تتحرك سيارة الفيزياء

تتحرك سيارة صغيرة كتلتها (575 kg) بسرعة (15.0 m/s) ، ثم اصطدمت بمؤخرة سيارة أخرى كتلتها (1575 kg) تتحرك بسرعة (5.00 m/s) في الاتجاه نفسه .

a)      ما السرعة النهائية للسيارتين إذا التحمتا معاً وكونتا جسماً واحداً ؟

b)      ما مقدار الطاقة الحركية المفقودة نتيجة التصادم ؟

c)       ما نسبة الطاقة الحركية المفقودة إلى مقدار الطاقة الأصلية ؟

مسائل تدريبية صـ(120) :

(18) انطلقت رصاصة كتلتها (8.00 g) أفقياً نحو قطعة خشبية كتلتها (9.00 kg) موضوعة على سطح طاولة ، واستقرت فيها ، وتحركتا كجسم واحد بعد التصادم على سطح عديم الاحتكاك بسرعة (10.0 m/s) . ما مقدار السرعة الابتدائية للرصاصة ؟

(19) هدف مغناطيسي كتلته (0.73 kg) معلق بخيط ، اُطلق سهم حديدي كتلته (0.0250 kg) أفقياً في اتجاه الهدف ، فاصطدم به ، والتحما معاً ، وتحركا كبندول ارتفع (12.0 cm) فوق المستوى الابتدائي قبل أن يتوقف لحظياُ عن الحركة :

a)      مثّل الحالة (الوضع) ، ثم اختر النظام .

b)      حدد الكمية الفيزيائية المحفوظة في كل جزء من أجزاء الحركة كلها ، ثم فسر ذلك .

c)       ما السرعة الابتدائية .

(20) يتزلج لاعب كتلته (91.0 kg) على الجليد بسرعة (5.50 m/s) ، وتحرك لاعب آخر له الكتلة نفسها بسرعة (8.1 m/s) في الاتجاه نفسه ليضرب اللاعب الأول من الخلف ، ثم ينزلقان معاً :

a)      احسب المجموع الكلي للطاقة ، والمجموع الكلي للزخم في النظام قبل التصادم .

b)      ما مقدار سرعة اللاعبين بعد التصادم .

c)       ما مقدار الطاقة المفقودة في التصادم .

مسألة تحفيز صـ(121) :

تحركت رصاصة كتلتها (m) بسرعة (V1) فاخترقت قطعة خشب ساكنة وخرجت منها بسرعة (V2) ، فإذا كانت كتلة القطعة الخشبية (mB) وتحركت بعد التصادم بسرعة (VB) ، فما مقدار :

a)      السرعة النهائية لقطعة الخشب (VB) ؟

b)      الطاقة التي فقدتها للرصاصة ؟

c)       الطاقة التي فقدت بسبب الاحتكاك داخل القطعة الخشبية ؟

(2-4) مراجعة صـ(123) :

(21) هل الأرض نظام مغلق ومعزول ؟ دعّم إجابتك .

(22) قفز طفل عن منصة القفز (منصة البهلوان) ارسم تمثيلاً بيانياً بالأعمدة يبين أشكال الطاقة الموجودة في الأوضاع التالية :

a)      الطفل عند أعلى نقطة في مساره .

b)      الطفل عند أدنى نقطة في مساره .

(23) افترض أن كرة من اللبان (العلكة) تصادمت مع كرة مطاطية صغيرة في الهواء ، ثم ارتدتا أحدهما عن الأخرى . هل تتوقع أن تبقى الطاقة الحركية محفوظة ؟ وإذا كان الجواب بالنفي فماذا حدث للطاقة ؟

(24) تكون الكرة المستخدمة في تنس الطاولة كرة خفيفة جداً وصلبة ، وتضرب بمضرب صلب (خشبي مثلاً) . أما في التنس الأرضي فتكون الكرة أكثر ليونة وتضرب بوساطة مضرب شبكي . فلماذا صُممت الكرة والمضرب في كل لعبة بهذه الطريقة ؟ وهل تستطيع التفكير في كيفية تصميم كرة ومضرب تستخدمان في ألعاب رياضية أخرى ؟

 (25) سقطت كرة مطاطية من ارتفاع (8.0 m) فاصطدمت بها وارتدت عنها عدة مرات ، وفي كل مرة كانت تخسر (1/5) مجموعة طاقتها . كم مرة ستصطدم الكرة بالأرض حتى تصل إلى ارتفاع (4 m) بعد الارتداد ؟

 (26) ينزلق طفل كتلته (36.0 kg) على لعبة انزلاق ارتفاعها (2.5 m) كما في الشكل صـ(123) . ويتحرك عند أدنى نقطة في اللعبة بسرعة (3.0 m/s) ، فما كمية الطاقة المفقودة خلال انزلاقه على اللعبة ؟

(27) سقطت كرة من ارتفاع (20.0 m) وعندما وسلت إلى نصف الارتفاع ، أي (10 m) ، كان نصف طاقتها طاقة وضع والنصف الآخر طاقة حركة . عندما تستغرق الكرة في رحلتها نصف زمن سقوطها ، فهل ستكون طاقة الوضع للكرة نصف طاقتها أم أقل أم أكثر ؟

 

خريطة المفاهيم صـ(128) :

(28) أكمل خريطة المفاهيم بالمفردات الآتية : طاقة وضع الجاذبية ، طاقة الوضع المرونية ، الطاقة الحركية .

اختبار مقنن صـ(135) :

(1) زادت سرعة دارجة هوائية من (4.0 m/s) إلى (6.0 m/s) . فإذا كانت كتلة راكب الدراجة والدراجة (55 kg) ، فما الشغل الذي بذلة سائق الدراجة لزيادة سرعتها ؟

 (2) يبين الشكل صـ(135) كرة معلقة بخيط ، تتأرجح بشكل حرّ في مستوى محدد . فإذا كانت كتلة الكرة (4.0 kg) ومقاومة الهواء مهملة فما أقصى سرعة تبلغها الكرة أثناء تأرجحها ؟

 (3) عندما ترفع صندوقاً كتلته (4.5 kg) من الأرض إلى رف يرتفع (1.5 m) فوق سطح الأرض فما مقدار الطاقة التي استخدمتها في رفع الصندوق ؟

 (4) إذا أسقطت كرة كتلتها (6.0x10-2 kg) من ارتفاع (1.0 m) فوق سطح مستو صلب ، وعندما ضربت الكرة بالسطح فقدت (0.14 J) من طاقتها ، ثم ارتدت مباشرة إلى أعلى ، فما مقدار الطاقة الحركية للكرة لحظة ارتدادها عن السطح المستوي ؟

(5) عند رفع جسم كتلته (2.5 kg) من رف يرتفع (1.2 m) عن سطح الأرض إلى رف يرتفع (2.6 m) فوق سطح الأرض ، فما مقدار التغير في طاقة وضع الجسم ؟

(6) تتحرك كرة كتلتها (m) بسرعة (V1) على سطح أفقي عندما ارتطمت بحائط مبطن ، ثم ارتدت عنه في الاتجاه المعاكس . فإذا أصبحت طاقتها الحركية نصف ما كانت عليه قبل التصادم ، وأهملنا الاحتكاك ، فما سرعة الكرة بعد التصادم بدلالة سرعتها قبل التصادم ؟

.....................................................................................

(7) يبين الشكل صـ(135) كرة على مسار منحن ، فإذا تحركت الكرة بدءاً من السكون في أعلى المسار ووصلت إلى السطح الأفقي في أسفله على الأرض بسرعة (14 m/s) ، وأهملنا الاحتكاك ، فما الارتفاع (h) من سطح الأرض حتى أعلى نقطة في المسار ؟

(8) وضع صندوق على نابض مضغوط على منصة ، وعند إفلات النابض زود الصندوق بطاقة مقدارها (4.9 J) ، فاندفع الصندوق رأسياً إلى أعلى ، فإذا كانت كتلة الصندوق (1.0 kg) ، فما أقصى ارتفاع يصل إليه الصندوق قبل أن يبدأ في السقوط ؟

درسـ(1)

(1-5) درجة الحرارة والطاقة الحرارية

مسائل تدريبية صـ(142) :

(1) حوّل درجات الحرارة الآتية من مقياس كلفن إلى مقياس سيلسيوس :

(115 K) (172 K) (125 K) (402 K) (425 K) (212 K)

 (2) جد درجات الحرارة بالكلفن والسلسيوس لكل مما يأتي :

a)      درجة حرارة الغرفة

b)      يوم صيفي حار في مدينة الرياض

c)       ثلاجة نموذجية

d)      إحدى ليالي الشتاء في مدينة تبوك

مثالـ(1) صـ(144) :

إذا تم تسخين مقلاة من الحديد الصلب كتلتها (5.10 KG) على موقد ذي درجة حرارة (295 K) إلى (50 K) ، فما مقدار الحرارة المنتقلة إلى الحديد ؟

مسائل تدريبية صـ(145) :

(3) عندما تفتح صنبور الماء الساخن لغسل الأواني فإن أنابيب المياه تسخن . فما مقدار كمية الحرارة التي يمتصها أنبوب ماء نحاسي كتلته (2.3 KG) عندما ترتفع درجة حرارته من (20.0o C) إلى (80.0o C) ؟

(4) يحتوي نظام التبريد لسيارة على (20.0 L) من الماء ، علماً بأن كتلة لتر واحد من الماء تساوي (1 kg) :

a)      إذا اشتغل المحرك حتى حصل على (836.0 kJ) من الحرارة ، فما مقدار التغير في درجة حرارة الماء ؟

b)      إذا كان الفصل شتاء ، ونظام التبريد في السيارة مملوءاً بالميثانول ذي الكثافة (0.80 g/cm3) فما مقدار الزيادة في درجة حرارة الميثانول إذا امتص (836.0 kJ) من الحرارة ؟

c)       أيهما يُعد مبرداً أفضل ، الماء أم الميثانول ؟ فسر إجابتك .

 ، حيث إن (1 kWh = 3.6x106 J) . افترض أن السعر (0.15) ريال لكل (kWh) . فما مقدار تكلفة تسخين (75 kg) من الماء من درجة حرارة (15o) إلى (43o) ؟

مثالـ(2) صـ(147) :

يحتوي مسعر على ماء كتلته (0.50 kg) عند درجة حرارة (15o C) ، فإذا وضع قالب من الخارصين كتلته (0.040 kg) ودرجة حرارته (115o C) في الماء . فما درجة الحرارة النهائية للنظام ؟

مسائل تدريبية صـ(148) :

(6) خلطت عينة ماء كتلتها (2.00x102 g) ودرجة حرارتها (80.0o C) مع عينة ماء كتلتها (2.00x102 g) ودرجة حرارتها (10.0o C) . افترض عدم فقدان حرارة إلى المحيط الخارجي ، ما درجة الحرارة النهائية للخليط ؟

(7) خلطت عينة ميثانول كتلتها (4.00x102 g) ودرجة حرارتها (16.0o C) مع عينة ماء كتلتها (4.00x102 g) ودرجة حرارتها (85.0o C) . مفترضاً عدم فقدان حرارة إلى المحيط الخارجي ، ما درجة الحرارة النهائية للخليط ؟

(8) وضعت ثلاثة أوزان فلزية لصيد السمك في ماء كتلته (1.00x102 g) ودرجة حرارته (35.0o C) . فإذا كانت كتلة كل قطعة فلزية (1.00x102 g) ودرجة حرارتها (100.0o C) ، وكانت درجة حرارة الخليط النهائية (45.0o C) ، فما الحرارة النوعية للرصاص في الأوزان ؟

 (9) وضع قالب ألومنيوم في ماء كتلته (1.00x102 g) ودرجة حرارته (10.0o C) ، فإذا كانت كتلة القالب (1.00x102 g) ودرجة حرارته (100.0o C) وكانت درجة الحرارة النهائية للخليط (25.0o C) . فما الحرارة النوعية للألمنيوم ؟

 (1-5) مراجعة صـ(149) :

(10) حوّل درجات الحرارة الآتية لأنظمة القياس المشار إليها :

a)      (5o C) إلى كلفن .

b)      (212o C) إلى كلفن .

c)       (34 K) إلى السلسيوس .

d)      (316 K) إلى السلسيوس .

(11) حول درجات الحرارة الآتية من سلسيوس إلى كلفن :

a)      (28o C)

b)      (568o C)

c)       (-184o C)

d)      (154o C)

e)      (-55o C)

(12) هل يمكن أن تكون الطاقة الحرارية في وعاء من الماء الساخن مساوية للطاقة الحرارية في وعاء من الماء البارد ؟ فسر إجابتك .

(13) لماذا تبقى البطاطا المشوية ساخنة مدة أطول من أي طعام آخر في الطبق نفسه ؟

(14) يكون بلاط أرضية الحمام في الشتاء بارداً عند لمسه بالقدم رغم أن باقي غرفة الحمام دافئة ، فهل ، تكون الأرضية أبرد سائر غرفة الحمام ؟

(15) إذا تناولت ملعقة بلاستيكية من فنجان شاي حار ووضعتها في فمك ، فلن تحرق لسانك ، على الرغم من أنك قد تحرق لسانك ، بسهولة لو وضعت الشاي الحار في فمك مباشرة . فلماذا ؟

(16) يستعمل كبار الطباخين في أغلب الحيان مقالي طبخ مصنوعة من الألومنيوم السميك ، فلماذا يعد الألومنيوم السميك أفضل من الرقيق للطبخ ؟

(17) لماذا يتطلب شيء حبة البطاطس كاملة مدة أطول من قليها على شكل شرائح صغيرة ؟

(18) قد ينتج بعض الضباب فوق سطح الماء عندما يسخن ، قبل بدء الغليان مباشرة . فما الذي يحدث ؟ وأين يكون الجزء الأبرد من الماء في القدر ؟

 

درسـ(2)

(2-5) تغيرات حالة المادة وقوانين الديناميكا الحرارية

مثالـ(3) صـ(153) :

افترض أنك تخيم في الجبال،وأنك تحتاج إلى صهر (1.50 kg) من الثلج عند درجة الحرارة (0.0o C) وتسخينه إلى درجة حرارة (70.0o C) لصنع شراب ساخن ، فما مقدار الحرارة التي يتطلبها ذلك؟

مسائل تدريبية صـ(154) :

(19) ما مقدار الحرارة اللازمة لتحويل كتلة من الجليد مقدارها (1.00x102 g) ودرجة حرارتها (-20.0o C) إلى ماء درجة حرارته (0.0o C) .

 (20) إذا سخنت عينة ماء كتلتها (2.00x102 g) ودرجة حرارتها (60.0o C) فأصبحت بخاراُ درجة حرارته (140.0o C) ، فما مقدار الحرارة الممتصة ؟

 (21) ما مقدار الحرارة اللازمة لتحويل (3.00x102 g) من جليد درجة حرارته (-30.0o C) إلى بخار ماء درجة حرارته (130.0o C) ؟

مسائل تدريبية صـ(157) :

(22) يمتص بالون غاز (75 J) من الحرارة . فإذا تمدد هذا البالون وبقي عند درجة الحرارة نفسها ، فما مقدار الشغل الذي بذله البالون في أثناء تمدده ؟

(23) يثقب مثقب كهربائي فجوة صغيرة في قالب من الألومنيوم كتلته (0.40 kg) فيسخن الألومنيوم بمقدار (5.0o C) ، ما مقدار الشغل الذي يبذله المثقب ؟

(24) كم مرة يتعين عليك إسقاط كيس من الرصاص كتلته (0.50 kg) من ارتفاع (1.5 m) ، لتسخين الرصاص بمقدار (1.0o C) ؟

(25) عندما تحرك كوباً من الشاي ، تبذل شغلاً مقداره (0.05 J) في كل مرة تحرك فيها الملعقة بصورة دائرية . كم مرة يجب أن حرك الملعقة لترفع درجة حرارة كوب الشاي الذي كتلته (0.15 kg) بمقدار (2.0o C) (بإهمال زجاج الكوب)

(26) كيـــف يمكن اســـتخدام القانون الأول للديناميكا الحرارية لشرح كيفية تخفيض درجة حرارة جسم ما ؟

مسألة تحفيز صـ(158) :

للإنتروبي بعض الخصائص المدهشة . قارن بين الحالات الآتية ، ووضع أوجه الاختلاف ، بين هذه التغيرات للإنتروبي ، معللاً ذلك :

a)      تسخين (1 kg) من الماء من (273 K) إلى (274 K) .

b)      تسخين (1 kg) من الماء من (353 K) إلى (354 K) .

c)       صهر (1 kg) من الجليد بشكل كامل عند (273 K) .

d)      تسخين (1 kg) من الرصاص من (273 K) إلى (274 K) .

.....................................................................................

 (2-5) مراجعة صـ(161) :

(27) يرسل النظام القديم للتدفئة بخاراً داخل الأنابيب في كل غرفة من المنزل ، ويتكاثف هذا البخار في داخل المشعاع ليصبح ماء . حلل هذه العملية ، واشرح كيف تعمل على تدفئة الغرفة ؟

(28) ما مقدار الحرارة اللازمة لتحويل (50.0 g) من الماء عند درجة حرارة (80.0o C) إلى بخار عند درجة حرارة (110.0o C) ؟

 (29) ما مقدار الطاقة اللازمة لتسخين (1.0 kg) من الزئبق عند درجة حرارة (10.0o C) إلى درجة الغليان وتبخره كاملاً ؟ علماً بأن الحرارة النوعية للزئبق هي (140 J/kg.oC) ، والحرارة الكامنة لتبخيره هي (3.06x105 J/kg) ، ودرجة غليان الزئبق هي (357o C) .

(30) قاس جيمس جول الفرق في درجة حرارة الماء عند قمة شلال ماء وعند قاعه بحذر . فلماذا توقع وجود فرق ؟

(31) يستخدم رجل مطرقة تزن (320 kg) تتحرك بسرعة (5 m/s) لتحطيم قالب رصاص كتلته (3.0 kg) موضوع على صخرة كتلتها (450 kg) . وعندما قاس درجة الحرارة وجد أنها زادت (5.0o C) . فسر ذلك .

 (32) تتدفق مياه شلال يرتفع (125.0 M) كما في الشكل صـ(161) . احسب الفرق في درجة حرارة الماء بين قمة الشلال وقاعه إذا تحولت كل طاقة وضع الماء إلى طاقة حرارية .

 (33) لماذا ينتج عن تدفئة المنزل بوساطة الغاز الطبيعي زيادة في كمية الفوضى أو العشوائية ؟

(34) إذا كان لديك أربع مجموعات من بطاقات فهرسة ، لكل مجموعة لون محدد . تحتوي كل من مجموعة (20) ورقة مرقمة . فإذا خلطت بطاقات هذه المجموعات معاً عدة مرات فهل من المحتمل أن تعود البطاقات إلى ترتيبها الأصلي ؟ وضح ذلك . وما القانون الفيزيائي الذي ينطبق عليه هذا المثال ؟

 

خريطة المفاهيم صـ(146) :

(35) أكمل خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات الآتية : الحرارة ، الشغل ، الطاقة الداخلية .

 

اختبار مقنن صـ(170) :

(1) أي تحويلات درجات الحرارة التالية غير صحيحة ؟ صـ(170)

 (2) ما وحدات الإنتروبي ؟

(3) أي العبارات الآتية ، والمتعلقة بالاتزان الحراري غير صحيحة ؟ صـ(170)

(4) ما كمية الحرارة اللازمة لتسخين (87 g) من الميثانول المتجمد عند (14 K) إلى بخار عند (340 K) ؟ (درجة انصهاره (-97.6o C) ، درجة غليانه (64.6o C))

 (5) أي العبارات التالية المتعلقة بالطاقة والإنتروبي وتغيرات الحالة صحيحة ؟ صـ(170)

(6) ما مقدار الحرارة اللازمة لتدفئة (363 ml) من الماء في زجاجة أطفال من (24o C) إلى (38o C) ؟

(7) تكون هناك دائماً كمية من الحرارة المفقودة في المحرك الحراري ، لأن : صـ(170)

 (8) ما مقدار الحرارة الممتصة عندما ينصهر (81 g) من الجليد عند درجة (0.0o C) في دروق وسخن إلى (10o C) ؟

(9) إذا بذلت (0.050 J) من الشغل على القهوة في الفنجان في كل مرة تحركها ، فما مقدار الزيادة في الإنتروبي في (125 mL) من القهوة عند درجة (65o C) عندما تحركها (85) مرة ؟

 (10) ما الفرق بين الحرارة اللازمة لصهر (454 g) من الجليد عند (0.0o C) ، والحرارة اللازمة لتحويل (454 g) من الماء عند (100o C) إلى بخار ؟ وهل مقدار الفرق أكبر أم أقل من كمية الطاقة اللازمة لتسخين (454 g) من الماء عند (0.00o C) إلى (100.0o C) ؟

 

الدرسـ(1)

(1-6) خصائص الموائع

مثالـ(1) صـ(176) :

يجلس طفل وزنه (364 N) على كرسي ثلاثي الأرجل يزن (41 N) ، بحيث تلامس قواعد الأرجل سطح الأرض على مساحة مقدارها (19.3 cm2) ؟ أوجد :

a)      ما معدل الضغط الذي يؤثر به الطفل والكرسي في سطح الأرض ؟

b)      كيف يتغير الضغط عندما يميل الطفل وتلامس رجلاه فقط من أرجل الكرسي الأرض ؟

مسائل تدريبية صـ(177) :

(1) إذا كان الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر يساوي (1.0X105 Pa) تقريباً ، فما مقدار القوة التي يؤثر بها الهواء عند مستوى سطح البحر في سطح مكتب طوله (152 cm) وعرضه (76 cm) ؟

(2) يلامس إطار سيارة سطح الأرض بمساحة مستطيلة عرضها (12 cm) وطولها (18 cm) ، فإذا كانت كتلة السيارة (925 kg) ، فما مقدار الضغط الذي تؤثر به السيارة في سطح الأرض إذا استقرت ساكنة على إطاراتها الأربعة ؟

 (3) كتلة من الرصاص أبعادها (20.0 cm) × (10.0 cm) × (5.0 cm) تستقر على الأرض على أصغر وجه ، فإذا علمت أن كثافة الرصاص (11.8 g/cm3) ، فما مقدار الضغط الذي تؤثر به كتلة الرصاص في سطح الأرض ؟

(4) يمكن أن يصبح الضغط في أثناء الإعصار أقل (15 %) من الضغط الجوي المعياري ، افترض أن الإعصار حدث خارج باب طوله (195 cm) وعرضه (91 cm) ، فما مقدار القوة المحصلة التي تؤثر في الباب نتيجة هبوط مقدار (15 %) من الضغط الجوي المعياري ؟ وفي أي اتجاه تؤثر القوة ؟

(5) يلجأ المهندسون في المباني الصناعية إلى وضع المعدات والآلات الثقيلة على ألواح فولاذية عريضة ، بحيث يتوزع وزن هذه الآلات على مساحات أكبر . فإذا خطط مهندس لتركيب جهاز كتلته (454 kg) على أرضية صممت لتتحمل ضغطاً إضافياً مقداره (5.0x104 Pa) ، فما مساحة صفيحة الفولاذ الداعمة ؟

مثالـ(3) صـ(179) :

عينة من غاز الأرجوان حجمها (20.0 L) ودرجة حرارتها (273 K) عند ضغط جوي مقداره (101.3 kPa) ، فإذا انخفضت درجة الحرارة حتى (120 K) ، وازداد الضغط حتى (145 kPa) :

a)      فما الحجم الجديد لعينة الأرجوان ؟

b)      جد عدد مولات ذرات الأرجوان في العينة ؟

c)       جد كتلة عينة الأرجوان ، إذا علمت أن الكتلة المولية (M) لغاز الأرجوان (39.9 mol/g) .

مسائل تدريبية صـ(181) :

(6) يُستخدم خزان من غاز الهيليوم ضغطه (15.5X106 Pa) ، ودرجة حرارته (293 k) ، لنفخ بالون على صورة دمية ، فإذا كان حجم الخزان (0.020 M3) ، فما حجم البالون إذا امتلأ عند (1.00) ضغط جوي ، ودرجة حرارة (323 k) ؟

(7) ما مقدار كتلة غاز الهيليوم في المسألة السابقة إذا علمت أن الكتلة المولية لغاز الهيليوم (4.00 g/mol) ؟

 (8) يحتوي خزان على (200.0 L) من غاز الهيدروجين درجة حرارته (0.0o C) ومحفوظة عند ضغط مقداره (156 kPa) ، فإذا ارتفعت درجة الحرارة إلى (95o C) ، وانخفض الحجم ليصبح (175 L) ، فما ضغط الغاز الجديد ؟

(9) إن معدل الكتلة المولية لمكونات الهواء (ذرات الأكسجين الثنائية وذرات غاز النيتروجين الثنائية بشكل رئيس) (29 g/mol) تقريباً ، فما حجم (1.0 kg) من الهواء عند ضغط يساوي الضغط الجوي (20.0o C) ؟

(1-6) مراجعة صـ(183) :

(10) افترض أن لديك صندوقين ، أبعاد الأول (20 cm)×(20 cm)×(20 cm) ، وأبعاد الثاني (40 cm)×(20 cm)×(20 cm) :

a)      قارن بين ضغطي الهواء في المحيط الخارجي لكل من الصندوقين ؟

b)      قارن بين مقداري القوة الكلية للهواء المؤثرة في كل من الصندوق ؟

(11) يتكون منطاد الطقس الذي يستخدمه الراصد الجوي من كيس مرن يسمح للغاز في داخله أن يتمدد بحرية . إذا كان المنطاد يحتوي على (25.0 m3) من غاز الهيليوم وأطلق من منطقة عند مستوى سطح البحر ، فما حجم الغاز عندما يصل المنطاد ارتفاع (2100 m) ، حيث الضغط عند ذلك الارتفاع (0.82x105 Pa) ؟ افترض أن درجة الحرارة ثابتة لا تتغير .

 (12) تحصر آلة احتراق داخلي في محرك كمية من الهواء حجمها (0.0021 m3) عند ضغط يعادل الضغط الجوي ودرجة حرارة (303 K) ، ثم تضغط الهواء بسرعة ليصل إلى ضغط مقداره (20.1x105 Pa) وحجم (0.0003 m3) ، ما درجة الحرارة النهائية للهواء المضغوط ؟

 (13) إذا كانت درجة الحرارة الابتدائية للماء (0o C) ، فكيف تتغير كثافة الماء إذا سُخن إلى (4o C) ، وإلى (8o C) ؟

(14) ما حجم (1.00 mol) من الغاز عند ضغط يعادل الضغط الجوي ودرجة حرارة تساوي (273 K)؟

(15) ما عدد مولات الهواء الموجودة في ثلاجة سعتها (0.635 m3) عند (2.00o C) ؟ وما مقدار كتلة الهواء في ثلاجة إذا كان معدل الكتلة المولية للهواء (29 g/mol) ؟

(16) الجزيئات المكونة لغاز الهيليوم صغير جداً مقارنة بالجزيئات المكونة لغاز ثاني أكسيد الكربون . ماذا يمكن أن تستنتج حول عدد الجزيئات في عينة من غاز ثاني أكسيد الكربون حجمها (2.0 L) مقارنة بعدد الجزيئات في عينة من غاز الهيليوم حجمها (2.0 L) تساوي العينتان في درجة الحرارة والضغط ؟

الدرسـ(2)

(2-6) القوى داخل السائل

(2-6) مراجعة صـ(187) :

(17) عندما يصاب طفل بالحمى في الماضي كان الطبيب يقترح أن يُمسح الطفل بقطعة إسفنج مبللة بالكحول . كيف يمكن أن يُساعد هذا الإجراء ؟

 (18) لمشبك الورق كثافته أكبر من كثافة الماء ، ومع ذلك يمكن أن يطفو على سطح الماء . فما الخطوات التي يجب أن تتبعها لتحقيق ذلك ؟ وضح إجابتك .

 (19) نستخدم في لغتنا العربية مصطلحات ، منها " الشريط اللاصق " و " العمل كمجموعة متماسكة " ، فهل استخدام المفردتين (التلاصق والتماسك) في سياق كلامنا مطابق لمعانيهما في الفيزياء ؟

(20) وضح لماذا يلتصق الكحول بسطح الأنبوب الزجاجي في حين لا يلتصق الزئبق .

(21) كيف تستطيع القول إن مشبك الورق في المسألة (18) لا يطفو ؟

 (22) تجلس فاطمة في يوم حار ورطب في باحة منزلها ، وتحمل كأسا من الماء البارد ، وكان السطح الخارجي للكأس مغطى بطبقة من الماء ، فاعتقدت أختها أن الماء يتسرب من خلال الزجاج من الداخل إلى الخارج . اقترح تجربة يمكن لفاطمة أن تجريها لتوضح لأختها من أين يأتي الماء .

الدرسـ(3)

(3-6) الموائع الساكنة والمتحركة

مسائل تدريبية صـ(189) :

(23) إن كراسي أطباء الأسنان أمثلة على أنظمة الرفع الهيدروليكية . فإذا كان الكرسي يزن (1600 N) ويرتكز على مكبس مساحة مقطعه العرضي (1440 cm2) ، فما مقدار القوة التي يجب أن تؤثر في المكبس الصغير الذي مساحة مقطعه العرضي (72 cm2) لرفع الكرسي ؟

(24) تؤثر آلة بقوة مقدارها (55 N) في مكبس هيدروليكي مساحة مقطعه العرضي (0.015 cm2) ، فترفع سيارة صغيرة . فإذا كانت مساحة المقطع العرضي للمكبس الذي ترتكز عليه السيارة (2.4 m2) ، فما وزن السيارة ؟

(25) يحقق النظام الهيدروليكي الهدف نفسه تقريباً الذي تحققه الرافعة ولعبة الميزان ، وهو مضاعفة القوة . فإذا وقف طفل وزنه (400 N) على أحد المكبسين بحيث يتزن مع طفل آخر وزنه (110 N) يقف على المكبس الثاني ، فما النسبة بين مساحتي مقطعي المكبسين العرضيين ؟

(26) تستخدم في محل صيانة للآلات رافعة هيدروليكية لرفع آلات ثقيلة لصيانتها . ويحتوي نظام الرافعة مكبساً صغيراً مساحة مقطعه العرضي (7.0x10-2 m2) ، ومكبساً كبيراً مساحة مقطعه العرضي (2.1x10-1 m2) ، وقد وضع على المكبس الكبير محرك يزن (2.7x103 N) :

a)      ما مقدار القوة التي يجب أن تؤثر في المكبس الصغير لرفع المحرك ؟

b)      إذا ارتفع المحرك (0.20 m) ، فما المسافة التي تحركها المكبس الصغير ؟

مثالـ(3) صـ(193) :

ينغمر قالب بناء من الجرانيت حجمه (dm3) ، (1.00x10-3 m3) ، في الماء ، فإذا كانت كثافة الجرانيت (2.7x103 kg/m3) فما مقدار :

a)      قوة الطفو المؤثرة في قالب الجرانيت ؟

b)      الوزن الظاهري لقالب الجرانيت ؟

مسائل تدريبية صـ(194) :

(27) إن كثافة القرميد الشائع الاستخدام أكبر (1.8) مرة من كثافة الماء . ما الوزن الظاهري لقالب من القرميد حجمه (0.20 m3) تحت الماء ؟

(28) يطفو سباح في بركة ماء ، بحيث يعلو رأسه قليلاً فوق سطح الماء . فإذا كان وزنه (610 N) فما حجم الجزء المغمور من الجسم ؟

(29) ما مقدار قوة الشد في حبل يحمل كاميرا وزنها (1250 N) مغمورة في الماء ، إذا علمت أن حجم الكاميرا (1.65x10-3 m3) ؟

(30) صنع لوح من الفلين الصناعي كثافته تساوي (0.10) رمة من كثافة الماء تقريباً . ما أكبر وزن من قوالب القرميد تستطيع وضعها على لوح الفلين الصناعي الذي أبعاده (0.10 m)×(1.0 m)×(1.0 m) ، بحيث يطفو اللوح على سطح الماء تماماً , وتبقى قوالب القرميد جافة ؟

 (31) يوجد عادة في الزوارق الصغيرة قوالب من الفلين الصناعي تحت المقاعد ، لتساعدها على الطفو في حال امتلأ الزورق بالماء . ما أقل حجم تقريبي من قوالب الفلين اللازمة ليطفو قارب وزنه (480 N) ؟

 (3-6) مراجعة صـ(197) :

(32) هل تطفو علبة شراب الصودا في الماء أم تغطس فيه ؟ جرب ذلك . وهل يتأثر ذلك بكون الشراب خالياً من السكر أم لا ؟ تحتوي جميع علب شراب الصودا على الحجم نفسه من السائل (354 ml) ، وتزيح الحجم نفسه من الماء ، فما الفرق بين العلبة والتي تغطس والأخرى التي تطفو ؟

 (33) تُزود صنارة الصيد بقطعة فلين تطفو بحيث يكون عشر حجمها تحت سطح الماء . ما كثافة الفلين ؟

 (34) يرتفع منطاد الهيليوم لأن قوة طفو الهواء تحمله ، فإذا كانت كثافة غاز الهيليوم (0.18 kg/m3) وكثافة الهواء (1.3 kg/m3) ، فما حجم منطاد الهيليوم اللازم لرفع قالب من الرصاص وزنه (10 N)؟

(35) صُممت لعبة قاذفة للصواريخ بحيث يدوس الطفل على أسطوانة من المطاط ، مما يزيد من ضغط الهواء في أنبوب القاذف فيدفع صاروخاً خفيفاً من الرغاوي الصناعية في السماء ، فإذا داس الطفل بقوة (150 N) على مكبس مساحته (2.5x10-3 m2) ، فما القوة المنتقلة إلى أنبوب القذف الذي مساحة مقطعه (4.0x10-4 m2) ؟

(36) رُفعت سيارة تزن (2.3x104 N) بوساطة أسطونة هيدروليكية مساحتها (0.15 m2) :

a)      ما مقدار الضغط في الأسطوانة اهيدروليكية ؟

b)      ينتج الضغط في أسطوانة الرفع بوساطة التأثير بقوة في أسطوانة مساحتها (0.0082 m2) ، ما مقدار القوة التي يجب أن تؤثر في هذه الأسطوانة الصغيرة لرفع السيارة ؟

(37) إي مما يلي يزيح ماءً أكثر عندما يوضع في حوض مائي :

a)      قالب ألومنيوم كتلته (1.0 kg) ، أم قالب رصاص كتلته (1.0 kg) ؟

b)      قالب ألومنيوم حجمه (10 cm3) ، أم قالب رصاص حجمه (10 cm3) ؟

(38) اكتشفت في مسألة التدريبية رقم (4) ، أنه عندما يمر إعصار فوق منزل فإن المنزل ينهار أحياناً من الداخل إلى الخارج . فكيف يفسر مبدأ برنولي هذه الظاهرة ؟ وماذا يمكن أن نفعل لتقليل خطر اندفاع الباب أو الشباك إلى الخارج وتحطمه ؟

الدرسـ(4)

(2-6) المواد الصلبة

مثالـ(4) صـ(202) :

قضيب معدني طوله (1.6 m) عند (21o C) ، فإذا وضع هذا القضيب في فرن وسخن عند درجة حرارة (84o C) وقيس طوله فوجد أنه ازداد بمقدار (1.7 mm) ، فما معامل التمدد الطولي للمادة المصنوعة منها القضيب ؟

مسائل تدريبية صـ(203) :

(39) قطعة من الألمنيوم طولها (3.66 m) عند درجة حرارة (28o C) . كم يزداد طول القطعة عندما تصبح درجة حرارتها (39o C) ؟

 (40) قطعة من الفولاذ طولها (11.5 m) عند (22o C) ، فإذا سُخنت حتى أصبحت درجة حرارتها (1221o C) ، وهي قريبة من درجة حرارة انصهارها ، فكم يبلغ طولها بعد التسخين ؟

(41) مُلئ وعاء زجاجي سعته (400 ml) عند درجة حرارة الغرفة بماء بارد درجة حرارته (4.4o C) . ما مقدار الماء المسكوب من الوعاء عندما يسخن الماء إلى (30.0o C) ؟

 (42) مُلئ خزان شاحنة لنقل البنزين سعته (45725 L) بالبنزين لينقله من مدينة الدمام نهاراً حيث كانت درجة الحرارة (38o C) ، إلى مدينة تبوك ليلاً حيث درجة الحرارة (-2.0o C) :

a)      كم لتراً من البنزين سيكون في خزان الشاحنة في تبوك ؟

b)      ماذا حدث للبنزين ؟

 (43) حُفر ثقب نصف قطره (0.85 m) في صفيحة من الفولاذ عند (30.0o C) فكان الثقب يتسع بالضبط لقضيب من الألومنيوم له نصف القطر نفسه . ما مقدار الفراغ بين الصفيحة والقضيب عندما يبردان لدرجة حرارة (0.0o C) ؟

 (44) دُرجت مسطرة من الفولاذ بوحدة الملمترات ، بحيث تكون دقيقة بصورة مطلقة عند (30.0o C) . فما النسبة المئوية التي تمثل عدم دقة المسطرة عند (-30.0o C) ؟

مسألة تحفيز صـ(203) :

تحتاج على صنع قضيب طوله (1.00 m) يتمدد بازدياد الحرارة بالطريقة نفسها التي يتمدد بها قضيب من النحاس طوله (1.00 m).يشترط في القضيب المطلوب أن يكون مصنوعاً من جزأين ، أحدهما من الحديد والآخر من الألومينوم موصولين معاً ، كما يبين الشكل . فكم يجب أن يكون طول كل منهما ؟

(4-6) مراجعة صـ(205) :

(45) إذا ركبت باباً من الألومنيوم في يوم حار على إطار باب من الأسمنت ، وأردت أن يكون الباب محكم الإغلاق تماماً في أيام الشتاء الباردة ، فهل ينبغي أن تجعل الباب محكماً في الإطار أم تترك فراغاً إضافياً ؟

(46) لماذا يعد الشمع مادة صلبة ؟ ولماذا يعد أيضاً سائلاً لزجاً ؟

(47) هل يمكنك تسخين قطعة من النحاس بحيث يتضاعف طولها ؟

(48) هل يزودنا الجدول (2-6) صـ(201) بطريقة للتمييز بين المواد الصلبة والسوائل ؟

(49) يمكن تعريف المادة الصلبة على أنها تلك المادة التي يمكن ثنيها على الرغم من أنها تقاوم الانحناء . فسر كيف ترتبط هذه الخصائص مع ترابط الذرات في المواد الصلبة لكنها لا تنطبق على السوائل ؟

 (50) قُطع من الحلقة الحديدية الصلبة في الشكل صـ(205) قطعة صغيرة . فإذا سُخنت الحلقة التي في الشكل ، فهل تصبح الفجوة أكبر أم أصغر ؟ وضح إجابتك .

خريطة المفاهيم صـ(210) :

أكمل خريطة المفاهيم أدناه مستخدماً المصطلحات التالية : الكثافة ، اللزوجة ، المرونة ، الضغط .

(ويمكن استخدام المفهوم الواحد أكثر من مرة)

اختبار مقنن صـ(217) :

 (1) غاز حجمه (10.0 L) محصور في أسطوانة قابلة للتمدد ، فإذا تضاعف الضغط ثلاث مرات وازدادت درجة الحرارة (80.0 %) عند قياسها بمقياس كلفن ، فما الحجم الجديد للغاز ؟

 (2) حجم عينة من غاز النيتروجين يساوي (0.080 m3) عند ضغط جوي معياري (101.3 kPa) ، فإذا كان يوجد (3.6 mol) من الغاز ، فما مقدار درجة الحرارة ؟

(3) يؤثر عامل بقوة مقدارها (200.0 N) في مكبس مساحته (5.4 cm2) ، فإذا كان هذا المكبس هو المكبس الأول لرافعة هيدروليكية ، كما هو موضح في الرسم صـ(217) ، فما مقدار الضغط المؤثر في المائع الهيدروليكي ؟

 (4) إذا كان المكبس الثاني في الرسم أعلاه يؤثر بقوة مقدارها (41000 N) ، فما مساحة المكبس الثاني ؟

(5) ما مقدار الوزن الظاهري لنموذج مصنوع من خشب خاص كثافته (1.10 g/cm2) ، إذا أزاح (786 mL) ماء ، عندما غُمر في بحيرة من الماء العذب ؟

 (6) ما مقدار قوة الطفو لجسم كتلته (17 kg) إذا أزاح (85 L) من الماء ؟

 (7) أي الأجسام الآتية لا يحتوي على مادة في حالة البلازما ؟

(إضاءة النيون – النجوم – البرق – المصابيح العادية)

 (8) ما كتلة عينة من غاز ثاني أكسيد الكربون حجمها (365 mL) عند (3.0) ضغط جوي (1 atm = 101.3 kPa) ودرجة حرارة (24o C) ، إذا علمت أن الكتلة المولية لثاني أكسيد الكربون (44.0 g/mol) ؟

(9) بالون مملوء بالهواء حجمه (125 mL) عند ضغط جوي معياري (101.3 kPa) . فإذا رسا المنطاد على عمق (127 m) تحت سطح الماء في بركة سباحة ، كما في الشكل صـ(217) ، فما الحجم الجديد للمنطاد ؟