1- السيارة التي تسير بسرعة ثابتة على أرض أفقية تستفيد من الشغل المبذول من قوة محركها. شرح السؤال 💡 أين يذهب الشغل؟ تذكر العلاقة بين محصلة القوى والسرعة الثابتة، وماذا يحدث عندما لا تتغير طاقة الحركة أو طاقة الوضع. صح خطأ الإجابة الصحيحة: خطأالمفهوم الفيزيائي: عندما تسير سيارة بسرعة ثابتة على أرض أفقية، فإن طاقة حركتها لا تتغير (لأن السرعة ثابتة) وطاقة وضعها لا تتغير (لأن الارتفاع ثابت). في هذه الحالة، الشغل الذي يبذله المحرك لا يُخزن كطاقة (لا تستفيد منه السيارة)، بل يُستهلك بالكامل في التغلب على قوى المقاومة مثل الاحتكاك ومقاومة الهواء.💡 للحل السريع (الحدس والاستبعاد): بمجرد أن تقرأ "سرعة ثابتة" و "أرض أفقية"، استنتج فوراً أن طاقة السيارة لا تتغير. بما أن الطاقة لا تتزايد، فلا توجد "استفادة" من الشغل على شكل طاقة مخزنة.خطوات الحل:السرعة ثابتة $\Rightarrow$ التغير في طاقة الحركة = صفر.الأرض أفقية $\Rightarrow$ التغير في طاقة الوضع = صفر.النتيجة: الشغل المبذول من المحرك = الشغل المبذول ضد المقاومة.⚠️ انتبه (Trick): كلمة "تستفيد" تعني أن الشغل يتحول إلى طاقة مخزنة.الميكانيكا، الفصل الخامس: الشغل والطاقة والقدرة، الدرس 5-5، الصفحة: 82
2- تُعرف قدرة الجسم على أنها حاصل ضرب القوة المؤثرة في سرعته غير المنتظمة. شرح السؤال 💡 القدرة اللحظية: تذكر التعميم الذي ذكره الكتاب لحساب القدرة عند لحظة معينة، هل يقتصر القانون على السرعة الثابتة فقط؟ صح خطأ الإجابة الصحيحة: صح المفهوم الفيزيائي: على الرغم من أن التعريف الأساسي للقدرة هو معدل بذل الشغل بالنسبة للزمن، إلا أنه يمكن حساب "القدرة اللحظية" لجسم يتحرك بتسارع (سرعة غير منتظمة) عند أي لحظة زمنية عن طريق حاصل ضرب القوة المؤثرة في سرعته اللحظية في تلك اللحظة ($P = Fv$). 💡 للحل السريع (الحدس والاستبعاد): العلاقة الرياضية للقدرة هي القوة $\times$ السرعة. هذا القانون يصف حالة الجسم في أي "لقطة" زمنية. طالما لدينا قيمة للقوة وقيمة للسرعة في لحظة ما، يمكننا حساب القدرة، سواء كانت السرعة ستتغير في اللحظة التالية (غير منتظمة) أو ستبقى ثابتة. ⚠️ انتبه (Trick): من الأخطاء الشائعة جداً الاعتقاد بأن القانون ($P = Fv$) يُطبق فقط عندما تكون السرعة ثابتة (لأنه مستنتج من المسافة على الزمن). الكتاب المدرسي نص صراحة على صحة هذا التعميم للسرعات غير المنتظمة. الميكانيكا، الفصل الخامس: الشغل والطاقة والقدرة، الدرس 5-5، الصفحة: 82
3- إذا كانت القوة المقاومة لحركة سيارة كتلتها ($1.2 \, \mathrm{Tonne}$) هي ($250 \, \mathrm{N}$) فإن قدرة السيارة عندما تكون سرعتها ($8 \, \mathrm{m/s}$) وعجلتها ($0.5 \, \mathrm{m/s^2}$) هي: شرح السؤال 💡 القدرة اللحظية: احسب القوة الدافعة الكلية للمحرك أولاً (للتغلب على المقاومة وتسريع السيارة)، ثم اضربها في السرعة. $0.12 \, \mathrm{kW}$ $7.8 \, \mathrm{kW}$ $2.8 \, \mathrm{kW}$ $6.8 \, \mathrm{kW}$ الإجابة الصحيحة: $6.8 \, \mathrm{kW}$المفهوم الفيزيائي: قدرة المحرك تُبذل في التغلب على المقاومة وفي إكساب السيارة عجلة. القوة الدافعة = قوة المقاومة + القوة اللازمة للتسارع.خطوات الحل:قوة التسارع $ma = 1200 \times 0.5 = 600 \, \mathrm{N}$.القوة الدافعة للمحرك $F = 600 + 250 = 850 \, \mathrm{N}$.القدرة $P = Fv = 850 \times 8 = 6800 \, \mathrm{W} = 6.8 \, \mathrm{kW}$.الميكانيكا، الفصل الخامس: الشغل والطاقة والقدرة، الدرس 5-5، الصفحة: 82
4- (بفرض إهمال مقاومة الهواء) تتحرك سيارة كتلتها ($1 \, \mathrm{Tonne}$) وكان الزمن الذي تتغير فيه سرعتها من ($14 \, \mathrm{m/s}$) إلى ($20 \, \mathrm{m/s}$) هو ($2.5 \, \mathrm{sec}$) ، فإن معدل التغير في الطاقة الحركية للسيارة يساوي: شرح السؤال 💡 المعدل = القدرة: احسب التغير في الطاقة الحركية، ثم اقسمه على الزمن لإيجاد المعدل بالواط. $4.8 \, \mathrm{kW}$ $10.2 \, \mathrm{kW}$ $40.8 \, \mathrm{kW}$ $102 \, \mathrm{kW}$ الإجابة الصحيحة: $40.8 \, \mathrm{kW}$المفهوم الفيزيائي: معدل التغير في الطاقة الحركية يعادل الشغل المبذول في وحدة الزمن، وهو مقياس للقدرة (Power).خطوات الحل:التغير في الطاقة الحركية $\Delta KE = 0.5 m (v^2 - u^2) = 0.5 \times 1000 \times (20^2 - 14^2)$.$\Delta KE = 500 \times (400 - 196) = 500 \times 204 = 102000 \, \mathrm{J}$.المعدل = $102000 / 2.5 = 40800 \, \mathrm{W} = 40.8 \, \mathrm{kW}$.الميكانيكا، الفصل الخامس: الشغل والطاقة والقدرة، الدرس 5-4، الصفحة: 80