مراجعة الميكانيك للسنة الرابعة متوسط: القوى وتصنيفها وتمثيلها وتوازن جسم خاضع لقوتين

يشكل الميكانيك أكبر وحدة في الفصل الثالث من فيزياء السنة الرابعة متوسط، وهو الذي يحسم الكثير من علامات شهادة التعليم المتوسط. وأسئلته غالبا ما تأتي في مثال واحد متكرر: جسم معلق بخيط أو جسم موضوع على طاولة أو جسم على سطح مائل، ويطلب منك: ذكر القوى المؤثرة ورمزها ونوعها، ثم تمثيلها، ثم استنتاج التوازن. وهذه الأسئلة المركبة تسهل متى اتبعت منهجا ثابتا بخطوات محددة. تعرض الصفحة المراجعة الشاملة لهذه الدروس بنفس منطق الامتحان.

أولا: مفهوم القوة

القوة مقدار فيزيائي يعبر عن فعل جسم على جسم آخر، يغير حركته أو شكله أو يحافظ على توازنه.

أمثلة: دفع باب، شد حبل، سقوط حجر نحو الأرض، تمدد نابض.

وتقاس القوة بـالنيوتن ⁦N⁩، وبجهاز الربيعة (الدينامومتر).

ثانيا: القوى المؤثرة على جسم

الخطوات المنهجية

1. حدد الجملة المدروسة (الجسم الذي ندرسه).
2. اجرد الأجسام التي تؤثر عليه (الأرض، الخيط، الطاولة، المحيط...).
3. اكتب القوة الناتجة عن كل جسم مع رمزها.
4. صنف كل قوة.

مثال: جسم معلق بخيط

الجملة المدروسة: الجسم ⁦S⁩.

ثالثا: تصنيف القوى

حسب طريقة التأثير

القوى التلامسية: موضعية وموزعة

وفي الامتحان: قوة شد الخيط تلامسية موضعية، وفعل الطاولة تلامسية موزعة، والثقل عن بعد موزعة (يؤثر على كل جزء من الجسم).

رابعا: خصائص القوة وتمثيلها

للقوة أربع خصائص:

التمثيل

نمثل القوة بـشعاع (سهم) أصله نقطة التأثير، وحامله حامل القوة، وطوله يتناسب مع الشدة بحسب سلم.

مثال: لتمثيل قوة شدتها ⁦20 N⁩ بسلم ⁦1 cm⁩ لكل ⁦10 N⁩ نرسم سهما طوله ⁦2 cm⁩.

خامسا: الثقل

الثقل هو قوة جذب الأرض للجسم، يقاس بالنيوتن، ويرمز له ⁦P⁩.

خصائص الثقل

• نقطة التأثير: مركز ثقل الجسم.
• الحامل: الشاقول (عمودي على الأفق).
• المنحى: نحو الأسفل (مركز الأرض).
• الشدة: ⁦P = m × g⁩ حيث ⁦g ≈ 10 N/kg⁩ (أو ⁦9.8⁩).

الثقل والكتلة

مثال: جسم كتلته ⁦3 kg⁩ ثقله على الأرض ⁦P = 3 × 10 = 30 N⁩. وعلى القمر (g تقريبا 1.6) ثقله ⁦4.8 N⁩، أما كتلته فتبقى ⁦3 kg⁩.

سادسا: توازن جسم خاضع لقوتين

الشرط

يكون الجسم متوازنا (ساكنا) تحت تأثير قوتين فقط إذا تحققت ثلاثة شروط: 1. لهما الحامل نفسه. 2. متعاكستان في المنحى. 3. متساويتان في الشدة.

تطبيق: الجسم المعلق

جسم معلق بخيط ساكن: قوة شد الخيط ⁦T⁩ والثقل ⁦P⁩ متساويتان في الشدة ومتعاكستان على الشاقول. ولذلك ⁦T = P⁩.

مثال محلول: جسم كتلته ⁦0.5 kg⁩ معلق بخيط ويتوازن. احسب شدة قوة شد الخيط.

• ⁦P = m × g = 0.5 × 10 = 5 N⁩.
• في التوازن ⁦T = P = 5 N⁩.

تطبيق: جسم على سطح أفقي

كتاب على طاولة: الثقل ⁦P⁩ وفعل الطاولة ⁦R⁩ (عمودي على السطح): ⁦R = P⁩.

الاحتكاك

يوجد على سطح خشن قوة احتكاك ⁦f⁩ تعاكس الحركة أو محاولة الحركة. وإذا دفعنا كتابا فلم يتحرك فقوة الاحتكاك تساوي قوة الدفع عددا وتعاكسها اتجاها.

سابعا: مبدأ العطالة

إذا كان جسم ساكنا أو متحركا حركة مستقيمة منتظمة فإن القوى المؤثرة عليه متوازنة (مجموعها معدوم)، والعكس صحيح.

ومعناه أن الجسم يحافظ على حالته الحركية ما لم تؤثر عليه قوة غير متوازنة. وهذا ما نلاحظه حين يتوقف الحافلة فجأة فنندفع للأمام.

ثامنا: مسألة نموذجية كاملة

المعطيات: جسم ⁦S⁩ كتلته ⁦200 g⁩ معلق بخيط في سقف غرفة، ساكن. ⁦g = 10 N/kg⁩.

المطلوب:

1. حدد القوى المؤثرة وأعط رمزها ونوعها.
2. احسب شدة الثقل.
3. مثل القوى بسلم ⁦1 cm⁩ لكل ⁦1 N⁩.

الحل:

1. الثقل ⁦P⁩ (عن بعد)، وقوة شد الخيط ⁦T⁩ (تلامسية موضعية).
2. ⁦m = 200 g = 0.2 kg⁩ ← ⁦P = 0.2 × 10 = 2 N⁩.
3. بما أن الجسم ساكن فالقوتان متوازنتان: ⁦T = P = 2 N⁩. نمثل ⁦P⁩ بسهم طوله ⁦2 cm⁩ نحو الأسفل و⁦T⁩ بسهم طوله ⁦2 cm⁩ نحو الأعلى، أصلاهما على الجسم.

أخطاء شائعة

• نسيان تحويل الكتلة من الغرام إلى الكيلوغرام.
• كتابة وحدة الثقل بالكيلوغرام.
• اعتبار الثقل قوة تلامسية.
• تمثيل القوتين بطولين مختلفين في حالة التوازن.
• نسيان تحديد الجملة المدروسة.

نصائح

• اتبع المنهج: الجملة، القوى، الرمز، النوع، الشدة، التمثيل.
• استعمل مسطرة وسلما واضحا.
• اكتب القانون قبل العدد: ⁦P = m × g⁩.

الشرح المصوّر

لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، يقدم الأستاذ زوطات يونس في فيديو «كل دروس الفصل الثالث: مراجعة الدقيقة 90، فيزياء 4 متوسط (BEM)» هذه المراجعة الشاملة لدروس الميكانيك.