنبالمعلوماتالمذكورةاأوالقراءةالإ�شافيةعلىالإجابةعنالأ�شئلةالآتية.ثماأختراأحدهذهالأ�شئلةلدرا�شتها

ب�شورةم�شتقلةاأو�شمنمجموعة،واعر�سهذهالدرا�شةعلىطالبال�شفمو�شحاا�شتنتاجاتك.ماالفرقبيناليومال�شم�شيواليومالفلكي؟ولماذايختلفان؟ -1

كانتال�شاعاتالم�شتخدمةفيالنهارقديماتختلفعنال�شاعاتالم�شتخدمةفيالليل،فلماذاا�شتخدمت"�شاعات -2غيرمت�شاوية"؟ولماذالت�شتخدمحاليا؟

افيتوقعاأحداث�شماوية،ك�شروقال�شم�سوغروبها،فكيفتمفعلذلك؟ يمكنا�شتخدامالإ�شطرلباتاأي�ش -3

لميق�شمالعالمقديمااإلىمناطقزمنية،فلماذاتوجدفيوقتناالحا�شرهذهالمناطقالزمنية؟ -4

كيف ي�سنع الإ�سطرلب

15

اأنواع اأحد "الكليب�شايدرا"-�شارقةالماءباللغةالإغريقية،هيال�شاعاتالمائية.وهي�شاعةب�شيطةكانتت�شتعملفيجميع

اأرجاءالعالم.واأقدم�شاعةمائيةا�شتعملتفيم�شريرجعتاريخهااإلىمايزيدعلىثالثةاآلف�شنة،وا�شتخدمتلقيا�س

تدفقالماءمنخالل�شنبور�شغيربالقربمنقاعاإناء.�شت�شنعفيهذاالن�شاط�شاعةمائيةبا�شتعمالقارورة

بال�شتيكية�شعتهالتران،اثقبهابالقربمنالقاعمعو�شععالماتجانبيةلإظهارم�شتوىالماءفينهايةكلدقيقة.

اللفكرةالتيلديك وقبلاأنتقومبذلك،ار�شممخططاتو�شيحيحولالعالماتالتي�شتكونعلىجانبالقارورة.

يمكنكالآناإجراءالتجربةلترىمدى�شحةتوقعاتك.تكمنالم�شكلةفيال�شاعاتالمائيةفيعدمان�شيابالماءمنخالل

الثقببمعدلثابت.فهلت�شتطيعاأنتو�شح�شببذلك؟ماالعواملالموؤثرةفيمعدلخروجالماءمنالثقب؟وكيفيمكنكحلهذهالم�شكلةبجعلالماءيتدفقبمعدلثابتمن

ال�شاعةالمائية؟ار�شم�شكالل�شاعةمائيةتمت�شميمهاليتدفقمنهاالماءبمعدلثابتكلدقيقة.

�شممالمهند�سالمحترفاأبوالعزبناإ�شماعيلبنالرزازالجزري(530-603هـ/1136-1206م)،فيالقرنالثالثع�شرالميالدي�شاعةمتقنةتعرفب�شاعةالفيللالحتفالبتنوعالأجنا�سالب�شرية.تج�شدال�شاعةامتدادالعالمالإ�شالميفي

ذلكالحينمناإ�شبانيااإلىاآ�شياالو�شطى.وقدا�شتخدملهذهال�شاعة؛تقنيةرفعالماءمناليونان،والفيلمنالهند،وطائرالعنقاءمنم�شر،بالإ�شافةاإلىالرموزالعربية،وال�شجادالإيراني،والتنينال�شيني.ويمكنكم�شاهدةالن�شخة

طبقالأ�شليةلهافيمركزابنبطوطةالتجاريفيدبي.

الن�ساط التا�سع

الن�ساط العا�سر

ال�ساعات المائية

�ساعة الفيل

16

اكت�شفكيفيةعمل�شاعةالفيلوو�شحذلك.

تخيلاأنهباإمكانكا�شطحابتلكال�شاعةاإلىالقمر،فهلتعتقداأنها�شتحافظعلىالتوقيتنف�شهكتوقيت

الأر�س؟و�شحاإجابتك؟

هناكاأنواععديدةمنال�شاعاتالمبنيةعلىاأ�ش�سومبادئمختلفة،منهاعلى

�شبيلالمثالحرقال�شمع،وان�شيابالرملعبرثقب،وتاأرجحبندول.

حاولعملت�شميممبتكرل�شاعةب�شيطةيمكناإعدادهافيالمنزلبا�شتخدامالمواد

المتوفرةالب�شيطة.ثماأح�شرهااإلىالمدر�شةللم�شاركةفيم�شابقةال�شاعات.وتكونال�شاعةالف�شلىهيالتيتت�شفبت�شميممبتكروتعطيالوقتبدقةلمدة

�شاعةكاملة.

ن�سخة ل�ساعة الفيل

الن�ساط الحادي ع�سرم�سابقة ال�ساعات

Jona

than

Bow

den،2

007

17

القوانين والكميات الفيزيائية

يوجدفيعلمالفيزياءعالقاتكثيرةمتعددةتظهرفيهامتغيراتغيرم�شتقلةتتنا�شبطرديامعمتغيراتاأخرىم�شتقلةمثلالم�شافةالمقطوعةوالزمن،الوزنوالكتلة،القوةالموؤثرةوال�شتطالةالحادثةلناب�س.ونحننقولاإنهذهالمقاديرمتنا�شبةطردياويعبرعنهابمعادلتب�شيطةمثل:الم�شافة=ال�شرعة×الزمن،الوزن=الكتلة×�شدةمجالالجاذبيةالأر�شية،القوةالموؤثرةفيناب�س=ثابتالناب�س×مقدارال�شتطالة.ولكنهلهذهالقوانين�شحيحةتحتجميع

الظروف؟وهللهاحدود؟

�شنلقينظرةاأخرىفيهذاالن�شاطعلىبع�سالقوانينال�شائعة،و�شنعرفاأينتنهارهذهالقوانين.حيث�شتعطىعددامنالختيارات،وعليكتق�شياأحدهاثممحاولةمعرفةالنقاطالتيينهارعندهاالقانون.

ين�سقانون"�شنل"علىاأنهعندمايمرال�شوءداخالاأوخارجامنكتلةمنالزجاجتكونن�شبةجيبزاوية -3ال�شقوطاإلىجيبزاويةالنك�شارثابتةدائما(معاملالنك�شار).فهليكونهذا�شحيحدائما؟قمبتمرير�شعاع

رفيعمنال�شوءعبرواجهةمقو�شةمنكتلةن�شفدائريةعلىاأني�شلاإلىالجانبالم�شتويمنهاعندمنت�شفهاثميخرجاإلىالهواء.وتحققمااإذاكانقانون�شنل�شحيحادائما؟�شتحتاجاإلىعملمخططبيانيحتىيمكنكمعرفة

مااإذاكانتالعالقةالخطية�شتنهارعنداأينقطة.

ين�سقانون"هوك"على -1اأنالإ�شتطالةالحادثةلناب�ستتنا�شبطرديامعالقوةالمحدثةلتلكال�شتطالة.فهلذلك�شحيحدائما؟اأح�شر

امعبع�سالأوزان، ناب�شوعلقهابالناب�س.

ار�شممخططابيانيايمثلالعالقةبينالوزنوال�شتطالة

الحادثة،ثما�شتك�شفاإذاماكانتالعالقةالخطيةبينهما�شتنهارعنداأي

نقطةاأمل.

ين�سقانون -2اأن "اأوم"علىفرقالجهدبينطرفيمقاومة

كهربائيةيتنا�شب

تنا�شباطرديامع�شدةالتيار

المارفيه.فهليكونهذا�شحيحدائما؟خذقطعةمن�شلكمقاومة(اأوقطعةمن�شلكمن�شهر)،وم�شدرجهدمتغير(اأوبطارياتمختلفةالجهد)،وفولتميتر،واأميتر

(اأومقيا�شينكهربائيينذويقيا�شاتمتعددة)واكت�شفذلك.يتعينعليكعملمخططبياني،يتيحلكمعرفةاإذاكانتالعالقةالخطيةبينالتياروفرقالجهد

�شتنهارعنداأيةنقطةاأمل.

هليمكنكبالن�شبةلتجربتكالمختارة؛اقتراح�شببلنهيارالعالقةالخطيةعندنقطةمعينة؟وهلتعتقداأنجميعالقوانينتنهارعندنقطةمعينةاأماأنهناكبع�سالقوانينتكون�شحيحةدائماتحتجميعالظروف؟

كيفيمكنللعلماءاإحرازالمزيدمنالمعرفةعندانهيارالقوانين؟

الن�ساط الثاني ع�سرانهيار القانون )توقف القانون عن العمل(

18

العمليات الفيزيائية وتحليل الوحدات

بع�سالوحداتالتين�شتخدمهافيالفيزياءهيوحداتاأ�شا�شية،منهاعلى�شبيلالمثالالكتلة(كجم)والطول(م)والزمن(ث)وال�شحنة(كولوم)ودرجةالحرارة(كلفن).علىحينيطلقعلىالوحداتالأخرىا�شموحداتم�شتقةلأنهااأ�شماءتعطىلوحداتناتجةعندمجوحداتاأ�شا�شية،فعلى�شبيلالمثالال�شرعة(م/ث)،الت�شارع(م/ث2).وت�شمىالوحداتفيبع�سالأحيانباأ�شماءعلماءم�شهورينولكنهامعذلكتظلوحداتم�شتقة،فعلى�شبيلالمثال،القوة

(نيوتن=كجم.م/ث2)،الطاقة(جول=كجم.م2/ث2).يمكنناا�شتخداموحداتكمياتمعلومةفيمعادلةللح�شولعلىوحداتكمياتغيرمعلومة،ويطلقعلىهذهالعملية

ا�شمتحليلالوحدات.

ين�سقانوننيوتنفيالجاذبيةعلىاأنالقوةالتيي�شحببهاج�شمنحو،Mالكوكبوكتلةmالج�شمكتلةمعطردياتنا�شباتتنا�شبماكوكبشطح�

.FαMm/r2:اأي،rمركزيهمابينالم�شافةمربعمعوعك�شياول�شياغةذلكعلى�شورةمعادلةقابلةللتطبيقينتجعنهاح�شابقيم�شحيحةللقوىي�شافاإلىالمعادلةثابتالتنا�شب(G)اإلىالمعادلة،

ويطلقعليهثابتالجذبالعام.F=GMm/r2

ا�شتخدمهذهالمعلوماتفيا�شتنتاجالوحدةالتييجباأنيقا�سبهاثابتالجذبالعامG،ولماذايطلقعليه"العام"؟وهلتعتقداأنهذاالقانونعام

بالفعل؟وهلمنالمحتملاأنتوجدبع�سالمناطقفيالكونلينطبقعليهاهذاالقانون؟

الن�ساط الثالث ع�سرالقانون العام؟

مهمة تو�سع اأ�سعبلنفر�ساأنهناكثقبافيالأر�سيمرعبرمركزالأر�ستماماويخرجمنالناحيةالأخرى.فماذايحدثعندمات�شقط

ج�شمافيهذاالثقب؟وهل�شيخرجالج�شممنالناحيةالأخرى؟و�شحاإجابتك.

مراجعة والتاأمل في هذه الوحدةماالفرقبينالفر�شيةوالنظرية؟ •

اأعمال(جاليليو)،وفيكيفيةقيا�سالزمنبو�شاطةالبندول. ابحثفي •اأدواتالقيا�سدقة؟ اأكثر هلينبغيللعلماءدائماا�شتعمال •

ماالفرقبينالعالقةالمتبادلةوالختبارالعادل؟ •

تحدى نف�سكماذايق�شدالعلماءبالدليل(الرغبةفياإثبات�شيء)؟مام�شادرالأدلة؟كيفيحكمالعلماءعلى�شدقهاو�شحتها؟

19

الوحدة الثانيةالحركة

20

�شوفت�شتك�شففيهذهالوحدةالفرقبينالكمياتالقيا�شيةوالكمياتالمتجهةفيمو�شوعالحركة.كما�شتدر�سكالمنال�شرعةوال�شرعةالمتجهة،اإ�شافةاإلىالم�شافةوالإزاحة،ثمت�شتعمللعبةال�شطرنجنموذجالإحداثياتالمتجهات،

علماباأنهتمتقديمالقوىوالت�شارعب�شفتهماكمياتمتجهةاأخرى.

الأهداف التعلمية للوحدةاأوجهال�شبهوالختالفبينالكمياتالقيا�شيةوالكمياتالمتجهة،مثل:ال�شرعة،وال�شرعة ت�شتق�شي •

المتجهة،والإزاحة،والم�شافة.تطبققوانينالمتجهاتوطرائقجمعهاعلىالمالحة،بو�شاطةالأقمارال�شطناعيةوالطيران. •

اأفكارعنالمتجهات،م�شتعمالالريا�شياتواألعابال�شطرنج. نمذجة •تطبقالمعرفةبالمتجهاتعلىالقوىوالت�شارع. •

ت�شتق�شيحركةكرةالمن�شدةوكرةالجولف،وكيفيةتاأثيرالقوىفيحركتهما. •تبحثفيكيفيةتاأثيرالقوىوالعواملالأخرىفيت�شميم�شطحالأر�سلل�شياراتفائقةال�شرعة. •

حـول هـذه الوحــدة

21

المواقع

تطرقنافيالوحدةالأولىاإلىا�شتخداماتالإ�شطرلبواأهميتهفيتحديدموقعكعلىالأر�س.وهناكالعديدمنالأ�شاليبالتقنيةالحديثةلمعرفةالموقعوتحديده،واإحدىهذهالتقنياتهيالمالحةبو�شاطةالأقمارال�شطناعية.ولقدجهزتالعديدمنال�شياراتالحديثةبنظامالمالحةبو�شاطةالأقمارال�شطناعية.ولكنكيفتعملتلكالأنظمة؟

تعملاأنظمةالمالحةبو�شاطةالأقمارال�شطناعيةبا�شتخداممبداأالتثليث.

ويتعينعليكلتحديدموقعكمعرفةبعدكعنثالثنقاطثابتةعلىالأقل.انظراإلىالخريطةالمجاورةلمخططمدينةالريا�س

لعام1366هـ/1946م.ا�شتخدممقيا�سالر�شمالمبينفيال�شورةلتحديدموقعكوفقاللمعلوماتالتالية:

500ياردةمنبوابة اإذاكنتعلىبعد •ال�شهيرة.

350ياردةمنبوابة اإذاكنتعلىبعد •البديع.

يحتاجنظاممالحةالأقمارال�شطناعيةاإلىمعرفةمواقعاأربعةاأقمارا�شطناعيةعلىالأقلمناأجلتحديدموقعك.ولبدمناأنتكونتلكالأقمارفوقك،وتعرفبعدكعنكلقمرا�شطناعيمنهذهالأقمار.علماباأنالأقمار

ال�شطناعيةتوجدفيمداراتثابتةفوقالأر�س،لذافهيتقعب�شورةم�شتمرةفوقالنقطةنف�شهاعلىالأر�س.تحتويجميعاأجهزةالمالحةبو�شاطةالأقمارال�شطناعيةعلى�شريحةمعلوماتمبرمجةحولهذهالأقمارت�شاعد

نظامالمالحةفيال�شيارةعلىالتقاطالإ�شاراتمنالأقمارال�شطناعيةالأخرىوا�شتقبالها.وت�شتغرقالإ�شارة0.06ثانيةل�شتقبالو�شولهااإذاكانموقعالقمرال�شطناعيفوقالنظاممبا�شرةوعلىم�شافة18000كم،ممايعنياأنه

يوجدفا�شلزمنيبينالإ�شارتينالمر�شلةوالواردةبمعاملي�شاوي0.06ثانية.

الن�ساط الأول

الن�ساط الثاني

تحديد موقعك

كيف تعمل اأنظمة المالحة بو�ساطة الأقمار ال�سطناعية؟

5 3 1 6 4 2

22

يوجدلكلمنالأقمارال�شطناعيةالثالثة�شفرةرقميةتتعرفعليهااأجهزةالمالحة.والتيت�شاعدعلىمعرفةنوعالإ�شارةوم�شدرهاوالزمنالذيت�شتغرقهفيالو�شول،ثممدىبعدهعننظاممالحةالأقمارال�شطناعيةفيال�شيارة.

وي�شتطيعنظامالمالحةفيالقمرال�شطناعياأنيحددالأماكنبدقةفائقة،با�شتخداممبداأالتثليث.لماذانحتاجاإذااإلىالقمرال�شطناعيالرابع؟يحتويكلقمرا�شطناعيعلى�شاعةذرية،ويحملنظاممالحةالأقمارال�شطناعيةفيال�شيارة�شاعةرقمية)كوارتز(اأقلدقة.علىحيني�شبطالقمرال�شطناعيالرابععدمالدقةفي�شاعة

نظامالمالحةالموجودفيال�شيارةالتيقدينجمعنهاح�شاباتغيردقيقة.

رفيالأ�شياءالتي تخيلاأناأحدالأقمارال�شطناعيةقدا�شطدمبحطامف�شائيممااأدىاإلىابتعادهعنالأر�س.فك�شوفتنتجعنذلك.وهل�شيبقىهذاالقمرفيمكانهفوقكمبا�شرة؟وهل�شيمكنكا�شتقبالاإ�شاراته؟وماذا�شيحدث

لعاملالزمن،والوقتالمطلوبل�شتقبالالإ�شارةخاللانتقالهامنالقمرال�شطناعيواإليه؟اإذاكانالقمرال�شطناعييتحركمبتعداعنك،فهل�شت�شتغرقالإ�شارةزمنااأطوللو�شولهااإلىالقمرال�شطناعيمنزمنرجوعها؟

ناق�ساأفرادمجموعتكفياأفكاركوتوقعاتكحولالتاأثيراتالمحتملة،ثماأعدمل�شقايو�شحفكرتكعنالتاأثيراتالتيتعتقداأنهانتجتعنالحطامالف�شائيالذياأ�شاباأحدالأقمارال�شطناعية.واعر�سهذاالمل�شقعلى�شائرالطالب

فيال�شف.

I = fourth satellite: checking and correcting satellite messages

II = intersection point of the satellite signals: your location

I

II

اأجرىالعالمانالفيزيائياناألبرتمايكل�شونواإدواردمورليتجربتهماال�شهيرةفيعام1305هـ/1887مالتياأدتاإلىالإجابةعنال�شوؤالالأخيرفيالن�شاط2.

ونظرااإلىاأهميةهذهالتجربة،فقدمنحاجائزةنوبلفيمجالالفيزياءعام1325هـ/1907م.ابحثعنمدىاأهميةتلكالتجربةوماتو�شلاإليههذان

العالمان.

الن�ساط الثالثثبات �سرعة ال�سوء

I=ي�شبطالقمرال�شطناعيالرابعوي�شححر�شائلالقمرال�شطناعي.

اإ�شاراتالأقمار II=نقطةتقاطعال�شطناعية:موقعك

23

المتجهات والكميات العددية

هباأنكدعوت�شديقالكفيالخارجلزيارتكللمرةالأولى.وهواأر�شلاإليكر�شالةبالبريدالإلكترونيي�شاألكفيهاعنمكاناإقامتك،واأخبرتهباأنكتبعدعنالمطارم�شافة5كم.فهلتعتقداأنه�شيتمكنمناأنيجدك؟اإنمعرفةالم�شافةبينك

ااإلىمعرفةالتجاهالذي�شي�شيرفيه.لكناإذاقلتلهاإنكتبعدعن وبينالمطارلي�شتكافية.و�شيحتاج�شديقكاأي�شالمطارم�شافة5كماإلىالغرب،فعندئذ�شي�شتطيعتحديدمكانمنزلك.اإنم�شافة5كمنحوالغربت�شفاإزاحتكعن

المطار.والم�شافةكميةقيا�شيةلأنهلي�سلهااتجاه،فيحيناأنالإزاحةكميةموجهةلأنهاتحتويعلىاتجاهدائما.

انظراإلىالخريطةالمجاورة.وهباأنكالطيارالذييقوداإحدى

الطائراتالتي�شتقلعمنالريا�ساإلىاأبوظبي،ال�شاعة08:00ب�شرعة

800كمفيال�شاعة.

فكميبلغطولالم�شافةمنالريا�ساإلىاأبوظبي؟وماالإزاحةمناأبوظبياإلىالريا�س؟هبت

رياحعنيفةمنالجنوباأدتاإلىخروجالطائرةعنخط�شيرهامما

ا�شطرتاإلىالهبوطفيمطارالدوحة.فماالإزاحةمنالدوحة

اإلىالريا�س؟وما�شرعةالطائرةعلىالأر�س؟ومتىهبطت؟وكمبلغت�شرعة

الرياح؟

الن�ساط الرابعر�سم م�سار الرحلة

250

250

تو�سع اأ�سعبلماذاتختلفالفترةالزمنيةالتيت�شتغرقهاالرحلةالجويةمنالريا�ساإلىاأبوظبيعنالفترةالزمنيةلرحلةالعودة؟

24

اربطكرةم�شنوعةمنخيوطالقطنبطرفخيطوام�شكهاراأ�شياواأنتجال�سفي�شيارة.ولحظمايحدثللبندولعندماتت�شارعال�شيارةاأوتتباطاأاأوتنحرفعندالمنعطفات.

توجدفيالدراجاتالناريةما�شاتلل�شدماتلت�شاعدالراكبعلىال�شعوربمزيدايجل�سعلىمقعدالدراجةالناريةالموجودةفي منالراحة.تخيلاأنهناك�شخ�شال�شورة.ار�شم�شهمامتجهافيالر�شمالتخطيطييبيناتجاهالقوةالتييوؤثربها

وزنالراكب.ثمار�شم�شهمامتجهااآخريبيناتجاهالقوةالتييوؤثربهاناب�سما�سال�شدمات.فماذايمكناأنيو�شفمقدارهذهالقوى؟وكمعددالكمياتالفيزيائيةالأخرىالتييمكنتمثيلهاباأ�شهمالمتجهات؟وماالكمياتالفيزيائيةالتيلي�سلهااتجاهول

يمكنتمثيلهابا�شتخداماأ�شهمالمتجهات؟

الن�ساط الخام�س

الن�ساط ال�ساد�س

متجهات الإزاحة

التفكير بمتجهات اأخرى

ماالمعلوماتالتيتح�شلعليهامنحركةالبندولفيمايتعلقبالقوىالموؤثرةفيال�شيارةفيالأوقاتالمختلفة؟ار�شماأ�شهمالمتجهاتتو�شحمايحدثلمو�شعالبندولعندماتت�شارعال�شيارةاأوتتباطاأاأوتنحرفعندالمنعطفات.ثم

�شعاأ�شماءلهذهالر�شوممعتو�شيح�شببردالفعلالذييتخذهالبندول.يتاأرجحالبندولالمو�شحفيال�شورةاأعالهاإلىالخلف.�شفحالتينتتحركبهماال�شيارةلتنتجهذاالأثر،وو�شح

اإجابتك.لنفر�ساأنالخيطكانمرنا،واجتزتاأحدالحواجز(المطبات)فيالطريق،فار�شمر�شوماتخطيطيةللمتجهاتحامايحدثلإزاحةالبندول. معت�شميتها،مو�ش

25

الإزاحة

يت�شمنالعديدمناألعابالطاولةالحركةحول�شبكةم�شتطيلةال�شكل.وال�شطرنجهيلعبةيمار�شهالعبانمعا،حيثيعطىلكللعب16قطعةعندبدءاللعبةهي:الملكوالوزيروقلعتانوفيالنوح�شانانوثمانيةجنود.

يتحركالالعبالأبي�ساأول،ويمكنلأيمنالالعبينال�شتيالءعلىقطعةالخ�شمعنطريقتحريكاإحدىقطعهاإلىالمربعالذيتحتلهقطعةالخ�شم.وعندئذيتماإخراجقطعةالخ�شممنالرقعةحتىنهايةالمباراة.

اإذاتعر�سالملكاإلىخطروكانلديهفر�شةلحمايتهوالنجاةبه،يطلقعلىهذا"ك�سملك"،اإذلي�شتطيعالملكالتحركاإلىمربع"ك�سملك"اآخر.وفيهذهالحالةيجباأنيقومالالعبالمهددبتحريكملكهفورا.

والهدفالرئي�سفيلعبةال�شطرنجهواأنتاأ�شرملكخ�شمكفيحالة"ك�سملك"،وعندمالي�شتطيعالملكتجنبالأ�شريعدفيحالة"ك�سمات"ثمتنتهياللعبةفورا.

حيثيمكنللملكالتحركبمقدارمربعواحدفياأياتجاهبمافيذلكالخطوطالقطرية،وليمكناأ�شرهاأبدافياللعبة،وعندتعر�شهللخطريجبحمايتهعلىالفور.وعندماي�شتحيلحمايةالملكيخ�شرالالعباللعبة.ويطلقعلىالهجومالذييتعر�سلهالملكمنالخ�شم"ك�سملك"،وعندماي�شتحيل�شدهيموتالملكوت�شمى"ك�س

مات"ويخ�شر�شاحبهاللعبة.اأماالوزيرفهواأقوىقطعةعلىرقعةال�شطرنج،اإذيمكنهال�شيطرةعلىمربعاتاأكثرمناأيقطعةاأخرى.ويمكنهالتحركاإلىالأمامواإلىالخلفوقطريام�شافةاأيعددمنالمربعات،ولكنهلي�شتطيعتخطيالقطعالأخرىالتي

تعتر�سطريقهوالقفزفوقها.القلعةيمكنهاالتحركاأيعددمنالمربعاتفيالتجاهينالأفقياأوالعمودي،ولكنهالت�شتطيعتخطيالقطع

الأخرىالتيتعتر�سطريقها.الفيليمكنهالتحركاإلىاأيمربعفيالتجاهاتالقطريةالتييمربها،ولكنهلي�شتطيعتخطيالقطعالأخرى

التيتعتر�سطريقه.علىحينتتكونحركةالح�سانمنخطوتينمختلفتين،يتحركاأولم�شافةمربعواحدبمحاذاة�شفه،ثميتحرك

مربعاواحدافيالتجاهالقطري.وليوؤخذفيالح�شباناإذاكانالمربعالذي�شيمرعليهالح�شانفيالخطوةالأولىتحتلهقطعةاأخرى.

اأماالجنودفيتحركونعادةاإلىالأمامفقط.فيتحركفيالحركةالأولىمنمربعهالأ�شلياإلىالأمامم�شافةمربعواحداأومربعين�شاغرينبمحاذاةال�شفالذييقععليه،وتكونحركتهبعدذلكم�شافةمربعواحد�شاغر

بمحاذاة�شفه،وي�شتطيعالجندياأنياأ�شراأيقطعةتقعفيالتجاهالقطريلهيمينااأو�شمال.

26

انظراإلىلعبةال�شطرنجالموجودةاأدناهالتيتتكونمنمربعاتم�شاحةكلمنها2�شم2×�شم.وابحثعنخ�شمي�شاركفياللعبةحيثيبداأالالعبالأبي�سبالتحرك.

.(g5)الموقعاإلى(f3)الموقعمنالح�شاننقلالمثال�شبيلفعلىالمربع،اإحداثياتبا�شتخداملكالأولىالنقلةشجل�وا�شتمرباللعبحتى5حركاتلكلمنالأبي�سوالأ�شود.

عندالنتهاءمنذلكاح�شبالم�شافةالكليةلكلقطعةقمتبتحريكهاواإزاحتهامقارنةبموقعهاالأول.واأ�شراإلىالإزاحةفيالر�شمبو�شععالمة�شهم.

الن�ساط ال�سابعالحركة ال�سحيحة

8

7

6

5

4

3

2

1

a b c d e f g h

27

كانال�شطرنجي�شتخدمفيالع�شورالو�شطىلتعليما�شتراتيجياتالحرب.فاإذاكنتقائداع�شكريافهل�شيكونمن

ال�شروريمعرفةالم�شافةالكليةالتييقطعهاجنودكفياليوم،اأمالإزاحةالخا�شةبهمعندنهايةاليوم؟فكرفيالختالفات

الموجودةحولن�شراأنواعمختلفةمنالجنود.تخيلاأنكاأحدالقادةالع�شكريينالعظامفيالتاريخ،ولديكجنودم�شاةوفر�شانوجنودي�شتخدمونالأقوا�سوال�شهام.فار�شممل�شقايو�شحمعركةبريةفيالع�شورالو�شطىوالأماكنالتي�شت�شعفيهاكلمجموعةمنالجنود.

وف�شر�شبباختياركلموقعكلمجموعة،ثمار�شماأ�شهممتجهاتتو�شحاتجاهكلمجموعةو�شرعتها.

الن�ساط الثامناإ�ستراتيجية التخطيط

28

15m/s 25m/s

20m/s

10m/s

5m/s

eg

=

=

25m/s

15m/s

10m/s15m/s

resultant

15m/s25m/s

20m/s

10m/s

5m/s

eg

=

=

25m/s

15m/s

10m/s 15m/s

resultant

ال�سرعة المتجهة

�شرعةالج�شمالقيا�شيةهيالم�شافةالتييقطعهاالج�شمفيزمنمعين،وال�شرعةالقيا�شيةهيكميةغيرمتجهة.ويمكنح�شابهابا�شتخدامالمعادلة:ال�شرعة=الم�شافة÷الزمن.وهيتقا�سبوحدةم/ث،اأوكم/�شاعة.و�شرعةال�شوءهي

كميةثابتة�شديدةالأهميةلتختلفبالن�شبةاإلىالم�شاهدحتىولوكانم�شدرال�شوءمتحركا.وقيمتهات�شاوي300000000م/ث.فماقيمتهابوحدةكم/�شاعة؟

�شرعةالج�شمالمتجهةهيالم�شافةالتييقطعهاالج�شمفيزمنمعينوباتجاهمعين.وال�شرعةالمتجهةهيكميةمتجهة.وعنداإ�شافة�شرعتينمتجهتيناأواأكثر،يجبالأخذبنظرالعتبارمقدارهماواتجاههما.

وي�شمىالمتجهالناتجعنجمعمتجهيناآخريناأواأكثربالمح�شلة.وعندجمعمتجهاتمتعامدةيجبا�شتخدامقواعدعلمالمثلثاتحتىنقومبجمعالمتجهات.

15م/ث

15م/ث

10م/ث

10م/ث

املح�شلة

25م/ث

15م/ث25م/ث

5م/ث

20م/ث

على�شبيلاملثال

29

ار�شمخطبدايةعلىالأر�سبا�شتخدامالطبا�شير،و�شععليهكرتيمن�شدةمعتحديدموقعهما.وار�شمعلىم�شافة1اثالثالديه�شاعة مترمنخطالبدءخطنهايةموازياله.تتطلبهذهاللعبةلعبينلدىكلمنهمااأنبوبةم�سو�شخ�ش

توقيت.

المباراة )اللعبة(ينفخكللعبعلىكرةالمن�شدةالخا�شةبهباتجاهخطالنهايةلمعرفةمن�شي�شلاإليهاأول،ويح�شبال�شخ�سالثالثالوقتالذيا�شتغرقتهالكرةالفائزة.يمكنتكراراللعبةعدةمراتبا�شتخداممواقعمختلفةلتوجيهتيارالهواءالخارجمناأنبوبةالم�سنحو

الكرةلم�شاهدةمدىتاأثيرذلكفيم�شارالكرةو�شرعتها.

حددنقطتيالبدايةوالنهايةلكللعببا�شتخدامالطبا�شير،وار�شم�شهمابينهاتينالنقطتين.ثماح�شبالم�شافةوالزاويةعنالخطالأفقيلكللعب.واق�شمالم�شافةعلىالزمنالذيا�شتغرقهكللعبلإيجادال�شرعةالأكبر.ويكون

الفائزهوال�شخ�سالذييحققاأكبر�شرعة.

ت�شممكراتالجولفوت�شنعحتىيمكنهاالحركةفيخطوطم�شتقيمةوب�شرعةكبيرةحيثتغطىاأ�شطحهابنتوءاتكمافي

ممتعلىهذهال�شورة؟ ال�شكلالمجاور.فلماذا�شتدوركراتالجولفحولنف�شهافياأثناءحركتهاعبرالهواء.فكيفي�شاعدهاذلكعلىالطيرانب�شورةم�شتقيمة؟ا�شتخدم

المكتبةاأوالإنترنتللبحثكيفاأدىت�شميمالنتوءاتفيكراتالجولفاإلىتح�شينقدرتهاعلىالطيرانفيالهواء.

الن�ساط التا�سع

الن�ساط العا�سر

م�سابقات كرة المن�سدة

�سكل كرة الجولف

1

30

"ثر�شت"THRUSTهوا�شماأحداأ�شرعال�شياراتفيالعالم،حيث�شجلتفيعام1997م/1418هـرقماقيا�شيافيال�شرعةعلىالأر�سبلغت763.035ميالفيال�شاعة،والذييعادل1.020Mach(�شرعةال�شوت).

ماذايق�شدبـ1.020Mach؟ابحثفيالمكتبةاأوالإنترنتلمعرفةماالرقمالقيا�شيالحاليلل�شرعةعلىالأر�س،وكيفتمتحقيقه.وهلتعتقداأن

ااأق�شىلل�شرعةالتييمكنلل�شيارةالتحركبها؟فاإذاكانتالإجابةبـ"نعم"ا�شرح�شببذلك. هناكحد

الن�ساط الحادي ع�سراأق�سى �سرعة على الأر�س

Get

tyIm

ages

مراجعة والتاأمل في هذه الوحدةمامكامنالقوةوال�شعفللعبةال�شطرنجعندماتتخذنموذجال�شتك�شافالمتجهات؟هليمكنكالتفكير •

بنموذجاآخراأف�شلمنلعبةال�شطرنج؟�شةللمالحةبو�شاطةالأقمارال�شطناعيةب�شورةتحققالغر�سمنها؟ اأنفقتالأموالالمخ�ش هل •

حكيفيحرفلعبوكرةالقدمالكرة،م�شتفيدامننتائجبحثكالخا�سبكرةالجولف(الن�شاطالعا�شر). و�ش •

تحدى نف�سكةبثبات�شرعةال�شوءفيعام1887م.فلماذاا�شتغرقاأمرت�شلمهماجائزة اأكمل(مايكل�شونوومورلي)تجربتهماالخا�ش

نوبلحتىعام1907م؟

316

الوحدة الثالثةالقوى في بعد واحد

32

تركزهذهالوحدةعلىالقوىفي�شياققوانيننيوتنوالمجالت.ت�شتخدمقوانيننيوتنوتطبقعلىالحركةالدائريةوعلىميزاتت�شميم�شالمةال�شيارة.ومنثمت�شتك�شفالكهرباءال�شاكنةوقوةالجاذبيةوالقوةالمغناطي�شية،والنظر

بعدذلكعلىاأوجهالت�شابهالريا�شيةبينهم.

حـول هـذه الوحــدة

الأهداف التعلمية للوحدة�شرحوتطبيققانوننيوتنالأولعلىالحركةالدائرية. •

�شرحوتطبيققانوننيوتنالأولوالثانيعلىميزاتت�شميم�شالمةال�شيارة. •ا�شتخدامقانوننيوتنالثالثفي�شياقالحركةفيالف�شاء. •

اأفكارحولالجاذبيةعلىالكواكبالأخرى. تطبيق •تطويرواختبارالفر�شياتفي�شياقالحركةالدائريةوالجاذبيةوالكهرباءال�شاكنةوالمغناطي�شية. •

بحثجدوىطاقةالمدوالجزركموردطاقةفيالم�شتقبلللمملكةالعربيةال�شعودية. •اأوجهالت�شابهالريا�شيةبينالمعادلتالتيت�شرحقوةالجاذبيةوقوةالكهرباءال�شاكنة للتعرفعلى •

والقوةالمغناطي�شية.اأفكار ا�شتك�شاف�شبلالحدمنانبعاثاتالغازاتالدفيئةوالحدمنتاأثيراتالحترارالعالمي،با�شتخدام •

اأخرى.

33

ا�ستك�ساف القانون الأول لنيوتن

لحظتفيالن�شاطالخام�سمنالوحدةالثانيةاأنراأ�سالبندولالمعلقمن�شقفال�شيارةيريدال�شتمراريةبالحركةبخطم�شتقيمعندانعطافال�شيارةبزاوية.وهذهالظاهرةهينتيجةلقانوننيوتنالأولوالذيين�سباأنكلج�شم

�شوفيبقىثابتااأوي�شريبخطم�شتقيممالمتوؤثرعليهقوةخارجية.�شوفن�شتك�شففيهذهالوحدةعنتاأثيراتهذاالقانون.

اإذادرتحولنف�شك،ف�شتالحظاأنمالب�شكتتطايرمبتعدةعنج�شمك.ما�شببذلك؟

�شعكرةمن�شدةفيدلو�شغير،واربطمقب�سالدلوبخيط،ثمام�شكبالخيطوحركالدلوفيدائرةاأفقية،ثمزد�شرعةالدلوب�شورةتدريجية.(احر�سعلىاأن

تكونلديكم�شاحةكافيةلتنفيذهذاالن�شاط)فماذاتالحظبالن�شبةاإلىقوةالخيطفييدك؟وماالعواملالأخرىالتييمكناأنتغيرهاللتاأثيرفيالقوةالتي

�شعرتبهافييدك؟ا�شتنتجماذا�شيحدثللدلواإذاانقطعالخيطفجاأةفياأثناءتدويره.ولماذا

�شيحدثذلك؟وو�شحكيفيرتبطذلكبالقانونالأوللنيوتن.يطلقعلىالقوةالتيكنتت�شعربهاا�شمالقوةالمركزية،فهليمكنكالتفكيرفيطريقةلتعديل

تجربتكبحيثت�شتطيعمنقيا�سمقدارهذهالقوة؟

الن�ساط الأولتحدي الجاذبية ومقاومتها

v1

v2r

A

B θ

θ

التو�سعكيفتف�شراأنهفياأثناءتحريكالدلوعلىمحيطالدائرةفاإن�شرعةحركتهتظلثابتة،علىحينتتغير�شرعتهالمتجهة؟

تخيلاأنالكرةتتحركعلىمحيطدائرةن�شفقطرهاr،وت�شنعBالنقطةاإلىAالنقطةمنتتحركعندماوذلكθمقدارهازاوية،rθشي�شاوي�ABالقو�سطولفاإنلذا،tمقدارهازمنيةفترةفي

.v=rθ/tللمقدارم�شاوياvال�شرعةمقداريكونو�شوفار�شممثلثاقائمالزاويةبا�شتخداممتجهال�شرعةv1بو�شفه

زاويةمجاورة،ومتجهال�شرعةv2كونهوتراللمثلث،علىحينتمثلالزاويةالمقابلةفيهذاالمثلثالتغيرفيال�شرعةالمتجهةΔv.وو�شحاأنذلكي�شاويvθتقريبا.والآناأوجدمقدارت�شارعالكرةبينالنقطتينAوB.وهذامايعرفبالت�شارعالمركزي.

v1

v2r

A

B θ

θ

حاولالآنتحريكالدلوحولالمركزفيدائرةراأ�شية.فماذايحدثللكرةاإذاكانتحركتكبطيئة؟ولميحدثذلك؟اإذاكانتلديك�شجاعةكافية،فيمكنكتنفيذالتجربةبا�شتعمالدلومملوءبالماء!

اح�شباأقل�شرعةيتطلبهاتحريكالدلوحركةدائريةعلىاأنتبقىالكرةبداخلهعندماي�شلالدلوقمةالم�شارالدائري.

34

كيفيف�شرالقانونالأوللنيوتنفيالحركة،مبداأعملالغ�شالةعندماتكونفيدورةالتجفيف؟

ولم�شاعدتكعلىفهمذلك،جربتنفيذهذاالن�شاطبالتعاونمعزميلك.

اأح�شرلوحاورقيا،واأدخل�شيخا�شغيرافيمركزهحتىتتمكنمنتدويراللوححولمحورمركزي،ثم�شعبع�سحبوبالأرزدوراللوحببطء،وزد علىم�شافاتمختلفةمنمركزاللوح،ثم�شرعةالدورانتدريجيا،ثملحظماذا�شيحدثلحباتالأرز.

الن�ساط الثانينيوتن والغ�سالة الآلية

داخل الغ�سالة الآليةتمثلال�شورةاليمنىاأدناه�شورةبالأ�شعةال�شينيةلغ�شالةاآليةذاتباباأماميلو�شعالمالب�سبداخلها.ا�شرحمنخالل

مالحظاتككيفت�شاعددورةالتجفيفالخا�شةبالغ�شالةعلىاإزالةالماء.

الجاذبية ال�سطناعيةفهذهالنظريةعندت�شميممحطةف�شاءكي كيفتوظ

ي�شعرروادالف�شاءبـ"الجاذبيةال�شطناعية"؟

تحتويالغ�شالتذاتالبابالأماميعلىاأ�شطوانةتدورفيالم�شتوىالراأ�شي،وفياأثناءدورانهاتلت�شقالمالب�سالمبللةبجوانبها.و�شحلميحدثذلك؟

وعندتباطوؤدورانالأ�شطوانةتقلقوةالت�شاقالمالب�سبها.و�شحذلك.اأينقطةمننقاطالدائرةالراأ�شيةيبذلفيهااأكبرقدرمنالقوةعلىالمالب�س؟و�شحاأ�شبابذلكم�شتعينابنموذج

ريا�شي.

نموذج لمحطة ف�ساء دولية

Gus

toim

ages/S

cien

ceP

hoto

Lib

rary

35

مزيد من التنقيب في قوانين نيوتن

.vالمتجهة�شرعتهفيmالج�شمكتلة�شربحا�شلي�شاويالزخم

الزخم = كتلة الج�سم ×�سرعته المتجهةالزخمكميةمتجهةويجبتحديدهدائمامعاتجاهه.

يتطلبلإيقافج�شمبزمنق�شير،قوةكبيرة.ولكن،اإذااأردنااإيقافهفيزمنكبيرفاإنالقوةالمطلوبةحينئذتكوناأقل.وقدعبرنيوتنعنذلكفيقانونهالثانيفيالحركةالذيين�سعلىاأن:القوةالمح�شلةالموؤثرةفيالج�شمتكون

م�شاويةلمعدلالتغيرفيزخمه.

القوة = التغير في الزخم ÷ الزمن الم�ستغرق في التغير

�شتو�شحالأن�شطةالمتوفرةفيهذاالجزءالعالقةهذهب�شورةاأكبر.

عهاعندقمةم�شتوىمائل،ثما�شنعتمثال�شغيرالرجلمنال�شل�شال،واأجل�شهفوق خذلعبة�شيارة�شغيرة،و�شال�شيارة،ثم�شعكرةمنال�شل�شالعنداأ�شفلالم�شتوىالمائللإيقافال�شيارة.

الن�ساط الثالثلماذا ن�ستعمل حزام الأمان؟

ي�سعب اإيقاف الأج�سام التي تمتلك زخما كبيرا، كالقطار، مقارنة بالأج�سام التي تمتلك زخما قليال كالدراجة الهوائية.

36

دحرجال�شيارةعلىالم�شتوىالمائلحتىت�شطدمبالحاجزالموجوداأ�شفلالم�شتوىالمائل،فماذا�شيحدثلتمثالالرجلالم�شنوعمنال�شل�شال؟وكيف

يو�شحذلكالقانونالأوللنيوتن؟حاولتغييرزخمالرجلعنطريقتغييركتلتهاأو�شرعتهالمتجهة.وف�شركيف

يوؤثرذلكفيمايحدثعندمات�شطدمال�شيارةبالحاجز؟وكيفيو�شحذلكالقانونالثانيلنيوتن؟

نفذتق�شيالتعرفالعالقةبينزخمالرجلوالم�شافةالتيقطعهابعداأناألقيمنال�شيارةلحظةال�شطدامبالحاجز،ثمو�شحالعالقةالتيتو�شلتاإليهم�شتعينا

بالر�شمالبياني.و�شحاأهميةوجوداأحزمةالأمانفيال�شيارة.ولماذايجباأنيكونحزامالأمان

قاباللال�شتطالة(اأيمرنا)؟وماذا�شيحدثاإذالمي�شتطلحزامالأمان،اأواإذاا�شتطالب�شورةكبيرة؟ا�شرحكيفيةارتباطت�شميمحزامالأمانبكالالقانونين؛الثانيوالثالثلنيوتن.

�شمممل�شقااعتماداعلىالنتائجالتيتو�شلتاإليها،اأون�شرةلت�شجيعالنا�سعلىا�شتعمالاأحزمةالأمانفيال�شيارات.

تخيلاأنكتعملفي�شركةلل�شيارات،وطلباإليكت�شميمحزاماأمانمثالييتميزبحمايةالركابمنالإ�شابةنتيجةا�شطدامهمبلوحةالقيادةالأماميةعندتعر�س

ال�شيارةلحادثت�شادم،واأنيكونمريحاعندا�شتعماله،واأليت�شببفياإ�شابةالقف�سال�شدريللراكبعندوقوع

حادثما.ثماجمععددامنالموادالمختلفةلختبارمدى

مالءمتها،وقرركيفيةاختبارها.وكيفيمكنكمحاكاةالقوةالمفاجئةالتي�شتتعر�سلهاهذهالموادفياأثناءالت�شادم؟وكيفيمكنكقيا�سدرجةثباتكلمادة

للراكب؟ا�شرحمزاياحزامالأمانالتيفكرتفيهاخاللعملية

الت�شميم،مو�شحاكيفيةاإجراءالختبارعنطريقالر�شمالبياني،وتو�شيحكلمنالإجراءاتوالقرارالذياتخذته

حولاأف�شلمادة�شوفت�شتخدمها.

الن�ساط الرابعحزام الأمان المثالي

TRL

Ltd/

Scie

nce

Phot

oLi

brar

y

37

اليتحطمفيحالوقوعحادث يعملغطاءمحركال�شيارةعملجبهةامت�شا�سل�شدماتال�شيارة.وهوم�شممخ�شي�شمناأجلحمايةالركاب.

تخيلماذا�شيحدثعندمالتوجدفيال�شيارةمنطقةلمت�شا�سال�شدمات؟ولماذا�شتكونقوةال�شطدامالتيي�شعربهاالركابكبيرة؟

يو�شحالر�شمالبيانيالآتيكيفيةتغيرالقوةالتيتتعر�سلهاال�شيارةبتغيرزمنال�شطداملمنطقةامت�شا�سال�شدمات.

و�شحكيفيرتبطهذاالر�شمالبيانيبالقانونالثانيلنيوتن.

الن�ساط الخام�سمناطق التحطم )مناطق امت�سا�س ال�سدمات(

الزمن )ثواين(

تاأثري مناطق العمل

تن(نيو

ة )لقو

ا

38

الكتلة والوزن

.Dالج�شممنهايتكونالتيالمادةوكثافة،Vالج�شمبحجمتتحددوهيالج�شم،داخلالمادةكميةmالكتلةت�شفوالوحدةالأ�شا�شيةللكتلةهيالكيلوجرام(كجم).وتكونكتلةالج�شمدائماهينف�شها،ولتتغيراإذاانتقلالج�شماإلى

كوكباآخر.

)V( الحجم )D(× الكثافة = )m( الكتلةاأماالوزن(W)فهوعبارةعنقوةت�شحبالج�شماإلىالأ�شفلنحومركزالكوكب،و�شت�شقطالأج�شامجميعهابفعلهذه،(N)النيوتنبوحدةيقا�سوهوي�شاويها،لولكنهبكتلتهالج�شموزنويرتبطتركها.حالفيالكوكبمركزنحوالقوةويح�شبب�شربكتلةالج�شمبوحدةالكيلوجرامفي�شدةمجالالجاذبية(g)،اأوماي�شمىبت�شارعالجاذبيةالأر�شية

للكوكبالذييوجدعليه.

)g( سدة مجال الجاذبية�× )m( الكتلة )W( = الوزنمتو�شطقيمة�شدةمجالالجاذبيةالأر�شيةي�شاوي9.81N/kg،اأي9.81نيوتن/كيلوجرام.

يو�شحالر�شماأدناهمناطقمنالأر�سذاتقيممختلفةل�شدةمجالالجاذبيةالأر�شية.فلماذاتختلف�شدةمجالالجاذبيةالأر�شيةتبعالختالفالمكان؟

قيمة�شدةمجالالجاذبيةالأر�شيةفيالدمامت�شاوي9.793م/ث2غيراأنهذهالقيمةت�شاوي9.818م/ث2في�شتوكهولم.

وبالنظراإلىموقعيالمدينتينعلىالكرةالأر�شية،ا�شتنتجالفر�شيةالخا�شةحول�شببوجودقيممختلفةل�شدةمجالالجاذبيةالأر�شيةفيكالالموقعين.

يعبراأحياناعن�شدةمجالالجاذبيةبوحدةN/kgاأينيوتن/كيلوجرام،واأحيانابوحدةm/s2اأيم/ث2.و�شحكيفاأنهاتينالمجموعتينمنالوحداتمت�شاويتان.

الن�ساط ال�ساد�سالجاذبية الأر�سية

39

يو�شحالجدولالآتيمتو�شط�شدةمجالالجاذبيةعلىبع�سالأج�شامالأخرىفينظامناال�شم�شيمقارنةمع�شدةمجالالجاذبيةعلىالأر�س.

كتلةالم�شترياأكبرمنكتلةالأر�سب318مرة،ومعذلكفمجالالجاذبيةللم�شترياأكبرمنمجالالجاذبيةلالأر�سب2.64مرةفقط.فهليمكنك

تو�شيحذلك؟اإذاكانمجالجاذبيةال�شم�سي�شاوي274.1م/ث2فلماذالتنجذبالكواكبالأخرىجميعهانحوها؟

اإذاكانعلىالإن�شاناإخالءالأر�س،فماالكوكبالذي�شتختارالذهاباإليه؟ولماذا؟وكيف�شيوؤثرمجال

جاذبيةهذاالكوكبفيالحركةعليه؟االغالفالجويللكوكبودرجة كيف�شيوؤثراأي�ش

حرارتهفياإمكانيةوجودالحياةعليه؟وماالعواملالأخرىالتييجباأخذهافيالح�شبانقبلاتخاذالقرارباإقامةم�شتعمرةعلىالكوكب؟�شمممل�شقا

يو�شحاأفكارك.

الن�ساط ال�سابعالجاذبية على كوكب اآخر

مرت / ثانية2م�ساعف جاذبية الأر�ساجل�سم

27.90274.1ال�شم�س

0.37703.703عطارد

0.90328.872الزهرة

19.8226(بحكمتعريفها)الأر�س

0.16551.625القمر

0.38953.728املريخ

2.64025.93امل�شرتي

1.13911.19زحل

0.9179.01اأورانو�س

1.14811.28نبتون

0.06210.610بلوتو

40

انظراإلى�شورةرائدالف�شاءالذيي�شلح�شفينةالف�شاء.وافتر�ساأنهيطرقهابالمطرقة.فماذا

�شيحدثله؟وماذا�شيحدثل�شفينةالف�شاء؟و�شحاإجابتك.

تحتويالبدلةالخا�شةبرائدالف�شاءعلىحبلقويلل�شالمةيطلقعليها�شم"الحبلال�شري"اأوحبل

التزويدلأنهيزودرائدالف�شاءبالهواء،ويحافظعلىارتباطهبال�شفينةفياأثناءال�شيرفيالف�شاء.افتر�ساأنرائدالف�شاء�شربالحبلال�شريبالمطرقةخطاأ

ممااأدىاإلىقطعه،فماذا�شيحدثله؟ماذا�شيحدثاإذاقرررائدالف�شاءا�شتخداممفككهربائيل�شلكيلفكاأحدالم�شاميراللولبيةفي

�شفينةالف�شاء؟و�شحالحركةالالحقةلكلمنرائدالف�شاءو�شفينةالف�شاء.

منالمتوقعاأنتن�شبالإمداداتالعالميةمنالنفطفيغ�شونب�شعةعقود.لذافاإنالعديدمنالدولتطورتقنياتبديلةلتوفيرالطاقةمنالموارد

المتجددة.واإحدىهذهالتقنياتالبديلةا�شتخال�سالطاقةمنالمدوالجزرفيالمحيطات.

تخيلاأنكعالمتعملمعهيئةللطاقةالبديلةفيالمملكةالعربيةال�شعودية.وقد�شئلتبالنظرفيجدوىاإن�شاءمحطةجديدةلطاقةالمدوالجزر.

تعرفعلىماهيةالق�شاياالرئي�شيةالتي�شتهتمبها.ماالذي�شتحتاجاإليهلتفهموتقيمعلومطاقةالمد

والجزروتقنيتها؟التقييمالق�شايا وماالذي�شتحتاجاإليهاأي�شالقت�شاديةوالبيئيةوالجتماعيةذاتال�شلة

بم�شروعك؟لاأنيكونقريبامنالمدنوالبلدات،واأليكونفيموقعيوؤدي اإنموقعمحطةطاقةالمدوالجزرمهمجدا،منالمف�شحاجزالمدوالجزرفيهاإلىاإغراقالأرا�شيالمنخف�شة.ماالموقعالمنا�شبفيراأيكلإقامةمحطةطاقةالمدوالجزرفي

المملكةالعربيةال�شعودية؟اكتبتقريرااعتماداعلىتحليالتكلهذهالق�شايا،وماالتو�شياتالمنا�شبةالتيتقترحهالم�شروعكالمف�شل؟علىاأن

تت�شمنالمبرراتالخا�شةبالإجراءاتالتيتدعواإليها.تعار�ساإحدىالجماعاتالبيئيةخططك،م�شتندةاإلىاأنالتاأثيرالبيئيللم�شروع�شيلحقال�شرربمواطنالحياة

الحيوانيةوالنباتية.فكيفتدح�سهذاالعترا�س؟

الن�ساط الثامن

الن�ساط التا�سع

قوانين نيوتن في المدار

المد والجزر في المحيط

Scie

nce

Phot

oLi

brar

yM

artin

Bon

d/Sc

ienc

ePh

oto

Libr

ary

محطةران�س(Ranc)لطاقةالمدوالجزرفيفرن�شا

41

القوة الموؤثرة عن بعد

بع�سالقوىلتوؤثرعندنقطةالتالم�س،ولكنهاتوؤثرعنبعد.لقد�شاهدنابالفعلاأنالجاذبيةالأر�شيةهياإحدىهذهالقوى.ومنالقوىالأخرىالتيتعملبهذهالطريقةهيالقوىالمغناطي�شية،والقوىالكهرو�شكونية،اإذتولدهذهالقوى

كلهامجالت.وهذهالمجالتهيمناطقمحيطةبالقوىيظهرفيهاتاأثيرها.و�شنتناولفيهذاالق�شم�شلوكهذهالمجالت.

اأدلكبالونامنفوخابمالب�شك،ثمقربهمنتيارماءمتدفقمنال�شنبور.فماالذي�شت�شاهده؟وكيفيمكناأنيوؤثرالبالونفيماءال�شنبوردوناأنيلم�شه؟

ماهذهالقوةالموؤثرة؟وماالعواملالتيتعتقداأنها�شتوؤثرفيمقدارهذهالقوة؟ماهيالمعادلةالخا�شةبمقدارالقوةالكهرو�شكونيةبينج�شمينم�شحونين.وهلتبدوهذهالمعادلةم�شابهةلأي

معادلة�شبقاأن�شاهدتها؟

الن�ساط العا�سرالقوى الكهرو�سكونية

Cha

rlesD

.Win

ters/S

cien

ceP

hoto

Lib

rary

التو�سع حكيفي�شبحتيارالماءم�شحوناكهربائيا،ممايوؤدياإلىانجذابهنحوالبالون.وقارنبينم�شارالماءمنجهة، و�ش

والم�شارالذيتتبعهالإلكتروناتفيمداراتهاحولالنواةمنجهةاأخرى.وو�شحاأوجهالت�شابهبينالم�شارين.تعتمداإحدىطرقاإزالةالتلوثمنالجوعلىا�شتخدامالمر�شباتالكهرو�شكونيةفيمداخنالم�شانع.و�شحكيفتكون

هذهالمر�شباتفعالةفياإزالةالملوثاتمنالجو.

42

يجذبالمغناطي�سالموادالمغناطي�شيةحتىدونلم�شها.خذ�شدادةمنالفلينودعهاتطفوعلى�شطحالماء.�شعاإبرةعلىالفلينثمقربالمغناطي�سنحوالإبرة.ماذا�شيحدث؟هذامثالاآخرعلىالقوةالموؤثرةعنبعد.ماالذييعتمدعليهمقدارهذهالقوةفيراأيك؟ولماذاتنجذبالإبرةنحو

المغناطي�سحتىلولمتكنمغناطي�شابحدذاتها؟في�شنة681هجرية/1282ميالديةاخترعالأ�شرفعمر،

وهوعالمفلك،وثالث�شالطينالر�شوليينفياليمن،اأحدالأ�شكالالأوليةمنالبو�شلةبا�شتخدام

اإبرةممغنطةطافيةفيوعاءفيهماء.جربمغنطةاإبرتكعنطريقحكهابمغناطي�س،

وحاولاأنتكررتجربةالأ�شرفعمر.منالحديد، ابحثفيالخ�شائ�سالمغناطي�شيةلكل

والفولذال�شلب.وتوقعتاأثيرا�شتخداممغناطي�سمنالحديدفيهذهالتجربةبدلمنمغناطي�ساآخرمن

الفولذال�شلب.وي�شتخدمالحديدعلىالأغلبفيقلبالمغانطالكهربائيةبدلمنالفولذال�شلب،فهليمكنكتف�شيرذلك؟ولماذالتنجحالتجربةبالم�شتوىذاتهاإذاكانتالإبرةم�شنوعةمنالحديدكمالوكانتم�شنوعة

منالفولذال�شلب؟اأوجدالمعادلةالخا�شةبمقدارالقوةبينمغناطي�شين.وكيفتت�شابههذهالمعادلةمعالمعادلةالخا�شةبالقوىالأخرى

الموؤثرةعنبعد؟

الن�ساط الحادي ع�سرالقوى المغناطي�سية

43

mاإنحيث،F=GMm/r2بالمعادلةتتحددج�شمينبينالجذبقوةاأنالأولىالوحدةفي12الن�شاطمنتعرفتلقدوMهماكتلتاالج�شمين،وrالم�شافةالفا�شلةبينمركزيالج�شمينوGثابتالجذبالعامالذيمقداره:

.(SIوحداتفيفكرتلميح:).المعادلةهذهفيGالثابتوجود�شببو�شح6.674.×11-10m3kg-1s-2اإذاكانكلج�شميجذبكلج�شماآخرفيالكونكماهومتوقعا�شتنادااإلىهذاالقانون،فاإنذلك،يعنياأنهناكقوة

جذببينكوبينمنيجل�سبجوارك.فماالذييتعينعليكقيا�شهللتو�شلاإلىح�شابهذهالقوة؟ولماذالتعياأوتدركهذهالقوةعلىالرغممناأثرهافيكطوالالوقت؟

اأوجدقوةالجذببينكوبينال�شخ�سالذييجل�سبجواركعلىاعتباراأنقيمةثابتالجذبالعامهي:6.67×10-11m3kg-1s-2

الن�ساط الثاني ع�سرقوة الجاذبية

قانون التربيع العك�سيلقدلحظتاأنكافةالقوىالتيتوؤدياإلىزيادةمجالتالقوة،تح�شببا�شتخدامعالقاتالتربيعالعك�شي.وذلكلأناأي

م�شدرفينقطةمعينةين�شرتاأثيرهب�شورةمت�شاويةفيالتجاهاتجميعهاعلىنطاقغيرمحدودبمايتوافقمعقانونالتربيعالعك�شي.

خاللالتفكيرفيم�شدرهذهالقوىالذييكمنفيمركزالمنطقةالموؤثرة،ا�شرحكيفاأنالقوةالناتجةيجباأنتخ�شعلقانونالتربيعالعك�شي.

S

r

2r

3r

44

يت�شببالحترارالعالميفيان�شهارالأغطيةالجليديةفيالقطبين،كمايوؤدياإلىتغيراتمناخيةكبيرة.فيرتفعم�شتوىماءالبحرفوقالأرا�شيالمنخف�شة،وتتعر�سمناطقزراعةالمحا�شيلللت�شحرب�شببالجفاف.

ي�شعىالعلماءبا�شتمراراإلىحلم�شاكلالحترارالعالمي.واأحدالحلولالتييمكنتطبيقهاتكمنفيزيادة�شوءال�شم�سالمنعك�سنحوالف�شاءمنالغالفالجويبا�شتخدامتقنيةتعديلبيا�سالغيوم.وتت�شمنهذهالتقنية"تبيي�س"

الغيومعنطريقر�سقطراتماءالبحرمنال�شفننحوالأعلى.

ةالحترارالعالمي؟واإلما�شتندتفيالتو�شلاإلىهذا فهلتعتقداأنهذهالطريقة�شتكونفعالةفيالتقليلمنحدال�شتنتاج؟

اقترحم�شادرالطاقةالمحتملةلتحقيقتعديلبيا�سالغيوم.وكيفيمكنتجنبا�شتخدامم�شادرالطاقةالتيتوؤدياإلىتفاقمم�شكلةالحترارالعالمي؟

هلتوجدطرقاأخرىاأكثرفعاليةللتقليلمنالحترارالعالمي؟تخيلاأنكفو�شتمنمجل�سالطاقةالعالميلتقديمتو�شياتب�شاأنالطرقالأكثركفاءةللم�شيقدمافيخف�سالحترارالعالمي،فماالتو�شيالتالتي�شتقترحها؟وكيف

تبررها؟حددبع�سالنتائجالمترتبةعلىعدمخف�سالحترارالعالميخاللالع�شر�شنواتالقادمةحتىتجعلتقريركاأكثر

تاأثيرا.

الن�ساط الثالث ع�سرالهند�سة الجيولوجية: تقنية تعديل بيا�س الغيوم

�سفينة تقنية بيا�ض الغيوم

مراجعة والتاأمل في هذه الوحدةاأو�شدالحترارالعالميالذيي�شببهالإن�شان؟ ماهيالأدلةالتيتدعم •برراختياركلأف�شلم�شدرللطاقةبديلللمملكةالعربيةال�شعودية. •

اأ�شرحال�شبببوجودقوةتعملعلىج�شمب�شكلدائري. •اأن اأنالقوةالعاملةعلىالدلويجب اأنكتعرف اأ�شرحكيف فكربدلومربوطبخيطيتحركب�شكلدائري. •

يكوناتجاههانحومركزالدائرة.

تحدى نف�سكاأعملتقريرتدعمفيهاأو�شدالم�شاريعالعلميةمثلم�شروع"�شيرن".

45 5

الوحدة الرابعةال�شغل والقدرة والطاقة

46

تبذلالحفارة�شغالفيكلمرةتغرففيهاغرفةمنالتراب.ويبذلال�شغلفيكلمرةتحركفيهاالقوةج�شمام�شافةماباتجاهتلكالقوة.وعندمايكونال�شغلالمبذول�شادراعن�شخ�ساأواآلةفاإنالطاقةتعطىللج�شمالذييقععليهال�شغل.وفيهذاالمثال،تبذلالحفارة�شغالوتعطيغرفةالترابطاقةو�شعجاذبية.ويكونال�شغلالمبذولوالطاقةالمعطاة

للج�شمدائمامت�شاويين.

الن�ساط الأولال�سغل والقدرة

�شوفتتعلمفيهذهالوحدةمايتعلقبالطاقةوتطبيقاتهافيالعديدمنمجالتالفيزياء.كماتتعرفعلىاأ�شكالالطاقةالمتعددة-بدءابالمبادئالأ�شا�شيةوانتهاءبمفاهيماأ�شعب.

حـول هـذه الوحــدة

الأهداف التعلمية للوحدةتدركمفاهيمال�شغلوالطاقةوالقدرة،وتتمكنمنح�شابالقيمالخا�شةبها. •

اأ�شكالمختلفةكثيرة،كالطاقةالحركية،والطاقةالكامنةالجاذبة،والطاقة اأنالطاقةتوجدفي تدرك •الكامنةالمرنة،والطاقةالحرارية،والطاقةالكيميائية،والطاقةالكهربائية.

تطبققانونحفظالطاقةفيحالتمنواقعالحياة. •"جوزيففونفراونهوفر"فيتحديدغازاتالغالفالجويللنجوممنخاللا�شتخدام اأهميةعمل تدرك •

طيفالمت�شا�س.اأنماطاتظهرفيالبياناتالأولية،وتجريالبحوثبا�شتخدامم�شادرثانوية. تحلل •

تطورمهاراتالتقديربمافيذلكتقديركميةالأخطاء. •

47

ويح�شبال�شغلبا�شتخدامالمعادلةالتالية:

ال�سغل المبذول= القوة ×الإزاحة في اتجاه القوة

ويقا�سال�شغلبوحدةالجول(J).وينبغيعندا�شتخدامهذهالمعادلة،الحر�سعلىقيا�سالقوةالموؤثرةوالإزاحةالمقطوعةفيالتجاهنف�شه.

تفح�س�شورةالحفارةبعناية.اأفقياعلىالأر�س. اأثناء�شحبها قدرالقوةالم�شتخدمةلملءمغرفةالحفارةفي •

قدروزنالمغرفةبعدملئهابالتراب. •اإذاعلمتاأنعر�سغرفة�شائقالحفارةي�شاوي2متقريبا،فقدرالم�شافاتالأخرىفيال�شورة،ثماح�شبالقيمة

التقديريةلإجماليمقدارال�شغلالذيبذلتهالحفارةلرفعمغرفةواحدةمنالترابمنموقعهاالحالياإلىم�شتوىم�شاولرتفاعغرفةال�شائق.

القدرةت�شاويالمعدلالزمنيلبذلال�شغل،وتح�شببالمعادلةالآتية:

القدرة = ال�سغل المبذول ÷ الزمن

.(w)الواطبوحدةالقدرةوتقا�س

ت�شاهدفيال�شورةالمجاورةاآلةثقيلةلتثبيتركائزالبناءالخر�شانية.وتتكونهذهالآلةمنمطرقةهيدروليكيةكتلتها2800كجم،حيث

ترفعهذهالمطرقةاإلىارتفاع5م،ثمتلقىلتحدثحفرةفيالأر�سعمقها3م.وتتكررهذهالعمليةمرةكل30ثانية.

اح�شبقوةالمحركالهيدروليكيالذيي�شغلاآلةالطرق،ولماذاقدتكونالقيمةالتيتو�شلتاإليهاغيردقيقة؟

48

عندبذل�شغلل�شدمادةمعينةومطها،فاإنمقدارال�شغلالمبذولي�شاويالطاقة الكامنة المرنةللمادة.

x F = الطاقة الكامنة المرنة(حيثF=قوةال�شد،x=ال�شتطالة)

عندبذل�شغلفيرفعج�شمماراأ�شيااإلىالأعلى،فاإنمقدارال�شغلالمبذولي�شاويالطاقةالكامنةالجاذبةللج�شم.

mgh = الطاقة الكامنة الجاذبة(حيثm=كتلةالج�شم،g=ت�شارعالجاذبيةالأر�شية،h=الرتفاع)

عندتحريرج�شمم�شدود،اأوتركج�شممرفوع،فاإنهيتحرك،وتتحولطاقتهالكامنةاإلىطاقةحركية.

mv2 = الطاقة الحركية(حيثv=�شرعةالج�شم)

الن�ساط الثانيالطاقة الميكانيكية

قوة النواب�س�شلوكالناب�سعندتعليقكتلمختلفةعليه. تق�س

كيفتتغيرا�شتطالةالناب�س؟ •كيفيتغيرزمناهتزازاتالناب�س؟ •

كيفتتغيرطاقةالنظام؟ •اأنتجدعالقةللتعبيرعنمجموعالطاقةفيالنظام هلت�شتطيع •

عنداأيلحظةزمنية؟مثلبيانياكيفيتغيركل�شكلمناأ�شكالالطاقةفياأثناءاهتزازة

كاملة؟هلت�شتطيعاأنتجدالعالقةبينطاقةالنظام،والثقلالمعلق

حهذهالعالقة؟ بالناب�س؟وهلت�شتطيعاأنتو�ش

12

12

49

تو�سيح الطاقة في الدمية�شحبتالدميةالظاهرةفيال�شورةاإلىالأ�شفلقليال،ثمتركت.فتخيل

ما�شيحدثبعدذلك.كيفتبداأالدميةبالحركة؟ •

اأثناءحركةالدميةمن ا�شرحتحولتالطاقةالتيتحدثفي •الأ�شفلاإلىالأعلى.

اأق�شى�شرعةلها؟ اأينقطةتبلغعندهاالدميةفيم�شارحركتها •اأينقطةتكونعندهاالطاقةالكامنةالجاذبةالتيتمتلكها •

الدميةاأكبرمايمكن؟اأينقطةتكونعندهاالطاقةالكامنةالمرنةالتيتمتلكهاالدمية •

اأكبرمايمكن؟

قدمنالكفيالن�شاطالثانيع�شرمنالوحدةالأولىتعريفقانونهوك.عندتعليقكتلةمقدارها100جرامبطرفناب�س،فاإنالناب�سي�شتطيل

م�شافة2.2�شم.فاإذاكانتكتلةهذهالدمية75جرام.فكم�شتكونالطاقةالكامنةالمرنةفيالناب�سعندماتكونالدمية •

معلقةبه؟اآخرينثمتركت، اإلىالأ�شفلم�شافة�شنتمترين اإذا�شحبتالدمية •

فماالرتفاعالذي�شتبلغه؟اأكبر اأيموقع�شتكون�شرعتها كم�شتبلغ�شرعتهاالق�شوى،وفي •

مايمكن؟اإذاو�شلتناب�شينعندطرفيهما،فكم�شتبلغال�شتطالة؟وكم •

�شتكونالطاقةالكامنةالمرنةالجديدةفيهذهالحالة؟اإذاو�شعالناب�شانبع�شهمابجانببع�س،فكيف�شتتاأثركلمن •

ال�شتطالة،والطاقةالكامنةالمرنة؟اأطول؟ اأيمنهاتينالحالتين�شي�شتمرفيهاالهتزازفترةزمنية •

0

2

4

6

8

1 0

0

2

4

6

8

1 0

50

ين�سقانونحفظالطاقةعلىاأنالطاقةلتفنىولت�شتحدث،بلتتحولمن�شكلاإلىاآخر.ومعاأنهليمكنا�شتحداثالطاقةعندالطلبمبا�شرة،اإلاأنهمنالممكنتخزينهاعلى�شورة"طاقةكامنة"وا�شتخدامهاعندالحاجة.

ومنالطرقالمتبعةفيذلك،تخزينالطاقةالكامنةالجاذبةللماءخلف�شدودكبيرةمقامةعلىاأر�سمرتفعة.وعندماي�شمحللماءبالتدفقاإلىم�شتوىمنخف�س،يمكنتحويلالطاقةالكامنةالمخزونةاإلىطاقةميكانيكيةاأوكهربائية.

الطاقة وال�سدوديعد�شدالق�شيبةالواقعبالقربمنالمدينةالمنورةاأحداأقدمال�شدودفيالمملكةالعربيةال�شعودية.ويبلغارتفاعهذاال�شدالذياأ�شبحالآنمجردموقعاأثري30م،وطوله205معندبنائه.وكانيعدمنالإنجازاتالهند�شيةالرائعة.

والآن،ومعتزايداأهميةم�شادرالطاقةالأخرىغيرالوقودالأحفوري،هلتعتقداأنترميم�شدالق�شيبة،واإعادةت�شغيلهيعدفكرةجيدة؟وماالعتباراتالعلمية،والتقنية،والبيئيةالتييتعيناأخذهابعينالعتبارعندالبدءفيمثلهذا

الم�شروع؟يبلغارتفاع�شداأ�شوانفيم�شر�شعفيارتفاع�شدالق�شيبة،وطولهع�شرةاأ�شعافطول�شدالق�شيبة.

فاإذاكانمعدلالقدرةالإنتاجيةل�شداأ�شوانمنالطاقةالكهربائيةي�شاويمليونيكيلوجولفي

الثانية،فقدركميةالطاقةالتييمكناأنينتجها�شدالق�شيبةفيالثانيةالواحدة.

عندمااأطلقتمياه�شدالق�شيبة،تحولتالطاقةالمخزنةفيهااإلىطاقةحركية.قدر�شرعةالمياهعند

قاعال�شد.تكوندرجةحرارةالمياهفياأ�شفلال�شداأعلىمندرجةحرارةالماءفياأعالهبعدةدرجات.فهل

ح�شببذلك؟وكيفيمكناأنتح�شب ت�شتطيعاأنتو�شهذهالزيادةفيدرجةالحرارة؟

الن�ساط الثالثالقدرة الكهرومائية

محطة توليد الطاقة الكهرومائية في �سد اأ�سوان

51

عمل نموذج محرك توربينييبينالر�شمالتو�شيحياأدناهنموذجاب�شيطالمحركتوربيني،ي�شتخدمفيتوليدالكهرباءمنالمياهالمتدفقة.

حاولاأنت�شممنموذجكالخا�س.ومامدىالفعاليةالتييمكناأنيحققهاهذاالمحركفيا�شتخال�سالطاقةمنتيارمائيمتدفق؟

الحرارة�شكلمناأ�شكالالطاقة.فعندت�شغيلجزءالت�شخينفيغاليةكهربائية،تتحولالطاقةالكهربائيةاإلىطاقةحرارية.وتقا�سهاتانالكميتانبوحدةالجول.

ترتفعدرجةحرارةالمادةعندت�شخينها،لكنالحرارةودرجةالحرارة�شيئانمختلفانعلىالرغممنارتباطاأحدهمابالآخر.فدرجةالحرارةتعطيموؤ�شراعلىمدى�شخونةالأج�شاممقارنةباأج�شاماأخرى،ويعتمدقيا�شهاعلىمقيا�س

الحرارةالم�شتخدم.وهناكمقايي�سمختلفةلدرجةالحرارة.فهلت�شتطيعاأنتجدالفروقبينمقايي�سالحرارةبالدرجاتالفهرنهايتية،

وال�شل�شيو�شية(المئوية)،ومقيا�سكلفن؟ماالعواملالتيتعتقداأنها�شتوؤثرفيمعدلارتفاعدرجةحرارةال�شائلعندت�شخينه؟

�شممتق�شياحولالتغيرفيمعدلالرتفاعفيدرجةحرارة�شائلبتغيرعواملاأخرىتختارها.

الن�ساط الرابعالحرارة والطاقة

52

ماالمق�شودبال�شعةالحراريةالنوعيةلل�شائل؟ •و�شحالفرقبيندرجةالحرارةوالحرارة.لماذا •تبقىدرجةحرارةال�شائلثابتةعندتحولهاإلى

غاز؟لماذات�شعربالبرودةبعدالغت�شال؟ •

لماذاتغليال�شوائلالمختلفةعنددرجاتحرارة •مختلفة؟

اإذاكنتعلىقمة لماذاتتغيردرجةالغليانهذه •جبلمرتفع؟

يتهافيهذاالن�شاط ا�شتخدمالأفكارالتيتق�ش •لعملو�شيلةتعليميةعلى�شورةر�شوممتحركة،لم�شاعدةالطالبالأ�شغر�شناعلىتف�شيرمايحدث؛عندما

ي�شخن�شائلما.

عندماي�شريتياركهربائيعبراأيجهاز،تحدثعمليةتحولفيالطاقة.

فكرفيبطاريةال�شيارة.كمجهازافيال�شيارةي�شتخدمطاقةهذهالبطارية؟

يجددمحركال�شيارةالطاقةالمخزونةفيبطاريةال�شيارةب�شورةم�شتمرة،ولولميكنكذلك،فاإن

البطارية�شرعانماتفقدطاقتها.ويعودال�شببفيذلكاإلىاأنهعندمايو�شلمو�شلبينالقطبين

الموجبوال�شالبفيالبطارية،يحدثتفاعلكيميائيبداخلها.وينتجهذاالتفاعلالكيميائياإلكترونات

تنتقلمنقطبالبطاريةال�شالباإلىقطبهاالموجب،فيمكنالأجهزةالمت�شلةبالبطاريةمنالعمل.

يمكنت�شبيهالبطاريةبج�شمالإن�شان،حيثتنفذطاقةالج�شمعندماي�شتهلكالج�شمالطاقةكلهاالتيح�شلعليهامنالموادالغذائية،وكذلكالبطاريةالتيتنفذ

طاقتهابعدا�شتهالككلمافيهامنطاقة.

الن�ساط الخام�سالطاقة والكهرباء

53

هناكبطارياتيمكناإعادةتزويدهابالطاقة،كبطاريةال�شيارةمثال،وذلكمنخاللتزويدهابالكهرباءلإعادة�شحنها.ويعودال�شببفيذلكاإلىاأنالتفاعالتالكيميائيةالتيتحدثفيبع�سالبطارياتهيتفاعالتعك�شية.

والأجهزةالتيت�شحبتياراكهربائياكبيرامنالبطاريةت�شتهلكالطاقةبمعدلاأ�شرعمنتلكالتيتعملبتياركهربائي�شغير.

�سنع بطارية ليمونةا�شنعبطاريةليمونةبدفعقطعةمنالنحا�سوقطعةمنالفولذاإلىداخلالليمونة.

وا�شتخدماأ�شالكاكهربائيةلتو�شيلالم�شباحالكهربائيال�شغيربالمعدنين.فكمالوقتالذييبقىفيهالم�شباحم�شاء؟قدتحتاجاإلىا�شتخداماثنتينمنبطارياتالليمون

معالإ�شاءةالم�شباح.كيفاأنتجتبطاريةالليمونالطاقةالتياأ�شاءتالم�شباح؟

تق�سي الم�سابيح اليدويةنفذتق�شيابا�شتخدامم�شابيحكهربائية�شغيرةيدويةوبطاريات(كلمنها1.5

فولت)،لكيتتو�شلاإلىمايوؤثرفيطولالفترةالزمنيةلإ�شاءةالم�شابيحالكهربائيةقبلنفادالطاقةمنالبطارية.وبمااأنهذاالأمري�شتغرقوقتاطويال،ف�شوفتحتاجاإلىمراقبةالم�شباحالم�شاءطوالاليوم،ومالحظةمدى�شطوعهعلىفتراتمنتظمة،

حتىينفدكلمافيالبطاريةمنطاقة.ااأنتقارنبيناأداءم�شابيحمو�شوعةفياأماكنمختلفة(حارةاأوباردة، ويمكنكاأي�ش

مثال).كيفكاناأداءم�شباحكمقارنةبالم�شابيحالتيا�شتعملهازمالوؤكالآخرونفي

ال�شف؟لماذات�شتمربطارياتالم�شابيحالتيت�شتخدمالدايودالم�شدرلل�شوءمدةاأطولمنالم�شابيحالعتيادية؟

م�سابيح توفير الطاقةيعرفالم�شباحالظاهرفيال�شورة"بم�شباحتوفيرالطاقة".

فماالذيي�شببتوفيرالطاقةفيه؟بداأالنا�سي�شتبدلونم�شابيحالمنازل،والمبانيالعامةالتي

ت�شتخدمفتيلةالتنج�شتنبهذاالنوعمنالم�شابيح،ولكنهناكبع�سالنا�سممنيعتر�شونعلىا�شتخدامهابدعوىاأنهات�شكل

اأخطارا�شحية.ابحثفيالمزاياالمحتملةلم�شابيحتوفيرالطاقةوم�شاوئها.وتخيلاأنكتقدمالم�شورةلمديرمدر�شتكب�شاأنا�شتبدالجميع

الم�شابيحالكهربائيةفيالمدر�شةبم�شابيحاأخرىذاتتوفيرللطاقة.ثماكتبتقريرااعتماداعلىنتائجبحثكتبررفيها�شتنتاجك،معالإ�شارةاإلىالأدلةالعلميةالتيتدعمحجتك.

54

الن�ساط ال�ساد�سالطاقة والموجات وال�سوء

عندماي�شاءالم�شباحالكهربائي،تتحولالطاقةالكهربائيةاإلى�شوء،وال�شوء�شكلمناأ�شكالالطاقة،ولكنكميةالطاقةالتييحملهاال�شوءتعتمدعلىلونه.ولكيتفهمذلك،عليكاأنتلقينظرةفاح�شةعلىمايحدثداخلالموادعندماتبعث

ال�شوء.ي�شتملال�شوءالأبي�سعلىاألوانالطيفكافة،ويمكنمالحظةذلكعندتمريرهذاال�شوءعبرمن�شور.ولكيتبعثالمادة�شوءا،

يجباأن"ت�شتثار"الذراتالموجودةداخلالمادة.حذلك. والر�شمالآتييو�ش

امنطاقتهاإلىالإلكتروناتفيمدارهذهالذرة.وقديوؤدي يمكنلج�شيمم�شحونيتحركفياتجاهذرةاأنيعطيبع�شذلكاإلى"تحفيز"الإلكترونلالنتقالاإلىم�شتوىطاقةاأعلىواأبعدعنالنواةلفترةق�شيرةجدا،لكن�شتكونالذرةفيهذاالو�شعغيرم�شتقرة،وعندمايرجعالإلكتروناإلىم�شتوىطاقتهالأ�شلي،فاإنهيبعث"حزمة"�شغيرةمنطاقة

ال�شوءت�شمىفوتونا.ويرتبطلونال�شوءالمرئيبطاقةالفوتون.

جزيئ مشحوناحلالة املستثارةالضوء (فوتون)

(e) إلكرتون

55

لون ال�سوءاإذاكانلكلفوتونمنبعثطاقةمعينةولونخا�س،فلماذانرى�شوءااأبي�سعندما

ننظراإلىم�شباحفتيلتهم�شنوعةمنمادةالتنج�شتن؟واإذانظرنااإلىال�شوءال�شادرعنم�شابيحالتفريغالغازيالم�شتعملةفيالالفتات

الإعالنية،نالحظاأنال�شوءكثيرامايبدوذالونواحدفقط.ا�شرحهذهالظاهرة؛بر�شمتخطيطييظهراإثارةالإلكترون،وتحفيزهعلىالنتقالاإلىم�شتوىطاقةاأعلى،وماذا

يحدثعندمايرجعمرةاأخرىاإلىحالتهالأولى؟

انظراإلىالنجومليال.هلتراهاجميعهاذاتلونواحد؟كيفيمكنلل�شوءالذينراهحولنجممعيناأنيزودنابمعلوماتعن

الغازاتالموجودةفيذلكالنجم؟انظرفيال�شفحاتالآتيةعلى�شبكةالإنترنت،وهيتابعةلوكالة

الف�شاءالأمريكية(نا�شا)،وا�شتعنبهالم�شاعدتكعلىتوجيهتفكيرك:

http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/how_l1/spectral_what.html •http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/try_l2/spectral.html •

حعمل�شانعالنظاراتالألمانيجوزيففونفراونهوفر اعململ�شقام�شورايو�ش(1201-1241هـ/1787-1826م).وفراونهوفرهومخترعالمطياف،وهياأداةت�شتخدماخطوط لقيا�سخ�شائ�سال�شوءعلىجزءمنالطيفالكهرومغناطي�شي.كمااكت�شفاأي�ش

المت�شا�سالمعتمة،المعروفةبا�شمخطوطفراونهوفر،فيالطيفال�شم�شي.كيفاأ�شهمعملفراونهوفرفيتحقيقالمزيدمنالفهمالعلميفيمجالالطاقةوالموجات

وال�شوء؟

S.M.A

min,S

a’id

Gha

mid

i/Sa

udiA

ram

coW

orld/

SAW

DIA

56

مراجعة والتاأمل في هذه الوحدةفكرفيماياأتيحالالنتهاءمندرا�شةهذهالوحدة:

كيفيمكنتطبيقماتعلمتهعلىالآلتالأخرىالتيت�شاهدهامنحولك؟ •مامزاياوم�شاوئالعملمعافيمجموعة؟ •

ماالم�شكالتالتيكانيتعينعليكالتغلبعليهالتتمكنمن�شنعنموذجالمحركالتوربيني؟ •اأف�شلفين�شاطتق�شيالمحركالتوربيني. قيمالأ�شياءالتيكانيمكنكتنفيذهاعلىنحو •

ماالبحثالأكثرالذييمكنكالقيامبهلمعرفةالمزيدعنالأخطارال�شحيةالمحتملةل�شتخدامم�شابيح •توفيرالطاقة.

اأعمالجوزيففونفراونهوفر،فيراأيك؟ اأهمية اإلمتعود •

تحدى نف�سكا.فماعددالتحولت انظرفيتحولتالطاقةكلهاالتيتحدثالآنفيالغرفةالتيتجل�سفيها،وخارجالنافذةاأي�ش

التيتراها؟حكيفيمكنتطبيققانونحفظالطاقةعلىجميعهذهالتغيراتفيالطاقة؟ هلت�شتطيعاأنتو�ش

5717

الوحدة الخام�سةالطاقة النووية

58

يتزايدبا�شتمرارعددالبلدانالتيبداأتبا�شتخدامالطاقةالنوويةلتلبيةاحتياجات�شكانهامنالطاقة.فمعن�شوبالفحموالنفطوالغاز،بداأتدولكثيرةبال�شتثمارفيبناءالمفاعالتالنوويةبو�شفهام�شدرالطاقةرخي�شةن�شبيا

للمنازلوالم�شانع.و�شوفتدر�سفيهذهالوحدة،بع�سجوانبالخالفحولا�شتخدامالطاقةالنووية،بمافيذلكاأ�ش�شهاالعلمية

والق�شاياالمثيرةللجدلالتيتحيطبها.ومعنهايةهذهالوحدةيتعينعليكاأنتكونقادراعلىفهمالآراءالموؤيدةلل�شناعةالنوويةوالمعار�شةلها،وعلىتحديدموقفكتجاهالق�شاياالمطروحة.

هذهالوحدةمتوفرةبن�شخةاإلكترونية–�شيزودكمعلمكبالمزيدمنالإر�شاداتحولكيفيةالو�شولاإليهاوالتعاملمعها.

�شوفتتعلمفيهذهالوحدةعنالطاقةوا�شتخدامتطبيقاتهاعلىمجالتفيزيائيةمتعددة.و�شوفتتطلععلىمجالوا�شعمناأ�شكالالطاقة–منالمبادئالأ�شا�شيةاإلىمفاهيماأكثرتحديا.

حـول هـذه الوحــدة

الأهداف التعلمية للوحدةتدركالعملياتوالأخطارالتيينطويعليهاالعملفيمفاعالتالن�شطارالنووي. •

تدركعمليةالندماجالنووي،ومايرتبطبهمنم�شكالتتقنيةواجتماعية. •تدركالحتياطاتالتييتعيناتخاذهاعندالتخل�سمنالنفاياتالنووية. •

تفهمكيفيةالتفاعلالذييمكنحدوثهبينالإ�شعاعاتالأيونيةوالخالياالحية. •اآثارها. اأثناءدرا�شةبياناتخا�شةبحادثةمفاعلت�شيرنوبيلالنووي،وتنظرفي تعززمهاراتالتحليل •تنميمهاراتالبحث،ومهاراتا�شتخدامتقنيةالمعلوماتوالت�شالتمنخاللا�شتخداممجموعةمن •

الأجهزةوالبرامجلتحليلالبياناتوعر�شها.تطورمهاراتالتوا�شلمنخاللا�شتخدامالأجهزةوالبرامجفيالعمل،والتعاونمعالآخرين. •

59

مراجعة والتاأمل في هذه الوحدةفكرفيماياأتيحالالنتهاءمندرا�شةهذهالوحدة:

ماالذيتعلمتهحولجدوى�شال�شلالر�شومالمتحركةفيدعمعمليةالتعلم؟ •منالنقا�س،ولعبالأدوارعلىالتعلم؟ كيفي�شاعدككل •

اأفكارالنا�سعنالق�شاياالعلمية،فيراأيك؟ كيفتوؤثرو�شائلالإعالم(كال�شحف)في •كيفاخترتمواقعالإنترنتالتيا�شتخدمتها؟وماالفرقبينالمواقعالجيدةوالرديئة؟ •

كيفتقيمدقةال�شتنتاجاتالواردةفيتقريرك؟ •

6020

الوحدة ال�ساد�سةم�شادر الطاقة البديلة

61

تركزهذهالوحدةعلىالتنميةالم�شتدامة،وتتيحلكالفر�شةللعملبو�شفكعالماحقيقيالحلم�شكلةلي�سلهاحل

معروفم�شبقا.وت�شتملهذهالوحدةعلىثالثةاقتراحاتلم�شاريعيمكنكاأن

تنظرفيتنفيذهاكونهادرا�شةطويلةالأجل:تح�شينت�شميممولداتالكهرباءالهوائية. •الح�شولعلىطاقةمنالوقودالحيوي. •

اأجهزةالطاقةالحراريةال�شم�شيةالمركزة. ا�شتخدام •

وعليكاأنتختاراأحدهذهالم�شاريع.يرتبطكلم�شروعمنهذهالم�شاريعبموؤ�ش�شة�شناعيةمهمة،اأوبموؤ�ش�شةاأكاديميةفيالمملكةالعربيةال�شعودية.وعليك

اأنت�شتك�شفهذهالروابط،وتجدالتفا�شيلال�شروريةلالت�شالبالعلماءالم�شاركينفيهذاالعمل،فقديقدمونلكالم�شاعدةعلىتطويرم�شروعك،وعليكال�شتفادةالق�شوىمنالفر�سالمتاحةلن�شرالنتائجالتيتتو�شلاإليهابحيث

ت�شلاإلىجمهوروا�شعوتح�شلمنهعلىالتعليقاتوالمالحظات.�شجلكلخطواتعملكواحتفظبالتفا�شيلفيمحفظةم�شاريع(اإلكترونيةاأوورقيةاأومزيجمنالثنين).وينبغياأن

ت�شممحفظتكمايلي:مالحظاتيوميةبالأن�شطةجميعهاذاتال�شلةبالم�شروع. •

مجالتالبحثالم�شتك�شفة. •مراحلتطورالخطواتالعملية. •

اأجريتهافي�شوءخبرتك. التعديالتالتي •التقريرالنهائيوالعر�سالتقديمي. •

حـول هـذه الوحــدة

الأهداف التعلمية للوحدةتمار�سالمهاراتالعلميةوالتقنيةوتطورمهاراتجديدة. •اأورحلةتقنيةمنالبدايةحتىالنهاية. تتابعرحلةعلمية، •

تظهرقدرتكعلىالعملب�شورةم�شتقلة،وتمتلكمهاراتالدرا�شةالم�شتقلة. •تربطالدرا�شاتالفيزيائيةبمو�شوعاتمنواقعالحياة. •اأوليةوثانوية. تطورمهاراتالبحثبا�شتخدامم�شادر •

اإبداعافيت�شميمالعملالتجريبيوتحليله. تظهر •تطورمهاراتالتعاونوالتوا�شل. •

اأعمالالعلماءوالتقنيينفيالعالم. اأثر ت�شتك�شف •

62

هناكت�شاميمعديدةلمولداتالكهرباءالهوائية،بع�شهامعدلال�شتخدامعلىنطاقوا�شعفيمزارعالرياح،وبع�شهاالآخرمعدلال�شتخدامعلىنطاق�شيقعلى�شطوحالمباني.

يطلباإليكفيهذاالم�شروعاإعدادت�شميمفعاللمولدكهرباءهوائي.ويتعينعليكاأنت�شنعهذهالطاحونةوتختبرها،ثمت�شعالنتائجالتيتو�شلتاإليهافيملفم�شروعك.

روابط مفيدةا�شتك�شفروابطجامعةالملكفهدللبترولوالمعادن،التينفذتم�شروعالتقييمم�شادرطاقةالرياحفيمدينةرفحة.

لكيتبداأبحثك،ارجعاإلىالموقعالآتي:https://eprints.kfupm.edu.sa/522/1/wind_power.pdf

الم�سروع الأولتح�سين ت�سميم مولدات الكهرباء الهوائية

توربين هوائي، ومولد هوائي منزلي، ومحرك هواء توربيني على �سطح منزل

63

تظهرهذهال�شوربع�سالنباتاتالتييمكنمعالجتهالإنتاجالوقودالحيوي.

يطلباإليكفيهذاالم�شروعتقييمالزيوتالم�شتخل�شةمننباتاتمختلفة،لإيجاداأف�شلم�شدرللوقودالحيويعاليالطاقة.ويتعينعليكاأنتختبرعيناتالوقودالحيويالتيت�شتخل�شها،وتقدرالأخطاركاملةلأيتجربةتنفذها،وت�شع

نتائجهذاالتق�شيوال�شتنتاجاتالتيتو�شلتاإليهافيملفم�شروعك.

روابط مفيدةا�شتك�شفروابط�شركةالزيوتالعربيةالمحدودة،التياأقامتمزرعةلأ�شجارالجاتروفافيالمملكةالعربيةال�شعودية؛

مناأجلاإنتاجالديزلالحيوي.www.d1plc.com:الآتيالموقعراجعبحثك،تبداألكي

الم�سروع الثانيالح�سول على الطاقة من الوقود الحيوي

يمكن ا�ستخدام الذرة والزيتون وفول ال�سويا لإنتاج الوقود الحيوي.

64

تنتجالطاقةالحراريةال�شم�شيةالمركزةعندماتركزمجموعةمنالعاك�شاتطاقةال�شم�سعلىخزاناتالمياهال�شاخنةالمو�شوعةفوقبرج،ويمكنا�شتعمالالبخارالناتجلتوليدالكهرباء.

يطلباإليكفيهذاالم�شروعت�شميمنظامتقنيفعال؛للتقاطالكميةالق�شوىمنالطاقةالحراريةال�شم�شية.ويتعينعليكاأنتختبرالنظامالذي�شت�شممه،وتقيممدىفعاليته.وت�شعنتائجهذاالتق�شيوال�شتنتاجاتالتيتو�شلتاإليها

فيملفم�شروعك.

روابط مفيدةا�شتك�شفروابطجامعةالملكعبداهللللعلوموالتقنية،التيتبحثفيهذهالتقنية،وذلكفيحرمهاالجامعيبمدينةثول

علىبعد80كيلومترااإلىال�شمالمنمدينةجدة.لكيتبداأبحثك،راجعالموقعالآتي:

http://www.entrepreneur.com/tradejournals/article/209393588.html

الم�سروع الثالثا�ستخدام اأجهزة الطاقة الحرارية ال�سم�سية المركزة

ww

w.fl

ickr.co

m/a

flore

sm(C

C)s

ome

right

sres

erve

d

65

مراجعة والتاأمل في هذه الوحدةفكرفيماياأتيحالالنتهاءمندرا�شةهذهالوحدة:

اأنكتعلمتهامنخاللتنفيذهذاالم�شروع؟ ماالأمورالتيتعتقد •اأنتعدبحثام�شتقالبو�شفكعالماحقيقيا.فماالتحديالأكبرالذيواجهته اإليكفيهذاالم�شروع طلب •

حتىتمكنتمنتحقيقهذاالمطلب؟اإليهحولطريقةعملالعلماءالحقيقيينفيمجالالبحوثو/اأوال�شناعة؟ ماالذيتو�شلت •

66

67

موهبة بوابة عالم واكتشف التجربة شاركنا العربي العالم في واالبتكار واإلبداع للموهبة الرئيسي المرجع

والعالم السعودية العربية المملكة في والمبدعين الموهوبين تربية أسس إرساء في متخصصة علمية بوابة اإللكترونية موهبة بوابة ا متجددا ومجاال تفاعليا للمشاركة المجتمعية. العربي. تقدم خدمات متنوعة للموهوبين والقائمين على رعايتهم، وتعتبر مصدرا معرفي

I n f o @ m a w h i b a . o r g . s a8 0 0 6 1 2 3 3 3 3 المجاني: الرقم

بوابة موهبة اإللكترونية

1111.indd 3 8/22/2010 11:38:36 AM