[ناصر اللحياني]

[justify]

3-3 السقوط الحر Free Fall

( يحتاج إلى حصتين )

الحصة الـ 19 :


نشاط 1 :
يطلب المعلم من احد الطلاب أن ينفذ تجربة ( الكرة والسطح المائل ) أمام زملاءه بحيث يضع كرة على سطح مائل ثم يتركها تتدحرج ، ثم يزيد الميل بشكل أكبر ويدحرج الكرة مرة أخرى .

ويتساءل المعلم عن أيّ الحالتين ( أ ) أو ( ب ) ستكتسب فيها الكرة تسارعا أكبر ؟ يعني في أي حالة ستتغيّر سرعة الكرة بشكل أكبر ؟
بالتأكيد سيلاحظ الطلاب أن الكرة في الحالة ( ب ) ستكتسب تسارعا أكبر ، لأن تزايد سرعة الكرة فيها أكبر .

ثم يتساءل المعلم هل تسارع الكرة منتظما أم لا ؟ يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أن التسارع منتظما لأن السرعة تتغير بمقدار ثابت .

ثم يتساءل المعلم عن القوى المؤثرة على الكرة أثناء دحرجتها ؟ يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أن القوى المؤثرة على الكرة أثناء دحرجتها هي قوة الجاذبية الأرضية وقوة احتكاك الكرة بالسطح .

بعد ذلك يطلب المعلم من الطالب أن يكمل عمل التجربة بحيث يزيد في ميل السطح حتى يصبح رأسيا ويسقط الكرة ( تسقط الكرة دون ان تلامس السطح المائل ) ويتساءل المعلم ما إذا كان التسارع في هذه الحالة ( ج ) منتظما أم لا ؟ استنادا على الحالتين ( أ ) و ( ب ) .

سيجيب الطلاب بنعم أن التسارع في الحالة ( ج ) تسارعا منتظما لأنه حالة مشابهة للحالتين ( أ ) و ( ب ) .

ثم يتساءل المعلم عن القوى المؤثرة على الكرة في هذه الحالة ؟ سيجيب الطلاب إلى أن القوى المؤثرة على الكرة أثناء سقوطها هي قوة الجاذبية الأرضية وقوة احتكاك الكرة بالهواء .

ثم يُبيّن المعلم أن سقوط الكرة في الحالة ( ج ) يُسمى " السقوط الحر " ، وفيه تكون القوة المؤثرة الوحيدة هي قوة الجاذبية الأرضية فقط ، مع إهمال تأثير قوة مقاومة الهواء.

نشاط 2 :
يبدأ المعلم بالتساؤل هل تسقط جميع الأجسام ( المختلفة في الوزن والكثافة والحجم ) بالسرعة نفسها أم لا ؟ وبمعنى آخر هل تسقط الأجسام بنفس التسارع أم لا ؟

سيجيب الطلاب بأن جميع الأجسام لا تسقط بالسرعة نفسها أم لا ؟ وبالتالي لا تسقط الأجسام بنفس التسارع ، طبعا هذه الإجابة للطلاب بناء على مشاهداتهم لسقوط الأجسام من حولهم حيث تسقط الأجسام الثقيلة قبل الأجسام الخفيفة .

ثم يطلب المعلم من أحد الطلاب أن ينفذ النشاط الثاني :

[flash=http://www.lahyan.net/vb/uploaded/7/1292061071.swf]WIDTH=550 HEIGHT=400[/flash]

بحيث يُسقط ورقة منبسطة على الأرض ، ثمّ يلفها على شكل كرة متماسكة ثم يسقطها ، سيلاحظ الطلاب أن الورقة الملفوفة تسقط بشكل أسرع من الورقة المنبسطة مع أن لهما نفس الوزن ، وهنا يتساءل المعلم كيف سقطت الورقتين في زمنين مختلفين مع أن لهما نفس الكتلة والوزن ؟ وانتم تقولون أن الأجسام الثقيلة تسقط قبل الخفيفة ؟

يُوجه المعلم النقاش ليصل بهم إلى أن جميع الأجسام تسقط بنفس التسارع عند إهمال الاحتكاك بالهواء ، ثم يُبيّن لهم سبب سقوط الورقة الملفوفة بسرعة أكبر هو لصغر مساحة احتكاكها بالهواء بها ممّا يؤثر في سرعة هبوط الجسم .

وللتعزيز يعرض المعلم المحاكاة والفيديو :

[flash=http://ksa.obeikaneducation.com/books/physics/swf/SAPH_1001_0303_LI01.swf]WIDTH=550 HEIGHT=400[/flash]






http://www.youtube.com/watch?v=ynPDsf9ujII

نشاط 3 :
يعرض الوسائط التالية ويتساءل المعلم عن مقدار التغيّر في المسافة التي تقطعها الكرة خلال فترات زمنية محددة ( كل ثانية مثلا ) ، ليصل بهم أن المسافة بين كل موقعين من اللقطات تزداد، وهذا يعني أن السرعة تزداد ، وبرسم العلاقة بين السرعة المتجهة والزمن يُلاحظ تغيّر السرعة بمقدار 9.8 m/s .

http://www.youtube.com/watch?v=xQ4znShlK5A



[flash=http://ksa.obeikaneducation.com/books/physics/swf/SAPH_1001_0303_LA01.swf]WIDTH=550 HEIGHT=400[/flash]

[flash=http://www.lahyan.net/vb/uploaded/7/1292061056.swf]WIDTH=550 HEIGHT=400[/flash]

[flash=http://www.lahyan.net/vb/uploaded/7/1292061059.swf]WIDTH=550 HEIGHT=400[/flash]

[flash=http://www.lahyan.net/vb/uploaded/7/1292061119.swf]WIDTH=550 HEIGHT=400[/flash]

ملاحظة : إشارة التسارع :
يعتمد اعتبار التسارع موجباً أو سالباً على النظام الإحداثي الذي يتم اتخاذه؛ فإذا كان النظام الإحداثي يعتبر الاتجاه نحو الأعلى موجبًا، فإن التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية عندئذ يساوي (g-) أما إذا اعتبر الاتجاه نحو الأسفل هو الاتجاه الموجب، فإن التسارع الناتج عن الجاذبية يساوي (+g) .


القذف إلى الأعلى :
في حالة القذف إلى الأعلى فإن مخطط الحركة سيكون مطابقا لحركة المقذوفة في حال سقوطها ، وذلك لأنه في حالة قذفها إلى الأعلى فإن سرعتها ستتناقص بنفس التسارع ( بإهمال الاحتكاك ) .


تنبيه : تسارع الجسم عند أقصى ارتفاع له أثناء تحليقه لا يساوي صفر، لان سرعة الكرة عند أقصى ارتفاع تساوي الصفر، وهذا لا يعني أن تسارعها أيضًا يساوي صفر ، لأنه لو كان كذلك فلن تتغير سرعة الكرة، وستبقى 0.0 m/s، وإذا كانت هذه هي الحالة، فإن الكرة لن تكسب أي سرعة نحو الأسفل بل ستبقى ببساطة معلقة في الهواء عند أقصى ارتفاع لها. وبما أن الأجسام المقذوفة إلى أعلى لا تبقى معلقة، فسوف تستنتج أن تسارع الجسم عند نقطة أقصى ارتفاع لطيرانه يجب أن لا تساوي صفرًا، وأن اتجاهه يجب أن يكون نحو الأسفل.

فإذا اعتبر الاتجاه للأسفل هو الاتجاه الإحداثي الموجب، فإن السرعة تزداد بقيمة موجبة أكثر فأكثر.
وإذا اعتبر الاتجاه للأسفل هو الاتجاه الإحداثي السالب، فإن السرعة تزداد بقيمة سالبة أكثر فأكثر

قصة جاليلو ان سمح الوقت :
قبل حوالي أربعمائة عام تقريبًا، أدرك جاليليو جاليلي أنه لكي يُحدث تقدمًا في دراسة حركة الأجسام الساقطة، يجب عليه إهمال تأثيرات المادة التي يسقط الجسم خلالها. وفي ذلك الزمن، لم يكن لدى جاليليو الوسائل التي تمكنه من أخذ بيانات موقع أو سرعة الأجسام الساقطة، لذا قام بدحرجة كرات على مستويات مائلة. ومع تخفيف الجاذبية الأرضية بهذه الطريقة، استطاع الحصول على قياسات دقيقة باستخدام أدواته البسيطة. استنتج جاليليو أن جميع الأجسام التي تسقط سقوطًا حرًا يكون لها التسارع نفسه، وذلك بإهمال تأثير مقاومة الهواء، وأن هذا التسارع لا يتأثر بأي من: نوع مادة الجسم الساقط، أو وزن هذا الجسم، أو الارتفاع الذي أسقط منه ، أو ما إذا كان الجسم قد أسقط أو قذف. ويرمز لتسارع الأجسام الساقطة بالرمز g، وتتغير قيمة g تغيرات طفيفة في أماكن مختلفة على الأرض والقيمة المتوسطة لها m/s2 9.8

[flash=http://www.lahyan.net/vb/uploaded/1/1292092338.swf]WIDTH=350 HEIGHT=400[/flash]

الحصة الـ 20 :

تدريبات



في الرابط التالي مجلد يحتوي على جميع الصور والفلاشات والفيديو المدرجة في الدرس التاسع ، و المرشد الدراسي للدرس التاسع :

[hide]أضغط هنـــــا للتحميل [/hide]

[/justify]