[ناصر اللحياني]

6-4 الموادّ الصلبة Solids

[ناصر اللحياني]

[justify]

7-1 الحركة الدورية Periodic Motion

( يحتاج إلى 3 حصص )

الحصة الأولى :

نشاط 1 : يبدأ المعلم مُستعينا بالله ثم يُرحب بطلابه ، وكمقدمة لأول دروس الفصل يطرح المعلم هذا السؤال المُثير :

هل ناطحات السحاب و الجسور ساكنة أم مُتحركة ؟

بالتأكيد سيُجمع الطلاب أنّها ساكنة ، ولكنّ يُبيّن لهم المعلم أن ناطحات السحاب و الجسور في الحقيقة تتحرك حركة اهتزازية ، ولهذا فان المصممين المعماريين والمهندسين يأخذوا هذه الحركة في الحسبان عند التصميم .
ثم يعرض عليهم مقطع الفيديو :

http://www.youtube.com/watch?v=VtR7FSEk6V0

ويطلب منهم تعليل ما شاهدوه ... لا يجيبهم المعلم بل يستثيرهم بهذا المشهد ، و يذكر لهم أنّه في نهاية هذا الدرس ( نهاية الحصة الثالثة ) سيتعرفون على السبب .

وعموما السبب هو : ظاهرة الرنين ( آخر فقرة في الدرس الأول ) ، حيث استطاعت قوة الرياح تدمير الجسر عندما توافقت شدّتها مع تأرجح الجسر ، وبمعنى آخر كانت الرياح تشتد ثم تهدئ بشكل توافق مع تأرجح الجسر ممّا سبب سقوطه !!

بعد ذلك يُبيّن المعلم أنّ لفهم كيف يعمل الراديو والتلفزيون ؟ يجب معرفة كيف تعمل الأمواج الكهرومغناطيسية وما هو أساسها وكيف تنشأ وكيف تنتشر في الفراغ. وأيضا فإن الكثير مما عرفه العلماء عن التركيب الذري كان أساسه المعلومات التي حصلوا عليها في صورة أمواج . ولهذا فان دراسة فيزياء الاهتزازات والموجات ضرورية لفهم تفسير كثير من الظواهر الطبيعية بما في ذلك نظريات الفيزياء الذرية .

نشاط 2 : يوزع المعلم الطلاب إلى مجموعات ويُعطي كل مجموعة بندول بسيط ونابض زنبركي ، وللتعزيز يعرض أيضا المحاكاة والفيديو التالية :

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

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405095.swf]width=730 height=550[/FLASH]

ويطلب من الطلاب تحديد الصفة المشتركة بين حركة هذه الأجسام.

يُوجه المعلم النقاش ليتوصل الطلاب إلى أنّ حركة هذه الأجسام اهتزازية ( أو دورية أو ترددية أو تذبذبية أو توافقيّة ، جميع هذه المصطلحات متكافئة تماما ) لأن حركتها تتكرر بشكل منتظم خلال أزمنة متساوية .

ثم يطلب المعلم من الطلاب ذكر أمثلة على هذه الحركة ، ليُعدد الطلاب الأمثلة التالية : حركة جسم معلق بنابض ، حركة بندول بسيط ، حركة ميزان الليّ ، حركة وتر مشدود ( أوتار الآلات الموسيقية ) ، حركة مسطرة مثبتة عند إحدى طرفيها ، حركة أرجوحة الأطفال ، حركة الجزيئات في الأجسام الجامدة ، حركة الكواكب ، حركة الموجات الكهرومغناطيسية : مثل أمواج الضوء وأمواج الرادار وأمواج الراديو ، كذلك التيار الكهربي المتردد والجهد الكهربي والشحنة الكهربية تتغير بصفة دورية مع الزمن .
إذا :

الحركة الاهتزازية : هي أي حركة تتكرر في دورة منتظمة خلال أزمنة متساوية .

نشاط 3 : يطلب المعلم من طلابه إزاحة البندول البسيط ثم الجسم المعلق بزنبرك كل على حده ( أكثر من مرة ) ، بحيث يسحب الجسم بإزاحات مختلفة ( إزاحة صغيرة ، إزاحة أكبر ، فأكبر ) عن موضع اتزانه ، أو يعرض عليهم إحدى هذه المحاكات :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405107.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405313.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405340.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405405.swf]width=780 height=480[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405426.swf]width=550 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405440.swf]width=550 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405454.swf]width=500 height=250[/FLASH]

ثم يطلب منهم ملاحظة أمرين :
أولا : ملاحظة أثر هذه الإزاحات على قوة الإرجاع المؤثرة في الجسم .
ثانيا : ملاحظة زمن الاهتزازة الواحدة ، وسعتها .

في الملاحظة الأولى : سيلاحظ الطلاب أنّه كلما زادت الإزاحة زادت قوة الإرجاع المؤثرة أيّ أنها علاقة بينهما طردية.

ثم يُبيّن لهم المعلم أنّ حركة الأجسام التي تنطبق عليها هذه الملاحظة تسمى ( الحركة التوافقية البسيطة أو الحركة الاهتزازية البسيطة ) ، وهي حالة خاصة من الحركة الاهتزازية بإعتبارها نموذجا مبسطا ، و يُبيّن لهم المعلم أيضا أهميّة دراسة الحركة التوافقية البسيطة في أنها تشكل الأساس النظري لفهم ودراسة قوانين الاهتزازات والموجات .

إذا :

الحركة التوافقية البسيطة : هي حركة تتناسب فيها إزاحة الجسم عن موضع اتزانه طرديا مع قوة الإرجاع المؤثرة عليه.

وفي الملاحظة الثانية : سيلاحظ الطلاب أنّه كلما زادت الإزاحة فإنّ أقصى مسافة يتحركها الجسم مبتعدا عن موضع الاتزان تكون أكبر ( سعة الاهتزازة ) ، وكذلك فإن زمن الدورة الواحدة ستكون أكبر ( الزمن الدوري ) ، ومن يمكن للطلاب تعريف كل من الزمن الدوري وسعة الاهتزازة .
الزمن الدوري : الزمن اللازم ليكمل الجسم دورة كاملة من الحركة جيئة وذهابا .
سعة الاهتزازة : هي أقصى مسافة يتحركها الجسم مبتعدا عن موضع الاتزان .

الحصة الثانية :

نشاط 4 : يطلب المعلم من كل مجموعة تعليق مجموعة من الكتل على زنبرك ، وللتعزيز يعرض المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405533.swf]width=465 height=426[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405572.swf]width=625 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405586.swf]width=540 height=500[/FLASH]

ثم يطلب منهم ملاحظة أمرين :

أولا : ملاحظة العلاقة بين الثقل المعلق وبين القوة التي يؤثر بها النابض .
ثانيا : ملاحظة العلاقة بين القوة التي يؤثر بها النابض ومقدار الاستطالة .

في الملاحظة الأولى : يُوجه المعلم النقاش ليتوصل الطلاب إلى أنّ القوة التي يبذلها الثقل المعلق ( قوة اتجاهها إلى الأسفل ) تساوي القوة التي يؤثر بها النابض ( قوة اتجاهها إلى الأعلى ).

وفي الملاحظة الثانية : سيلاحظ الطلاب أن القوة التي يؤثر بها نابض تتناسب طرد يا مع مقدار استطالته ، فكلما زادت الاستطالة زادت القوة التي يؤثر بها نابض ، وعند رسم العلاقة البيانية بين القوة والاستطالة ، فإن ميل المنحنى يمثل ثابت النابض k الذي يعتمد على صلابة النابض وخصائص أخر له .

مع التنبيه إلى أنّ النوابض التي تنطبق عليها هذه الحالة تسمى نوابض مرنة تحقق قانون هوك ( وليست كل النوابض في حقيقتها ينطبق عليها قانون هوك ) .

إذا :
قانون هوك : القوة التي يؤثر بها نابض تساوي حاصل ضرب ثابت النابض في المسافة التي يستطيلها أو ينضغطها النابض عن موضع اتزانه F = k x

ثم يعرض المعلم المحاكاة التالية ويتساءل المعلم عن أهمية المساحة تحت المنحنى ( ماذا تمثل ) ؟
يحاول المعلم تذكير الطلاب بدرس الشغل ( الفصل الثالث ) ، ليتوصل الطلاب إلى أنّ المساحة تحت منحنى ( القوة – الإزاحة ) تمثل الشغل ، وهذا الشغل المبذول لاستطالة النابض يساوي طاقة الوضع المرونية المختزنة فيه ، وبالتالي فإن الطاقة المرونية تساوي : P.E = ½ k x2

لأن مساحة المثلث = نصف القاعدة في الارتفاع ، وبالتعويض عن القوة من قانون هوك نحصل على العلاقة السابقة .

P.E = ½ x F = ½ x kx = ½ k x2

نشاط 5 : يعرض المعلم على الطلاب المحاكاة التالية :

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

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405627.swf]width=600 height=425[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405666.swf]width=760 height=570[/FLASH]

ويطلب منهم إكمال الجدول التالي :

مع ملاحظة أنّ السهم الأحمر يمثل قوة النابض Fsp ، والسهم البنفسجي يمثل الوزن Fg و السهم الأخضر يمثل قوة القوة المحصلة ∑ F .

نشاط 6 : يعرض المعلم على الطلاب المحاكاة التالية ، ويطلب منهم ذكر أهمية ( المساعدات في السيارة ) ، ليتوصل الطلاب إلى أنّ :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405755.swf]width=500 height=400[/FLASH]

تعتمد مقدرة السيارة على تحمل الصدمات والاحتفاظ بهيئتها على مقدار الطاقة الحركية للسيارة قبل التصادم والذي يتحول إلى طاقة وضع مرونية في الهيكل بعد التصادم. وتحتوي معظم ماصات الصدمات على نوابض تخزن الطاقة عندما تصدم سيارة حاجزا بسرعات قليلة. وبعد توقف السيارة وانضغاط النوابض تعود هذه النوابض إلى مواضع اتزانها، وترتد السيارة عن الحاجز.


الحصة الثالثة :

نشاط 7 : يعرض المعلم على الطلاب المحاكاة التالية ، ويطلب منهم إكمال الجدول التالي :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405776.swf]width=550 height=400[/FLASH]

نشاط 8 : يعرض المعلم على طلابه المحاكاة التالية ، ويطلب منهم وصف قوة الإرجاع :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405920.swf]width=300 height=400[/FLASH]

سيلاحظ الطلاب أنّ القوة المحصلة هي قوة إرجاع؛ حيث تكون دائًما معاكسة لاتجاه إزاحة ثقل البندول أو الجسم المعلق بكتلة ، وتعمل على إرجاع الثقل إلى موضع اتزانه.

نشاط 9 : يعرض المعلم المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405941.swf]width=400 height=300[/FLASH]

ويطلب من الطلاب ملاحظة ماذا يحدث عندما يدفع الصبي زميله دفعات متكررة في اللحظات المناسبة ؟
وماذا يحدث عندما يدفع الصبي زميله دفعات متكررة في اللحظات غير المناسبة ؟

سيلاحظ الطلاب إلى أنّه في الحالة الأولى سيتأرجح الصبي وفي الحالة الثانية لم يستطيع ! ثم يوجه المعلم النقاش ليتوصل الطلاب إلى أنّ سبب التأرجح في الحالة الأولى هو الرنين الذي يحدث عندما تؤثر قوة صغيرة في جسم متذبذب أو مهتز في فترات زمنية منتظمة، بحيث تؤدي إلى زيادة سعة الاهتزازة أو الذبذبة، وتكون الفترة الزمنية الفاصلة بين تطبيق القوة على الجسم المهتز مساوية للزمن الدوري للذبذبة.

ثم يذكر المعلم طلابه بمشهد الجسر الذي انهار بسبب ظاهرة الرنين أيضا .. حيث استطاعت قوة الرياح تدمير الجسر عندما توافقت شدّتها مع تأرجح الجسر ، وبمعنى آخر كانت الرياح تشتد ثم تهدئ بشكل توافق مع تأرجح الجسر ممّا سبب سقوطه !!


في الرابط التالي مجلد يحتوي على جميع الصور والفلاشات والفيديو المدرجة في هذا الدرس مع المرشد الدراسي له :

[hide]أضغط هنــــــــا للتحميل ،،، [/hide]

[/justify]

[ناصر اللحياني]

[justify]

7-2 خصائص الموجات Waves Properties

( يحتاج إلى 3 حصص )

الحصة الرابعة :

نشاط 1 : يطلب المعلم من طالبين أن يقفا أمام بعضهما ويمسك كل منهما بطرفي حبل ويهز أحدهما الحبل .

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327571601.swf]width=600 height=500[/FLASH]

ثم يطرح المعلم هذا التساؤل : كيف انتقلت الطاقة الحركية بينهما ؟

يُوجه المعلم النقاش ، حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ الطاقة الحركية انتقلت (( في الحبل )) بدون أنّ ينتقل الحبل نفسه ، ثم يتساءل المعلم عن كيفية انتقال الطاقة الحركية في الحبل دون أنّ ينتقل الحبل ؟ ليتوصل الطلاب إلى أنّ ذلك كان في هيئة (( موجة )).

وبذلك يمكن التوصل إلى تعريف الموجة بأنها :

الموجة : هي اضطراب يحمل الطاقة خلال المادة أو الفراغ .

نشاط 2 : يُوزع المعلم الطلاب إلى مجموعات ، ويُعطي كل مجموعة حبل طوله 2م ونابض لولبي ، ويطلب منهم إحداث موجات في كل منهما ، وملاحظة الفرق بينهما .

يُوجه المعلم الطلاب إلى للمقارنة بينهما من خلال اتجاه انتشار الموجة واتجاه تذبذب جزيئات الحبل والنابض اللولبي ، للتوضيح أكثر يعرض عليهم هذه المحاكات :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327571723.swf]width=550 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327571774.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327571787.swf]width=544 height=306[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327571858.swf]width=550 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327571811.swf]width=544 height=306[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327571732.swf]width=550 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327571834.swf]width=550 height=400[/FLASH]

ليتوصل الطلاب إلى أنّ :

الموجة المستعرضة : هي الموجة التي تتذبذب جزيئاتها عموديا على اتجاه انتشار الموجة .
مثل : الموجات الكهرومغناطيسية .

الموجات الطولية : هي الموجة التي تتذبذب جزيئاتها في اتجاه حركة الموجة نفسه ( موازية لها ) .
مثل : موجات الصوت .

نشاط 3 : يعرض المعلم المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327571910.swf]width=648 height=377[/FLASH]

ويطلب من الطلاب تصنيفها ما إذا كانت موجات مستعرضة أم طولية ؟ يُوجه المعلم النقاش بالتساؤل عن اتجاه انتشار الموجة واتجاه تذبذب الجزيئات ؟

ليتوصل الطلاب إلى أنّ هذه الموجات ليست مستعرضة ولا طولية ، لأن جزيئاتها تتحرك في اتجاه موازي وعمودي على اتجاه انتشار الموجة ، وهي تعرف بالموجات السطحيّة .
الموجة السطحية : هي الموجة التي تتذبذب جزيئاتها بشكل عمودي وموازي على اتجاه انتشار الموجة .
مثل : موجات البحار .

للتعزيز .. يعرض المعلم هذه المحاكاة :

الحصة الخامسة :

نشاط 4 : يعرض المعلم الفيديو والمحاكاة التالية :

http://www.youtube.com/watch?v=I9LAGLWDk28

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327572007.swf]width=550 height=400[/FLASH]

أضغط على rope1 و rope2 و rope3 [ في اليمين] لترى سرعات متفاوتة للموجات حيث تقطع الموجات نفس الإزاحة ولكن في أزمنة مختلفة .

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327572047.swf]width=550 height=400[/FLASH]

ويطلب من الطلاب المقارنة بين حركة الموجتين ، سيلاحظ الطلاب أنّ تفاوت سرعة الموجتين ، ثم يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ :


سرعة الموجة : هي الإزاحة التي تقطعها خلال وحدة الزمن .


نشاط 5 : يعرض المعلم المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327572093.swf]width=545 height=560[/FLASH]

ويطلب من الطلاب المقارنة بين الحالتين التالية :

الحالة الأولى :

الحالة الثانية :

سيلاحظ الطلاب في مقارنة الحالة الأولى : أنّ الإزاحة القصوى للموجة الأولى عن موضع سكونها أكبر من الإزاحة القصوى للموجة الثانية عن موضع سكونها ، وبالتالي نستطيع أنّ نصف هذه المقارنة بأنّ سعة الموجة الأولى أكبر من سعة الموجة الثانية .

وسيلاحظ الطلاب في مقارنة الحالة الثانية : أنّ المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتالين في الموجة الأولى أكبر من الإزاحة قمتين متتاليتين أو قاعين متتالين في الموجة الثانية ، وبالتالي نستطيع أنّ نصف هذه المقارنة بأنّ الطول الموجي للموجة الأولى أكبر من الطول الموجي للموجة الثانية .

والصورة التالية توضح الطول الموجي ( موجة واحدة ) :

إذا :

سعة الموجة A : هي الإزاحة القصوى للموجة عن موضع سكونها .

الطول الموجي λ : هي المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين أو أي نقطتين متشابهتين .


نشاط 6 : يعرض المعلم المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327572266.swf]width=550 height=400[/FLASH]

حيث تبيّن المحاكاة نقطتين في موجة مستعرضة ( نقطة زرقاء وأخرى حمراء يُمكن تحريكهما على الموجة ) ، ويطلب المعلم من طلابه ملاحظة :

الحالة الأولى : عندما تكون النقطتين على قمتين متتاليتين للموجة أو على قاعيّن متتالين للموجة ( أيّ أنّ بينهما طول موجي واحد λ ) ، سيلاحظ الطلاب انطباق اهتزاز النقطتين (( أسفل المحاكاة )) ، وهذا يعني أنّ لهما نفس الإزاحة عن موضع الاتزان ولهما نفس السرعة المتجهة ، وبالتالي لهما نفس الطور ( أو بمعنى آخر فرق الطور بينهما يساوي الصفر ) ، وسيحدث مثل ذلك لو كان بين النقطتين مضاعفات الطول الموجي .

الحالة الثانية : عندما تكون إحدى النقطتين على القمة والأخرى على القاع ، ( أيّ أنّ بينهما نصف طول موجي واحد λ ½ ) سيلاحظ الطلاب تعاكس اهتزاز النقطتين ، وهذا يعني أنّهما متعاكسين في الإزاحة وفي السرعة المتجهة ، وبالتالي فإنّ فرق الطور بينهما يساوي 180̊ درجة .

وأي نقطتين في الموجة يمكن أنّ يكونا مختلفين في الطور بين 0̊ و 180̊ ، فمثلا في الحالة الثالثة تبيّن أن فرق الطور بينهما 90̊ درجة .

وبالمثل يمكن تطبيق مفهوم الطور على الموجة الطوليّة .

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327572383.swf]width=550 height=400[/FLASH]

وللتعزيز .. يعرض فرق الطور بين موجتين :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327572093.swf]width=545 height=560[/FLASH]

نشاط 7 : يعرض المعلم الفيديو التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=Upb-gPD13Ig

ويطلب من الطلاب ملاحظة العلاقة بين أمواج البحر وقفزة الطير ؟ والزمن اللازم بين كل قفزتين ؟ ، سيلاحظ الطلاب أنّ الطير يقفز كلما اقتربت قمة الموجة ، وسيرى المؤقت الذي يحسب الزمن اللازم بين كل قفزتين .

ثم يُبيّن المعلم أنّ هذا الزمن اصطلح على تسميته بـ ( الزمن الدوري ) كما سبق أنّ مرّ معهم في الدرس الأول.

إذا :
الزمن الدوري : هو الزمن الذي يحتاج إليه الجسم المهتز حتى يكمل دورة كاملة وعادة ما يكون مثل هذا الجسم هو مصدر الموجة الدورية أو المسبِّب لها .


نشاط 8 : يعرض المعلم المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327572446.swf]width=700 height=400[/FLASH]

ويطلب من الطلاب المقارنة بين حالات التردد الثلاث ( تردد عالي ، تردد متوسط ، تردد منخفض ) للموجة المستعرضة والطوليّة ، سيلاحظ الطلاب أنّ التردد العالي للموجة يعني عدد الاهتزازات في الثانية .

ولتعزيز مفهوم التردد يعرض هذه المحاكاة :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327572549.swf]width=600 height=420[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327571774.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327572570.swf]width=700 height=500[/FLASH]

إذا :

التردد f : عدد الاهتزازات الكاملة التي يتمّها الجسم المهتز في الثانية الواحدة ، ويقاس بوحدة هرتز Hz .
والهرتز الواحد هو اهتزازة واحدة في الثانية

ولتعزيز كل خصائص الموجات يعرض المعلم هذه المحاكاة الشاملة لـ ( السرعة ، السعة ، الطول الموجي ، الزمن الدوري ، التردد ) عند تثبيت واحدة منها ، مع ملاحظة مهمة وهي أنّه يمكن استخدام سرعة الموجة v وسعتها A لوصف أي موجة. أما الزمن الدوري T والتردد f فينطبقان فقط على الموجات الدورية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327572586.swf]width=640 height=480[/FLASH]

الحصة السادسة : مسائل على قياس الموجة .

في الرابط التالي مجلد يحتوي على جميع الصور والفلاشات والفيديو المدرجة في هذا الدرس مع المرشد الدراسي له :

[hide] أضغط هنـــــــا [/hide][/justify]

[ناصر اللحياني]

[justify]

8-2 الرنين في الأعمدة الهوائية والأوتار Resonance in Air Columns and Strings

( يحتاج إلى 3 حصص )

الحصة الـ 15 :

نشاط 1 : يُوزّع المعلم الطلاب إلى مجموعات ويُعطي كل مجموعة مطاط ، ويطلب منهم شدّها وإصدار صوت ( نغمة ) ثم شدّها بشكل أكبر للمقارنة بين هذه النغمات ، يُوجه المعلم النقاش بداية حتى يتعزز لدى الطلاب ما تعلموه في الدرس السابق وهو أنّ الصوت ينتج عن اهتزازات الأجسام ( أي جسم يهتز كالمطاط مثلا ) والتي تسبب بدورها تذبذبا في ضغط الهواء فيُسمع الصوت ، ثم يتساءل المعلم عن سبب اختلاف حدة الصوت باختلاف مقدار شدّ المطاط ليتوصل الطلاب إلى أنّ السبب هو تغيّر تردد المطاط عند شدّه وبالتالي يتغيّر حدّة صوته .

http://www.youtube.com/watch?v=ImZGAYe8lf8

ثم يطلب المعلم من الطلاب تطبيق ذلك على كل من : مكبر الصوت ، الدفوف ، الصوت البشري ، الآلات الوترية ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ مكبر الصوت عندما يهتز بواسطة التيارات الكهربائية فإنّه يصدر أصواتا ، وكذلك الدفوف عندما تطرق باليد فإنها تهتز فتصدر أصواتا ، وكذلك الصوت البشري عندما يندفع الهواء من الرئتين فإنّ الحبال الصوتية تهتز فتصدر أصواتا .
الخلاصة : يستطيع الطلاب أنّ يصف مصادر الأصوات .

نشاط 2 : يُعطي المعلم كل مجموعة شوكتي رنانة ( مختلفتي التردد ) ومطرقة وعمود هوائي موضوع في أنبوب آخر به ماء ، يطلب المعلم منهم طرق الشوكة الرنانة وتقريبها من العمود الهوائي مع تغيير طوله بتحريكه إلى الأعلى والأسفل وتدوين ملاحظاتهم ( ومثل ذلك مع اعمدة هوائية مفتوحة ) ، سيلاحظ الطلاب حدوث الرنين ( تقوية الصوت ) عند أطوال معينة للعمود الهوائي كما في المقطع التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=-HqtedatLSc

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

يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى ما يلي :

- هناك نوعين من الأعمدة الهوائية : أعمدة هوائية مفتوحة ( طرفيها مفتوحان ) ، أعمدة هوائية مغلقة ( أحد طرفيها مغلق ) .
- عند وضع شوكة رنانة فوق عمود هوائي فإما أنّ يهتز الهواء بتردد لا يتوافق مع اهتزاز الشوكة الرنانة وبالتالي لا يحدث تقوية للصوت وإما أنّ يهتز الهواء بتردد يتوافق مع اهتزاز الشوكة الرنانة عند تغيير طول الأنبوب لحد معيّن ( فيحدث الرنين : وهو تقوية الصوت وتحويل الأصوات العشوائية إلى أصوات منتظمة ) .
- عند تغيير تردد الشوكة الرنانة يتغيّر طول عمود الهواء الذي يحدث عنده الرنين ، وهذا يعني أنّ طول عمود الهواء يحدد ترددات الهواء المهتز التي ستكون في حالة رنين .
- تفسير حدوث الرنين ( تقوية الصوت ) في أعمدة الهواء المغلقة : توّلد الشوكة الرنانة فوق عمود الهواء موجة صوتية ( مكونة من ذبذبات مرتفعة الضغط وأخرى منخفضة الضغط ) وعندما تتوافق هذه الموجة الصوتية مع الصوت المنعكس من الطرف المغلق للأنبوب ( ينعكس الضغط المرتفع في صورة ضغط مرتفع ) وبالتالي يحدث تقوية للصوت وتوليد ما يعرف بالموجة المستقرة ( الرنين ) ، تتصف بما يلي :

- وأما في أعمدة الهواء المفتوحة : فيحدث الرنين عندما يتوافق الصوت الذي تصدره الشوكة الرنانة مع الصوت المنعكس من الطرف المفتوح للأنبوب ( ينعكس الضغط المرتفع في صورة ضغط منخفض ) .

ثم يستطرد المعلم بتوضيح أنّه يمكن تمثيل الموجة الصوتية في الأعمدة الهوائية بموجة جيبيه على إحدى اعتبارين :
الاعتبار الأول : تغيرات ضغط الهواء ( ضغط مرتفع / ضغط منخفض )
الاعتبار الثاني : إزاحة جزئيات الهواء ( إزاحات كبيرة / إزاحات صغيرة )

كما في الصورة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330090710.swf]width=848 height=477[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330090758.swf]width=848 height=477[/FLASH]

ومن خلال مناقشة الصور أعلاه سيتوصل الطلاب إلى ترددات الرنين في الأنابيب المغلقة والمفتوحة ، ثم يطلب منهم المعلم إكمال الجدولين التاليين :

ثم يستطرد المعلم بذكر بعض التطبيقات للرنين ، مثل :
- عمل القناة السمعية في الأذن كعمود هوائي مغلق في حالة رنين ممّا يُساعد على زيادة حساسية الأذن .
- عمل الأنفاق كعمود هوائي مفتوح في حالة رنين ممّا يجعل للأصوات دويّ .
- عمل الصدف البحرية كعمود هوائي مغلق في حالة رنين ممّا يُساعد على سماع أصوات .



الحصة الـ 16 :

نشاط 3 : يعرض المعلم على الطلاب المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330090998.swf]width=300 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1328449679.swf]width=540 height=500[/FLASH]

ويتساءل عن طول الوتر لكل حالة ، سيلاحظ الطلاب مطابقة حالات الرنين في هذه الأوتار لحالات الرنين في الأعمدة الهوائية المفتوحة .


نشاط 4 : يعرض المعلم على الطلاب صوت رنين وصوت بشري عبر برنامج (Sound Forge Pro ) :

صوت الرنين :

[media]http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330091080.mp3[/media] أضغط هنـــــا

صوت بشري ( البسملة ) :

[media]http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330091106.mp3[/media] أضغط هنــــــا

ويطلب من الطلاب المقارنة بين الموجات الجيبية التي تصدرها كل منهما ، سيلاحظ الطلاب أنّ الموجة التي تصدر عن صوت الرنين عبر برنامج (Sound Forge Pro ) هي موجة جيبية بسيطة بينما الموجة الصوتية التي تصدر عن الصوت البشري هي موجة معقدة ، كما في الصور التالية :

ثم يُبيّن المعلم أنّ الفرق بين الموجات البسيطة والموجات المعقدة هة ما يُسمى بطابع الصوت أو لون النغمة .



نشاط 5 : يعرض المعلم هذه الأصوات مع الرسوم البيانية المرفقة :

الصوت الأول ورسمه البياني :

[media]http://www.phys.unsw.edu.au/music/clarinet/sounds/C4.mp3[/media]

الصوت الثاني ورسمه البياني :

[media]http://www.phys.unsw.edu.au/music/clarinet/sounds/E3f.mp3[/media]

الصوت الثالث ورسمه البياني :

[media]http://www.phys.unsw.edu.au/music/clarinet/sounds/B3.mp3[/media]

ثم يُبيّن المعلم أنّ الرسم البياني الذي يوضح اتساع الموجة مقابل ترددها يُسمى طيف الصوت .


نشاط 6 : يعرض المعلم هذا الفيديو الذي يُوضح فيه الشيخ حسن الانتقال مقام إلى مقام ( عند قراءة القرآن الكريم ) ،

http://www.youtube.com/watch?v=PzksZqqGl5E

ثم يُبيّن المعلم أنّ هذا الانتقال المتناسق من مقام إلى مقام يُعتبر ( تناغم ) لأنه نتج عن الأنتقال صوت مريح وممتع .

بينما لو كان الإنتقال من مقام إلى آخر بشكل غير متناسق وغير مريح للأذن المستمعة فإنه يُعتبر ( نشاز ) ، وبالتالي فإنه :

عندما يصدر صوتان مختلفان في الحدة في الوقت نفسه فإن الصوت الناتج يكون إما مقبولا أو مزعجا.
ويسمى الصوت المزعج الناتج عن مجموعة ترددات مختلفة في حدتها نشازا، أما إذا نتج صوت ممتع ولطيف فيسمى تناغًما.

وقد لاحظ فيثاغورس أن الأصوات المتناغمة في الأوتار تصدر عندما تكون نسب طولي الوترين نسبا صغيرة غير كسرية : مثلا 2 : 1 ، 3 : 2، أو 4 : 3. وهذا يعني أن لتردداتهما نسب عددية صحيحة

الحصة الـ 17 :

نشاط 7 : يعرض المعلم هذه المحاكاة ( أضغط على next حتى تظهر لك هذه الصورة ) :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330122486.swf]width=550 height=400[/FLASH]

أضغط على التردد 1440 Hz ثم على التردد 2442 Hz ثم على ( 1 + 2 ) ، ثم اطلب من الطلاب ملاحظة ما سمعوه ، سيلاحظ الطلاب تداخل الترددين لينتجا مستويات صوت مرتفعة وأخرى منخفضة .

ثم يُبيّن المعلم أنّ سعة اهتزاز الموجة الناتجة تسمى ( ضربة ) .


ما تبقى من الحصة يحل المعلم مع طلابه مسائل تطبيقية .


في الرابط التالي مجلد يحتوي على جميع الصور والفلاشات والفيديو المدرجة في هذا الدرس :

[hide]أضغط هنـــــا للتحميل [/hide]

[/justify]

[ناصر اللحياني]

[justify]

10-1 الانعكاس عن المرايا المستوية Reflection from Plane Mirrors

( يحتاج إلى حصتين )

الحصة الـ 29 :

نشاط 1 : يستهل المعلم درسه بعرض الفيديو المُثير التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=4liXZXXNEJw

ويتساءل عن تفسير ما شاهدوه ، لماذا لم تنطفئ الشمعة على الرغم من سكب السائل عليها ؟
يستمع المعلم إلى محاولات الطلاب ثم يُبيّن لهم أنّ المرايا تستخدم في كثير من الخدع ، ومنها هذه الخدعة حيث أنّ انعكاس ضوء الشمعة المضيئة على الزجاج جعل الشمعة الآخرى غير المضيئة - التي سكب عليها السائل - تبدو وكأنها مضيئة ! وهي ، كما في الفيديو التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=X3V5lRBO7oU

نشاط 2 : يعرض المعلم على الطلاب مجموعة من الأجسام : غطاء علبة معدنية ، مرآة ، ملعقة فلزيّة ، كرتون ، كأس بلاستيك ، قطعة ألمونيوم ، ويطلب من الطلاب أنّ يلاحظوا ما إذا تمكنوا من مشاهدة صورهم على هذه الأجسام :

سيلاحظ الطلاب انعكاسات واضحة عن السطوح اللامعة والمصقولة وانعكاسات غير واضحة عن السطوح الخشنة المعتمة ، ثم يُبيّن المعلم الإنعكاس إما أنّ يكون انعكاسا منتظما وذلك عن السطوح المصقولة ( مثل المرأة ) أو يكون انعكاسا غير منتظما وذلك عن السطوح غير المصقولة ( مثل الجدار ) ، ثم يعرض هذه المحاكاة للتعزيز :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1331927903.swf]width=657 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1331927918.swf]width=400 height=200[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1331927936.swf]width=400 height=300[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1331928012.swf]width=600 height=425[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1328449852.swf]width=400 height=120[/FLASH]

نشاط 3 : يطلب المعلم من أحد طلابه تنفيذ إحدى التجربتين التاليتين ( حسب توّفر الأدوات ) :

التجربة الأولى : تحتاج فيها إلى الأدوات : مرآة ، قلم ليزر أحمر ( العادي / متوفر في محل ألعاب الأطفال ) ، ورقة مقوى مطبوع عليها تدريج منقله ، بودرة جونسون للأطفال ، ويتم تنفيذها كما في الفيديو التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=LbfzawI_5_I

ملاحظة : تحتاج لتنفيذ هذه التجربة بالشكل المطلوب إلى عدة محاولات حتى يمكن رؤية اشعاع الليزر بخط مستقيم ( ملاحظة : الهدف من بودرة جونسون للأطفال هو تشكيل غبار ليظهر شعاع الليزر بخط مستقيم ) .

التجربة الثانية : أدواتها بسيطة ومتوفرة ، تحتاج فيها إلى أربعة مسامير ( أو دبابيس ) ومرآة فقط [ يُستحسن تلوين كل مسمارين بلون مختلف ] ، وتنفذ كما في الصور والفيديو التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=igRlkPV7dRA

سيستنتج الطلاب في أيّ من التجربتين أنّ زاوية السقوط [ المحصورة بين الشعاع الساقط والعمود المقام ] تساوي زاوية الإنعكاس [ المحصورة بين الشعاع المنعكس والعمود المقام ] ، وهذا هو قانون الانعكاس .

وللتعزيز يعرض المعلم هذه المحاكاة :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1331929280.swf]width=550 height=450[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1331929318.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1331929334.swf]width=800 height=490[/FLASH]


[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1331929365.swf]width=352 height=288[/FLASH]

نشاط 4 : يعرض المعلم هذا المقطع الطريف :

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

ثم يطلب من الطلاب ذكر ما يُميّز المرآة المستوية عن غيرها من الأجسام ، يُوجّه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ المرآة المستوية هو سطح مستو أملس ينعكس عنه الضوء انعكاسا منتظما ، وتتكوّن عليه صور وهمية نتيجة اتحاد صور النقاط الناتجة بفعل الاشعة الضوئية المنعكسة عن الجسم الحقيقي ، كما في الصورة التالية :

وللتعزيز يعرض المحاكات التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1331929386.swf]width=550 height=400[/FLASH]

يمكنك تحرّيك الرجل وتصغيره وتكبيره ، وكذلك تحرك المرآة لملاحظة الأشعة المنعكسة منها .



[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1331929436.swf]width=800 height=600[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1331929521.swf]width=550 height=400[/FLASH]

الحصة الـ 30 :

نشاط 5 : يوزع المعلم الطلاب إلى مجموعات ويعطي كل مجموعة مرآة وأي جسم ( شمعة أو قلم أو ... ) :

ويناقش معهم كل من : مكان ظهور الصورة ، بعدها ، حجمها ، موقعها ، طولها ، يُوجه المعلم النقاش مع عرض المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1331929552.swf]width=540 height=500[/FLASH]

حتى يتوصل الطلاب إلى ما يلي :
تظهر الصورة وهمية معتدلة خلف المرآة لها نفس حجم الجسم ، وتبعد نفس بعد الجسم .

تمارين .

في الرابط التالي مجلد يحتوي على جميع الصور والفلاشات والفيديو المدرجة في هذا الدرس مع المرشد الدراسي له :

[hide]أضغط هنــــــــــا [/hide]

[/justify]

[سهيل اليماني]

الاستاذ الكريم ناصر

والله مهما قلنا من عبارات الثناء فلن نوفيك حقك

لكن اسأل الله الكريم ان يجزيك عنا خير الجزاء

[nuha1423]

بسم الله الرحمن الرحيم



جزاك الله كل خير وغفر لوالدينا ووالديك

[فيزيائي الحجاز]

اسال المولى عز و جل ان يجعل هذا العمل الصالح في ميزان حسناتك

[nasser2004]

جزاك الله كل خير

[بلبل الساحل]

مشاركة رااائعة جزاااك الله خيرا