الدرس التمهيدي: حقيبة أدوات الميكانيكا (مراجعة)
لماذا هذا الدرس مهم؟ منهج الفيزياء للصف الثالث الثانوي (الميكانيكا) يبدأ مباشرة بموضوع "تحليل القوى". لكي تتقن هذا الموضوع، أنت بحاجة لاستعادة بعض الأدوات الذهنية التي درستها في الصف الأول الثانوي، وتحديداً كيفية التعامل مع المتجهات وحساب المثلثات. هذا الدرس هو "الجسر" الذي سنعبر عليه نحو منهج الثالثة ثانوي بثقة.
1. الكميات القياسية والمتجهة (Scalars vs. Vectors)
في الفيزياء، نميز بين نوعين من الكميات (كما درست في الوحدة 3 من كتاب الصف الأول):
| النوع | التعريف | أمثلة |
|---|---|---|
| الكمية القياسية (Scalar) | تعرف بمقدارها فقط (عدد + وحدة). | الكتلة (Mass)، الزمن، المسافة، الطاقة، مقدار السرعة (Speed). |
| الكمية المتجهة (Vector) | تعرف بمقدارها واتجاهها معاً. | القوة (Force)، الإزاحة، العجلة، السرعة المتجهة (Velocity). |
في اللغة الإنجليزية، هناك فرق دقيق:
- Speed (الإرقال/السرعة القياسية): تعني كم يقطع الجسم من مسافة في زمن ما (مثلاً: السيارة تتحرك بسرعة 100 كم/ساعة).
- Velocity (السرعة المتجهة): تعني السرعة + الاتجاه (مثلاً: السيارة تتحرك بسرعة 100 كم/ساعة باتجاه الشمال).
2. حقيبة الأدوات الرياضية: المثلث القائم (Trigonometry)
هذا الجزء هو "عصب" الميكانيكا في الصف الثالث. سنحتاج لتحليل القوى المائلة، ولعمل ذلك نستخدم النسب المثلثية.
نظرية فيثاغورس (لإيجاد المحصلة):
$$c^2 = a^2 + b^2$$
النسب المثلثية (لتحليل القوى):
- الجيب (Sin): $\sin \theta = \frac{\text{المقابل}}{\text{الوتر}}$
- جيب التمام (Cos): $\cos \theta = \frac{\text{المجاور}}{\text{الوتر}}$
- الظل (Tan): $\tan \theta = \frac{\text{المقابل}}{\text{المجاور}}$
القاعدة الذهبية للتحليل: الضلع "القريب" من الزاوية يأخذ $\cos$، والضلع "البعيد" يأخذ $\sin$.
3. محصلة القوى (Net Force)
القوة ($F$) هي مؤثر خارجي يغير حالة الجسم، وتقاس بوحدة النيوتن (N).
عندما تؤثر عدة قوى على جسم، نجمعها لنحصل على "القوة المحصلة".
أ. القوى على خط واحد (Collinear):
- نفس الاتجاه: نجمع المقادير ($F_{net} = F_1 + F_2$).
- عكس الاتجاه: نطرح المقادير ($F_{net} = F_1 - F_2$).
(راجع كتاب التدريبات أولى ثانوي، ص 8، السؤال 2-ب للحالات المختلفة).
ب. القوى المتعامدة (Perpendicular):
إذا أثرت قوتان متعامدتان (بينهما زاوية $90^\circ$)، نستخدم فيثاغورس لإيجاد المحصلة:
$$R = \sqrt{F_x^2 + F_y^2}$$
ونستخدم الظل ($\tan$) لإيجاد اتجاه المحصلة (الزاوية).
(مثال: كتاب الطالب أولى ثانوي، ص 46، شكل 3-15).
4. قانون نيوتن الثاني: العلاقة بين القوة والحركة
القوة المحصلة تسبب تسارعاً (عجلة) للجسم.
$$F = m \times a$$
حيث:
$F$: القوة المحصلة (نيوتن N)
$m$: الكتلة (كيلوجرام kg)
$a$: العجلة أو التسارع ($m/s^2$)
مثال (من كتاب التدريبات ص9 - س3ب):
عربة كتلتها $4 \, kg$ تتسارع بمعدل $2 \, m/s^2$ على سطح أملس. ما القوة الدافعة؟
الحل: $F = 4 \times 2 = 8 \, N$.