الحركه

الدرس الأول

الحركة

أنظر وأتساءل

هل تُظهر هذه الصورة حركة الكرة بالحركة البطيئة؟ ويمكن الإجابة بنعم. يساعد الضوء الوامض على تسجيل حركة الأجسام في فترة زمنية. كيف أقيس سرعة كرة المضرب وهي تتحرك؟

أستكشف

كيف أقيس السرعة؟

أكون فرضية

هل تعتمد سرعة الجسم على المسافة التي يقطعها؟ أكتب جوابي في صورة فرضية كالآتي:
"إذا زادت المسافة التي تقطعها الكرة، فإن ............"

أحتاج إلى:

بطاقة ورق مقوى
شريط لاصق
مسطرة مترية
كرة صغيرة
ساعة إيقاف

أختبر فرضيتي

• أطوي الورقة المقواة كما في الشكل المجاور، لأصنع منها سطحًا مائلًا، وأثبته فوق سطح آخر مستو طويل وأملس.

• أضع علامة عند بداية السطح المائل لتشير إلى نقطة البداية، وعلامة أخرى على بعد 1 متر منها لتمثل نقطة النهاية. والمسافة بين النقطتين متغير مستقل.

• أضع الكرة عند أعلى السطح المائل، ثم أتركها لتتدحرج، وأقيس الزمن الذي تستغرقه للوصول إلى نقطة النهاية.

• أكرر الخطوة الثالثة أكثر من مرة مع تغيير نقطة النهاية في كل مرة لتصبح على بعد 2 متر، و3 أمتار.

أستخلص النتائج

• أستخدم الأرقام. أقسم في كل مرة المسافة المقطوعة على الزمن المسجل. والقيمة التي أحصل عليها هي متوسط سرعة الكرة الواحدة.

• أتواصل. هل حصلت على القيمة نفسها في كل مرة؟ أكتب تقريرًا أصف فيه حركة الكرة الصغيرة.

أستكشف أكثر

ماذا يحدث لسرعة الكرة إذا سلكت مسارًا منحنيًا؟ هل تصبح سرعتها أكبر من سرعتها في مسار مستقيم، أم أقل؟ أكتب فرضية، وأصمم تجربة لاختبار ذلك.

أقرأ وأتعلم

السؤال الأساسي

كيف تقيس الحركة؟

المفردات

الموقع
الحركة
الإطار المرجعي
السرعة
السرعة المتجهة
التسارع

مهارة القراءة

الفكرة الرئيسية والتفاصيل

الفكرة الرئيسية | التفاصيل

ما الحركة؟

أين أنا؟ هل أنا في ساحة المدرسة أو في غرفة الصف؟ وأين أجلس في غرفة الصف: عن يمين الباب أم عن يساره؟ للإجابة عن هذه الأسئلة لا بد من معرفة المقصود بالموقع. الموقع هو المكان الذي يوجد فيه الجسم، ويمثل حركة الجسم.

ويمكن تحديد موقع الجسم باستعمال نقطة مرجعية، أو مجموعة من النقاط المرجعية تسمى الشبكة الإحداثية. وتصف هذه الشبكة موقع الجسم باستعمال نقاط على محور أو محاور، وعندما يتغير جسم موقعه يمكن وصف مسار هذا الموقع الأول إلى الثاني أثناء زمن معين، ويسمى تغير الموقع المحدد الذي وصل إليه. والحركة تغير في موقع الجسم مع الزمن. توصف الحركة بتحديد المسافة والاتجاه، وتقاس من نقطة البداية إلى نقطة النهاية بأدوات قياس المسافة، ومنها المسطرة والشريط المتري، ووحدة القياس هي المتر. وتحدد الاتجاه بالكلمات، منها: شمال وجنوب وأمام وخلف وأعلى وأسفل. كما يمكن استعمال البوصلة أو المنقلة لتحديد، ويقاس الاتجاه بوحدة الدرجة.

تغير الموقع على الشبكة

أقرأ الشكل

أي سيارة ستغير موضعها أكثر؟
إرشاد: أقارن بين طول السهمين.

الإطار المرجعي

أستخدم في حياتي اليومية عبارات مختلفة لوصف موقعي أو مكان سكني. افترض أن زميلي أخبرني أنه يقف عن اليسار، فهل لي أن أعرف أين يقف؟ لا بد أن أسأله عن يسار ماذا؟ يصبح كل من الحركة والموقع محسوسًا إذا عرف معنى عندما يكون هناك نقطة معلومة تقيس بها تحديد الجسم بالنسبة إليها، تسمى إطارًا مرجعيًّا. والإطار المرجعي هو مجموعة أجسام تمكنني من قياس الحركة أو تحديد الموقع بالنسبة إليها. إن غرفة الصف والأجسام التي فيها مثال جيد على الإطار المرجعي.

فإذا أخبرني زميلي أنه تحرك مسافة مترين إلى الشمال من مقعده، فإني أستطيع تحديد موقعه.

إن معظم الأشياء تصلح غالبًا أن تكون إطارًا مرجعيًّا، ومن ذلك ملعب كرة القدم وساحة المدرسة والنظام الشمسي. وقد يكون الإطار المرجعي مجموعة من النقاط تمثل معًا شبكة إحداثيات تمكنني من وصف الحركة والموقع بسهولة ودقة. ومثال ذلك توجد في الخرائط شبكة من المربعات لتسهيل تحديد المواقع عليها.

هل يكون الإطار المرجعي ثابتًا دائمًا؟

إذا نظرت إلى أشخاص يستقلون معي سيارة متحركة فسوف أراهم ثابتين رغم أنهم يتحركون معي؛ لأن الإطار المرجعي في هذه الحالة يتحرك بالسرعة نفسها التي تتحرك بها السيارة، لكن الأمر يختلف إذا نظرت إلى الطريق في أثناء حركة السيارة؛ إذ أرى الأشياء تتحرك بسرعة، ورغم أنها في الحقيقة ثابتة. وكذلك الأمر بالنسبة إذا نظر إلي شخص خارج السيارة فإنه يراني أتحرك بالسرعة نفسها التي تتحرك بها السيارة.

إذا كانت السيارة المتحركة هي الإطار المرجعي فسوف تبدو الأشياء خارجها كأنها تتحرك بسرعة.

إذا كان الطريق هو الإطار المرجعي فإن السيارة هي التي تتحرك بسرعة.

أختبر نفسي

الفكرة الرئيسية والتفاصيل. كيف أقيس المسافة التي قطعها جسم متحرك؟

التفكير الناقد. كيف يمكن أن أتحرك بالنسبة إلى إطار مرجعي، ولا أتحرك بالنسبة إلى إطار آخر؟

ما السرعة؟

أتخيل نفسي وقد وقفت على خط البداية في سباق 100 متر، وهدفي الوصول إلى نقطة النهاية في أقل زمن ممكن، والأسرع في السباق من يقطع مسافة 100 متر في أقل زمن. مقدار السرعة في موقع الجسم بالنسبة إلى إطار مرجعي هو السرعة. مقدار التغير في موقع الجسم «المسافة» مقسومًا على الزمن. ولحساب سرعة الجسم تقسم المسافة المقطوعة على الزمن المستغرق. ووحدة قياس السرعة هي وحدة المسافة لكل وحدة زمن؛ مثل: متر لكل ثانية «م/ث»، كيلومتر لكل ساعة «كم/س».

يمكن لجسم متحرك أن يغير من سرعته؛ فالعداء في المسافات الطويلة سباق 5000 م مثلًا يبدأ بسرعة كبيرة، ثم يخفف من سرعته في منتصف السباق، وفي نهاية السباق يزيد سرعته كثيرًا.

في هذه الحالة نحسب متوسط سرعة العداء في أثناء السباق كاملًا؛ وذلك بقسمة المسافة الكلية المقطوعة على الزمن الكلي الذي استغرقه في قطع المسافة. فمثلًا في سباقات المسافات القصيرة مثل سباق 100 م يبلغ متوسط سرعة أسرع عداء حوالي 10 م/ث. وفي سباقات المسافات الطويلة مثل سباق 5000 م يبلغ متوسط سرعة أسرع عداء حوالي 5 م/ث.

حساب السرعة

البيانات: المسافة = 100 م، الزمن = 10 ث

السرعة = المسافة ÷ الزمن

السرعة = 100 م ÷ 10 ث

= 10 م/ث

أقصى سرعة لهذه الحيوانات للمسافات القصيرة

النسر 43 م/ث
الزرافة 14 م/ث
النحلة 9 م/ث
الحصان 21 م/ث
السلحفاة 0,1 م/ث
الدولفين 12 م/ث
الفهد 30 م/ث

نشاط

سرعة الركض

• نعمل معًا في مجموعات، بحيث يكون بيننا خطا بداية ونهاية، ويجب أن يقيس طالب زمنًا، وطالب يقيس المسافة.

• أقيس. عند سماع «انطلق» يبدأ العداء الركض، وفي اللحظة نفسها يبدأ ضبط ساعة الإيقاف لقياس الزمن. عند النقطة نهاية، يقيس مع زميله المسافة المقطوعة. نكرر العملية أربع أو خمس مرات.

• أعيد العملية مرة أخرى مصحوبة بتبادل الأدوار بين الطلاب.

• أمثل القراءات بيانيًّا، بحيث تكون المسافة على المحور العمودي، والزمن على المحور الأفقي.

• أفسر البيانات. هل يقطع الجسم مسافات متساوية في فترات زمنية متساوية؟ ولماذا؟

السرعة المتجهة

أتخيل نفسي قائد طائرة، وأردت إخبار المسافرين بمعلومات عن الرحلة. يلزمتي عدة معلومات، منها معرفة سرعة الطائرة والمسافة التي ستقطعها للوصول إلى هدفي؛ وذلك لمعرفة الزمن الذي تستغرقه رحلتي. كما يجب أن أعرف الاتجاه الذي ستطير فيه؛ لأن كلًّا من السرعة والاتجاه مهمان لوصف حركة الجسم واتجاه حركته. السرعة المتجهة تشير إلى مقدار سرعة الجسم واتجاه حركته. وعلى قائد الطائرة أن يعرف السرعة المتجهة للطائرة في أثناء رحلته.

السرعة المتجهة لطائرة

أقرأ الشكل

تبعد مدينة جدة عن الرياض 950 كم. ما السرعة المتجهة اللازمة للطائرة للوصول من جدة إلى الرياض خلال ساعتين؟
إرشاد: أقسم المسافة على الزمن وأحدد الاتجاه.

أختبر نفسي

الفكرة الرئيسية والتفاصيل. إذا كنت قائدًا لطائرة، فهل يكفي أن أعرف مقدار سرعة الطائرة؟

التفكير الناقد. إذا افترضت أن الزمن الذي تستغرقه الطائرة في رحلتها من الدمام إلى جدة هو الزمن نفسه الذي تستغرقه رحلة العودة من جدة إلى الدمام، هل السرعة المتجهة للطائرة متساوية في الرحلتين؟ أفسر إجابتي.

ما التسارع؟

إذا انطلقت سيارة من حالة السكون، واستغرقت 5 ثوان للوصول إلى سرعة 100 م/ث، فإنها تكون قد بدأت في التسارع مع مرور الزمن لتصل إلى سرعة 100 م/ث.

يقصد بالتسارع التغير في سرعة الجسم أو اتجاه حركته أو كليهما في وحدة الزمن؛ أي أن السيارة في الثانية الواحدة اكتسبت سرعة 20 م/ث، أو أصبحت سرعتها بعد 5 ثوان 100 م/ث. عندما تبدأ السيارة التوقف تأخذ سرعتها في التناقص التدريجي لتصل إلى السكون في زمن معين، فإذا احتاجت السيارة إلى 5 ثوان لتقف تمامًا فعندئذ نقول إن السيارة تباطأت سرعتها في الثانية الواحدة بمعدل 20 م/ث.

تغيير الاتجاه

يعتقد الكثير من الناس أن الجسم يكتسب تسارعًا فقط في أثناء زيادة أو تناقص مقدار سرعة الجسم، إلا أن الجسم قد يتسارع وهو يتحرك بسرعة ثابتة. فعلى سبيل المثال، عندما تتحرك سيارة بسرعة ثابتة، ثم تغير اتجاه حركتها على منحنى الطريق يحدث تغير في موقع سرعتها، فإن حركة الجسم دون أن تتغير سرعته المتجهة، كيف يكتسب تسارعًا؟ عندما يقوم المتزلجون بدراجاتهم في مسار دائري، فإنهم يكتسبون تسارعًا، فعندما تبدأ الحركة تزداد السرعة من الصفر، وهذا التغير في مقدار السرعة يكسب الدراجة تسارعًا. وعندما يغير الدرّاج اتجاه حركته دون تغير سرعته فإنه يتسارع بسبب تغير اتجاه حركته.

التسارع

يمثل الرسم البياني التغير في سرعة سيارة تسير بخط مستقيم. ما تسارع السيارة في الفترة بين الثانية 40 والثانية 120؟
إرشاد: هل تغيرت سرعة السيارة في أثناء الفترة المشار إليها في السؤال؟

أختبر نفسي

الفكرة الرئيسية والتفاصيل. تنطلق سيارة من السكون، وتكسب كل ثانية واحدة سرعة مقدارها 5 م/ث. كم تبلغ سرعتها بعد مرور 4 ثوان؟

التفكير الناقد. كيف يمكن تغيير تسارع جسم يتحرك دون تغيير سرعته؟

مراجعة الدرس

ملخص مصور

الحركة تغير موقع الجسم بمرور الزمن.

السرعة المسافة التي يتحركها الجسم في زمن معين.

التسارع التغير في سرعة الجسم أو اتجاه حركته أو كليهما في وحدة الزمن.

المطويات

أنظم أفكاري

أعمل مطوية ألخص فيها ما تعلمته عن الموضوعات التالية:

الحركة هي ....
السرعة هي ....
التسارع هو ....

أفكر وأتحدث وأكتب

• المفردات. حاصل قسمة التغير في المسافة على الزمن يسمى ................

• الفكرة الرئيسية والتفاصيل. كيف يمكن لجسم أن يتسارع مع بقاء سرعته ثابتة؟

• التفكير الناقد. تدور الأرض حول محورها بمعدل 1600 كم/س. كيف يمكنك التحرك بسرعة كبيرة دون أن تشعر بذلك؟

• أختار الإجابة الصحيحة. وحدة السرعة هي:

أ. م
ب. م/ث
ج. كم
د. كم/س²

• أختار الإجابة الصحيحة. ماذا تحدد السرعة المتجهة؟

أ. السرعة والكتلة
ب. السرعة والحجم
ج. الكتلة والاتجاه
د. السرعة والاتجاه

• السؤال الأساسي. كيف تقيس الحركة؟

العلوم والرياضيات

التوقف بأمان

يقود طفل دراجة بسرعة 5 م/ث في أثناء اقترابه من شارع مزدحم. ما مقدار التباطؤ الذي يجب أن يؤثر في الطفل في الدراجة لتتوقف بعد ثانيتين؟

العلوم والمجتمع

التحقيق في الحوادث

إذا وقع حادث على الطريق فكيف يمكن جمع معلومات عن سرعة السيارة التي سببت الحادث، وتسارعها، لمعرفة كيف وقع الحادث؟