المجــال: ميكانيك
الوحـدة 1: القوة والحركات المستقيمة
النشــاط: دراســة نـص علمـي حول تحول مفهوم القوة عبر التاريخ
ظهور التصوّر الميكانيكي
إن طريقة ”الاستدلال المبنية على الحدس“ كانت غير صائبة، ما جعلها تؤدي إلى تصورات خاطئة عن مفهوم الحركة؛ ومع ذلك، دامت عدة قرون. ولربّما سمعة ومكانة أرسطو آنذاك في كامل أوروبا كانت السبب الرئيسي في التمسك بالفكرة الحدسية في تفسير الظواهر الطبيعية. ففي قراءات "الميكانيك" المسندة لآرستو نجد:
" إن الجسم المتحرك يتوقف عندما تتوقف القوة المؤثرة عليه عن دفعه"
إن اكتشاف وتوظيف الاستدلال العلمي من طرف غاليلي في تفسير الحركات، يعدّ من أكبر المكتسبات في تاريخ الفكر الإنساني ويمثل منطلقا حقيقيا للفيزياء. لقد بيّن لنا هذا الاكتشاف بأنه لا يمكن أن نثق في الاستنتاجات الحدسية المؤسّسة
على الملاحظة الآنية لأنها تؤدي أحيانا إلى مسالك مضلّلة.
ولكن كيف يكون الحدس مضلّلا؟ هل من الخطأ القول بأنّ عربة مجرورة بواسطة أربعة أحصنة تسير بسرعة أكبر من سرعة عربة مجرورة بحصانين فقط؟
لنتفحّص بدقة الوقائع الأساسية للحركة انطلاقا من تجارب يومية مألوفة للإنسانية منذ بداية الحضارة ومكتسبة خلال الكفاح الصعب من أجل الحياة.
لنعتبر رجلا يدفع على طريق أملس، عربة ثمّ يكفّ فجأة عن الدفع: ستواصل العربة حركتها على مسافة معيّنة قبل التوقف. لنتساءل: كيف يمكن تمديد هذه المسافة؟ يمكن الحصول على ذلك بعدة طرق منها تشحيم العجلات مثلا، أو جعل الطريق أملسا أكثر. كلّما دارت العجلات بسهولة وكلّما كان الطريق أملسا أكثر، كلّما واصلت العربة حركتها. ماذا أنتجنا بالتشحيم وبالتمليس؟ بكلّ بساطة: لقد نقصت التأثيرات الخارجية. لقد قلّص من تأثير ما يسمّى بالاحتكاكات على مستوى العجلات والطريق؛ ويُعدّ هذا تفسيرا نظريا لفعل واقعي لكنه في الحقيقة ما هو إلاّ تفسير اعتباطي. تخيّل الآن طريقا أملسا بصفة مثالية وعجلات بدون أي احتكاك، ففي هذه الحالة، لا يوجد أيّ عائق لحركة العربة التي لن تتوقف. لقد تحصّلنا على هذه النتيجة فقط بتخيّل تجربة في ظروف مثالية والتي في الواقع يستحيل تجسيدها لأنه من غير الممكن إزالة كل التأثيرات الخارجية. إن التجربة المثالية تبرز بوضوح نقائص الفكرة الأساسية التي كانت معتمدة في ميكانيك الحركة.
عند مقارنة الطريقتين للإحاطة بالمشكل، يمكن القول: إن التصوّر الحدسي يّعلمنا بأن كلما كان الفعل(التأثير) كبيرا، كلما ازدادت السرعة. هكذا، السرعة هي التي تُعلم بأن قوى خارجية تؤثّر أو لا على جسم.
إن المؤشّر الجديد الذي أتى به غاليلي هو: إذا لم يكن جسم مدفوعا أو مجرورا أو خاضعا لأي تأثير، وباختصار، إذا لم تؤثّر أي قوة خارجية على جسم، سيتحرك بصفة منتظمة، أي بالسرعة نفسها على طول خط مستقيم. يتضح إذن بأن
السرعة لا تبيّن إن كان هناك قوى خارجية أم لا تؤثر على الجسم. إنّ هذه النتيجة الصحيحة التي توصّل إليها غاليلي، صيغت بعد فترة، من طرف العالم نيوتن على شكل "مبدأ العطالة" ويعدّ هذا أول قانون فيزيائي تعودنا على حفظه، ولا زال البعض منا يتذكره:" يحافظ كل جسم على سكونه أو حركته المستقيمة المنتظمة إذا لم تتدخل قوة لتغيير حالته الحركية".
بتصرف عن كتاب " تطوّر الأفكار في الفيزياء"
ألبير أينشتين و ليوبولد إنفلد مبدأ العطالة
نص مبدأ العطالة:
" في معلم سطح الأرض يحافظ كل جسم على سكونه أو حركته المستقيمة المنتظمة إذا لم تتدخل قوة لتغيير حالته الحركية وعليـــه:
• كل جسم ساكن أو يتحرك بحركة مستقيمة منتظمة لا يخضع لقوة
• كل جسم يتحرك بحركة مستقيمة غير منتظمة يخضع حتما لقوة
• كل جسم يتحرك بحركة غير مستقيمة يخضع حتما لقوة
النشاط: دراسة حركة "
نسبيــة حركة:
لا يمكن الكلام عن الحركة والسكون إلا إذا نسبناهما إلى مرجع (معلم) معين، فهوما مفهومان نسبيان.
أي: نقول عن جسم انه في حالة حركة إذا تغير من موضعه بالنسبة لجسم آخر نختاره كمرجعن والمعالم المدروسة تكون أرضية وهي على ثلاثة أنواع:
1/ معالم خطية : تستعمل لدراسة الحركات المستقيمة (الشكل 1)
2/ معالم مستوية : تستعمل لدراسة الحركات المنحنية التي تتم في مستوى معين كالحركات الدائرية (الشكل2).
3/ معالم فضائية : تستعمل لدراسة الحركات المنحنية الفضائية, أي التي تتم في أكثر من مستوى واحد, كالطيران المتذبذب لفراشة أو نحلة من إلى أخرى (الشكل3).
الشكل1 الشكل2 الشكل3
النقطة المتحركة:
لتبسيط دراســة جسـم نختـار نقطـة منـه نسميهــا النقطة المتحركة وندرس حركتها بدل دراسة كل الجسم.
اللحظة الزمنية: هي القيمة الآنية للزمن وحدتها الثانية (s).
الفترة الزمنية: هي الفاصل الزمن بين لحظتين زمنيتين مختلفتين ووحدتها (s) حيث:
: الفترة الزمنية، : اللحظة الزمنية النهائية، : اللحظة الزمنية الابتدائية.
مميزات الحركة: لدراسة حركة نقطة متحركة في مرجع ما ينبغي معرفة المميزات التالية:
المســار:
هو مجمـوعة الأوضـاع المتتالية التي يشغلهـا المتحرك خلال حركته حيث.
* إذا كان مسار مستقيما , نقول أن الحركة مستقيمة
* إذا كان مسار دائريـا , نقول أن الحركة دائرية
* إذا كان مسار منحنيـا , نقول أن الحركة منحنية
السـرعة:
وهي نوعيــن :
1. السرعة المتوسط Vm: تحسب السرعة المتوسطة لنقطة M من متحرك مسارها معلوم بين لحظتين t1 ، t2 بالعلاقة:
حيث:
d: المسافة المتطوعة وتقدر بـ: m
Δ t : الزمــن اللازم ويقـدر بـ:s
Vm : السرعة المتوسطة وتقدر بـ: m/s أو m.s-1
2. السرعة اللحظيـة :
تسمى السرعة اللحظية سرعة المتحرك في كل لحظة خلال الحركة, وبواسطتها نستطيع تحديد طبيعة حركة المتحرك. فإذا كانت قيمة الســـرعة اللحظية:
* ثابتة: نقول أن الحــركة منتظمة.
* متزايدة: نقول أن الحركة متسارعة.
* متناقصة: نقول أن الحركة متباطئة.
ملاحظة: إذا كان المجال الزمني Δ tقصيرا جدا. أي أن يقترب من الصفر فإن النقطتين M1 و M2 ستنطبقان على النقطة M في منتصف المجال الزمني Δ t . ويصبح شعاع السرعة اللحظية منطبقا تماما على شعاع السرعة المتوسطة في هذه النقطة، إذن نكتب:
كيف ندرس حركة؟
لدراسة حركة الأجسام نحتاج إلى تعيين المواضع المتتالية التي يشغلها المتحرك أثناء حركته، واللحظات الموافقة لتلك المواضع، من هذه الوسائل الحديثة التي نعتمدها: * التصوير المتعاقب , * شـريط الفيديـو
تحليل تسجيلات الحركات المستقيمة:
1/ الحركة المستقيمة المنتظمة: يتم فيها قطع مسافات متساوية خلال فترات زمنية متساوية كما هو موضح في الشكل أدناه
2/ الحركة المستقيمة المتسارعة: تتزايد المسافات المقطوعة خلال فترات زمنية متساوية كما هو موضح في الشكل أدناه
3/ الحركة المستقيمة المتباطئة: تتناقص المسافات المقطوعة خلال فترات زمنية متساوية كما هو موضح في الشكل أدناه
شعاع السرعة اللحظية V:
تتميز حركة نقطة متحركة عند اللحظة t في موضع M بما يلي:
* منحى الحركة (المسار) ، * اتجاه الحركة ، * قيمة السرعة.
هذه المميزات الثلاثة تؤدي إلى تعريف شعاع يميز الحركة يدعى بشعاع السرعة اللحظية:
خصائصه:
- بدايته : موضع المتحرك في اللحظة المعتبرة .
- حامله : الخط المماس للمسار في الموضع المعتبر .
- جهتـه: جهة الحركة في اللحظة المعتبرة .
- طويلته: قيمة السرعة اللحظية في اللحظة المعتبرة .
A. كيف يمثل شعاع السرعة اللحظية؟
1. تمثيل شعاع السرعة اللحظية في الحركة المستقيمة:
لتمثيل شعاع السرعة اللحظية تتبع الخطوات التالية :
* بما أن الحـركة مستقيمـة يكون الممــاس محمولا على المسار .
* نمثل السرعة اللحظية بسهم منطبق على المسار مبدؤه النقطة المعتبرة وجهته جهة الحركة وطوله يكون باختيار سلم لتمثيل السرعات .
مثـــال:
لدينـا التمثـيل التـالي حيـث السـرعة اللحـظيـة عند M6 هي V6 = 20m / s باختيـار السلـم: 1cm 10m / s
أي أن طول الشعاع V6 هو:2cm
2. تمثيل شعاع السرعة اللحظية في الحركة المنحنية:
لتمثيل شعاع السرعة اللحظية تتبع الخطوات التالية :
* نرسم بخط متقطع المماس للمسار عند النقطة المعتبرة
* نختار سلم لتمثيل السرعات
* نمثل السرعة اللحظية بسهم منطبق على خط المماس مبدؤه النقطة المعتبرة , جهته الحركة وطوله يكون حسب السلم المختار
B. حساب السرعة اللحظية :
لحسـاب الســرعة اللحظيـة عمليا فـي أي مـوضع مـن المواضع المعددة على التسجيل نتبع الخطوات التالية:
* نأخذ موضعين مجاورين لموضع النقطة المعتبرة حيث تشغل هذه الأخيرة الموضع الموافق لمنتصف المجال الزمني t ∆ الذي يفصل هذين الموضعين حيث t =2τ ∆
* نقيس المسافة d التي تفصل الموضعين المختارين .
* نحسب السرعة المتوسطة t∆ Vm =d / ونعتبرها قيمة السرعة اللحظية في الموضع المعتبر .
مثــال:
لدينا تسجيــلا لحـركة جسم كيفيـة حيث المجــال الزمني τ = 0.02s وسلم المسافات .
1cm على التسجيل 10cm في الحقيقة
• حساب السرعة اللحظية V2:
* نأخذ الموضعين المجاورين لـM2 وهما M3 , M1 .
* نقيـــس المســـافة بـــين M3 , M1 و هي d = M1M3 = 2.4 cm تصبح هـذه المسافة باعتبار
السلـم d = M1M3 = 24 cm .
* نحـدد المـجـال الزمنـي الفاصـل بيـن M3 , M1 وهـــو = 0.04 s t =2τ∆
* نحسـب السـرعة المتوسطـة بيـن M3 , M1 ونـرمز لـها بـالرمزVm = V13 .
= 24/0.04 =600cm /s = 6 m /s =d/2τ V13
• نعتبر السرعة المتوسطـة V13 تسـاوي قيمة السرعة اللحظية V2 ونكتب : 6 m/s = V13 =V2
كيف نحدد ونمثل شعاع تغير السرعة في موضع معين ؟
لدراسة تطور شعاع السرعة اللحظية V خلال الحركة نعرف مفهوما جديدا هو شعاع تغيير السرعة ونرمز له بالرمز∆V.
• كيف نحدد الشعاع V ∆؟
لتحديد شعاع تغبر السرعة V∆ عمليا نستعين بالتسجيل ونتبع الخطوات التالية :
- نعين الموضع الذي نريد تحديد الشعاع V∆ وليكن في مثالنا هذا M4
- نمثل شعاعي السرعة اللحظية V3 ، V5 في الموضعين M3 ، M5 المجاورين للموضع M4 .
- نعتبر أن شعاع تغير السرعة V∆ في الموضع M4 يساوي الفرق بين الشعاعين V3 ، V5 أي
V3 - V5 = V4∆
• كيف نمثل الشعاع V∆؟ :
a. حالة تزايد السرعة (V5 أكبر من V3 ) :
- انطلاقا من نقطة كيفية O نرسم الشعاع V5 المساير للشعاع V’5
- ثم من نهاية الشعاع V’5 نرسم شعاعا V’3 مسايرا للشعاع V3 ومعاكسا له في الاتجــاه أي : V3 - = V’3
- بعملية الجمع الشعاعي نحصل على الشعاع V3 –V5 = V’3 + V’5 = V’4∆ حيث بدايته هي بداية الشعاع V’5
و نهايته هي نهاية الشعاع V’3 و في الأخير نرسم في الموضع M4 الشعـــاع V4∆المساير للشعاع V’4∆.
نستنتج أن للشعاع V4∆ الخصائص التالية :
* بدايته: هي النقطة المعتبرة M4
* حامله: منطبق على المسار( مثلV3 وV5 )
* جهته: هي جهة الحركة
* طويلته: هي الفرق بين طويلتي الشعاعين V3 و V5
b. حالة تناقص السرعة (V5 أصغر من V3 ):
نمثل شعاعي السرعة اللحظية V3 و V5 في الموضعين M 3 و 5M المجاورين للموضع M4 .
- انطــلاقا من نقطة كيفية O نرسم الشعاع V’5 الــمساير للشعاع V 5 (V’5 = V5 )
- ثم من نهاية الشعاع V’5 نرسم شعاعا V’3 مساويا للشعاع V3 ومعاكسا له في ا لاتجاه أي: ( V3- = V3’)
بعملية الجمع الشعاعي نحصل على الشعاعV4 ∆
V’3+5V’ = V3– V5 = V’4∆
حيث بدايته هي بداية الشعاع 5V’ النقطة O ونهايته هي نهاية الشعاع V’3
وفى الأخير نرسم في الموضع M4الشعاع V4∆ المساير للشعاع V’4∆
نستنتج أن للشعاع الخصائص التالية :
* بدايته: هي النقطة المعتبرة M4
* حامله: منطبق على المسار ( مثل V3 و 5V )
*جهته: هي عكس جهة الحركة
* طويلته: هي الفرق بين طويلتي الشعاعين V3 و 5V
ملاحظة هامة:
في الحركة المستقيمة نلاحظ من الحالتين السابقتين مايلي :
• لكل أشعة السرعة V نفس الحامل منطبق على المسار
• لأشعة تغير السرعةV ∆ أيضا حاملا منطبقا على المسار
• جهة أشعة تغير السرعةV ∆ تكون :
• في جهة الحركة إذا كانت السرعة متزايدة خلال الحركة
• في جهة معاكسة لجهة الحركة إذا كانت السرعة متناقصة خلال الحركة
• في حالة ثبوت السرعة خلال الحركة المستقيمة يكـون شعاع تغير السرعة معدوما
العلاقة بين القوة F وشعاع تغير السرعةV ∆:
1. حالة حركة مستقيمة منتظمة
تجربة:
نقذف متحرك على طاولة هوائية أفقية تترك إحدى نقاط الجسم (النقطة المتحركة) الآثار المبينة في
التسجيل المرفق والتي تمثل مسـاره خـلال مجــالات زمنيــة متعاقبـة ومتساوية 0.04 s =τ
الملاحظة:
- نلاحظ أن مختلف النقاط تقع على استقامة واحدة ومتساوية الأبعاد فيما بينها فالحركة مستقيمة منتظمة، نحسب سرعة النقطة المتحركة عند M1
0.25m/s= 0.02/0.08 = V1= M0M2 / 2τ
1 cm 0.5 m /s
0.25m/s = 0.02/0.08= V2= M1M3 / 2τ
- نلاحـظ أن شعاع الســرعة ثابت وشعــاع التغير في السرعةV∆ معدوم.
- يحافظ كل جسم على سكونه أو حركته المستقيمة المنتظمة إذا لم تتدخل قوة لتغيير حركته.
- الحركة المستقيمة المنتظمة حركة تتميز بمسار مستقيم يقطع فيها المتحرك مسافات متساوية خلال أزمنة متساوية تظل قيمة السرعة ثابتة خلال الحركة.
النتيجة:
* كل جسم يتحرك بحركة مستقيمة منتظمة لا يخضع لأي قوة *
2. حالة حركة مستقيمة متسارعة :
نحقق التركيب المبين في الشكل:
تترك الجملة لذاتها دون سرعة ابتدائية
أثناء حركة الجسم A تترك إحدى نقاطه (النقطة المتحركة) الآثار المبينة في التسجيل المرفق والتي تمثل مسارها
سندرس التغير في السرعة للجسم A أثنـــــاء هذه الحركة في المجـالات الزمنية τ = 0.04s
حساب سرعة المتحرك عند النقط M1 ، M2 ، M3 ،M4 :
0.14/0.08= 1.75 m/s = τ/ 2 M0M2 =V1
0.3/0.08= 3.75 m/s =τ/ 2 M1M3 =V2
0.44/0.08= 5.5 m/s = τ/ 2 M2M4 =V3
0.56/0.08= 7 m/s = τ/ 2 M3M5 =V4
ملاحظة:
- نلاحظ أن السرعة تتزايد ومنه فالحركة متسارعة
- تمثيل أشعة السرعة :
سلم السرعات:
1 cm 2 m /s
نحسب التغير في شعا ع السرعة :
V2 = 1 i + 0.5 i =0.5 i - V3 = V2∆
i + 0.81 i =0.5 i =1.31 V2– V4 = V3∆
نلاحظ أن:- قيمة شعاع التغير في السرعة ثابتة
- شعاع تغير السرعة له نفس جهة الحركة .
نتيجة:
للحصول على سرعة متزايدة للجسم يجب التأثير عليه بقوة تبقى منطبقة أو مماسية لمسار مركزه ولها نفس جهة الحركة.
3. حالة حركة مستقيمة ومتباطئة:
تجربة:
نقذف جسما محمولا ذاتيا على طاولة هوائية أفقية، تترك إحدى نقاط الجسم (النقطة المتحركة) الآثار المبينة في التسجيل المرفق والتي تمثل مساره خلال مجالات زمنية متعاقبة ومتساوية= 0.02 s τ.
حساب السرعة عند M1 ، M2 ، M3 ،M4 :
1.8+1.2/0.04 = 0.75m/s = / 2τ M0M2 =V1
1.8+0.2/0.04 = 0.5 m/s = τ/ 2 M1M3 =V2
0.8+0.3/0.04 = 0.37 m/s = / 2τ M2M4 =V3
0.7+0.3/0.04 = 0.25 m/s = τ/ 2 M3M5 =V4
ملاحظة :
نلاحظ أن السرعة تتناقص ومنه فالحركة متباطئة .
تمثيل أشعة السرعة :
1 cm 0.25 m /s
نحسب التغير لشعاع السرعة
i + 0.75 i = -0.375 i =0.375 V1– V3 = V2∆
i + 0.5 i =-0.25 i =0.25 V2– V4 = V3∆
تمثيل أشعة تغير السرعة:
نلاحظ أن شعاع تغير السرعة يعاكس جهة الحركة .
نتيجة:
للحصول على سرعـة متناقصة للجسـم يجب التأثير عليه بقوة تبـقى منطبقة أو مماسية لمسار مركزه ولها جهة معاكسة لجهة الحركة.
الحركة المستقيمة والقوة الثابتة:
a. الدراسة الشعاعية:
يمثل الشكل تسجيل لحركة نقطة متحركة خلال فترات زمنية متعاقبة ومتساوية.
( الشكل – 9- ب- ص 184 )
بالاعتماد على الشكل السابق يمكن ملأ الجدول التالي :
V7 V6 V5 V4 V3 V2 V1 السرعة
5.25 4.5 3.5 2.63 1.75 0.88 قيمتها ( m /s )
0.7*0.2 /0.16 = 0.88 m/s = / 2τ M0M2 =V1
1.4*0.2 /0.16 = 1.75 m/s = τ/ 2 M1M3 =V2
=2.1*0.2 /0.16 = 2.63 m/s τ/ 2 M2M4 =V3
2.8*0.2 /0.16 = 3.5 m/s = τ/ 2 M3M5 =V4
3.6*0.2 /0.16 = 4.5 m/s = τ/ 2 M4M6 =V5
4.2*0.2 /0.16 = 5.25 m/s = / 2τ M5M7 =V6
5.0*0.2 /0.16 = 6.25 m/s = τ/ 2 M6M8 =V7
نلاحظ من الجدول أن قيم السرعة متزايدة.
بالاعتماد على قيم السرعة نحسب قيم تغير السرعة ونملأ الجدول.
V6 ∆ V5 ∆ V4 ∆ V3 ∆ V2 ∆ V ∆
1.75 1.75 1.8 1.75 1.75 قيمتها ( m /s )
= 2.63 – 0.88 = 1.75 m /s V1– V3 = V2∆
= 3.5 – 1.75 = 1.75 m /s V2– V4 = V3∆
= 4.5 – 2.63 = 1.75 m /s V3– V5 = V4∆
= 5.25 – 3.5 = 1.75 m /s V4– V6 = V5∆
= 5.25 – 4.5 = 1.75 m /s V5– V7 = V6∆
الملاحظة:
نلاحظ من خلال الجدول ان قيم تغير السرعة V ∆ تبقى ثابتة .
نتيجة:
في حالة تطبيق في جهة الحركة قوة F ثابتة شعاعيا ( قيمة حاملا جهة ) على جسم يتحرك بحركة مستقيمة فإن:
- شعاع سرعة المتحرك V يحافظ على حامله وجهته وتتزايد قيمته.
• لشعاع تغير السرعة V∆ حاملا منطبقا على المسار وجهته هي جهة الحركة وقيمته ثابتة ، نقول أن الحركة مستقيمة متسارعة بانتظام .
b. الدراسة البيانية:
بالاعتماد على ما سبق نملأ الجدول التالي:
6.25 5.25 4.5 3.5 2.63 1.75 0.88 V (m /s)
0.56 0.48 0.4 0.32 0.24 0.16 0.08 t (s)
رسم منحنى السرعة بدلالة الزمن V = f (t):
مقياس الرسم :
1 cm 1 m /s
1 cm 0.08 s
الملاحظة:
- شكل البيان الذي تحصلنا عليه هو خط مستقيم يمر بالمبدأ.
- العلاقة التي تربط السرعة بالزمن هي علاقة طردية كلما زاد الزمن زادت السرعة ورياضيا علاقتها V = a t حيث a : ثابت
- سرعة المتحرك عند الموضع M8 ( t = 0.64 s) هي V8 = 7 m/s
- من البيان المسافة الفاصلة بين M0 M8 هي مساحة المثلث المظلل
d = x = s = h.a / 2 = 0.64 . 7 / 2 = 2.24 m
من التسجيل: d = 11.3 * 0.2 = 2.26 m
يعتبر هذا المنحنى مميز للحركة المستقيمة المتسارعة بانتظام.
استنتاج عام:
نلاحظ من هـذه التجارب أن خصائص شعاع تغير السرعة V∆ مطابقة لخصائص شعاع القوة F أي :
- للقوة F و شعاع تغير السرعـة V∆هو نفس الحامل .
- للقوة F هو شعاع تغير السرعة V∆ نفس الجهة
- قيمة F ثابـتة قيمة V∆ ثابتة.
- قيمة Fمتزايدة قيمة V∆ متزايدة .
- قيمة F متناقصة قيمة V∆ متناقصة .
- تسمح لنا هده النتيجـة باستنتاج خصــائصV∆ من خصائص F والعكس صحيح .
المجــال: ميكانيك
الوحدة 2: القوة والحركات المنحنية
النشاط1: الحركة المنحنية
ندفع كريه صغيرة على طاولة أفقية ملساء (الشكل2 ص 204), فتنطلق في اتجاه حافة الطاولة.
1/ ما نوع حركة الكريه على الطاولة؟ لماذا؟
2/ ما هو مسارها بعد مغادرة الطاولة؟
3/ أكمل التصوير المتعاقب لحركة الكريه.
4/ هل هناك قوة مطبقة عليها فوق الطاولة؟ علل.
5/ مثل بشعاع كيفي, في موضعين مختلفين هذه القوة إن وجدت.
1. تحديد شعاعي السرعة وتغير السرعة بيانيا:
1.1. تحديد قيمة السرعة المتوسطة بيانيا:
لتحديد قيمة السرعة المتوسطة بيانيا في حركة منحنية نعتمد على مثال .
مثــال:
تعتبر التسجيل الممثل في الشكل لحركة منحنية حيث مواضـع المتحرك تفصلـها مجـالات زمنية متساوية .
السرعة المتوسطة بينM1 M3 مثلا هي:
M1M3/ 2τ = Vm
لأن المسافة المقطوعة من طرف المتحرك هي القوس M1M3 والزمن اللازم هو t = 2
باعتبارτ 2صغير جدا نقبل أن القوس والوتر بين الموضعين يكونان منطبقين تقريبا أي: M1M3 = M1M3
ومنه نكتب τ/ 2 = M1M3 V13 = Vm
وبهذه الطريقة يمكن تحديد قيمة السرعة المتوسطة Vmبين موضعين .
- نقيس بالمسطرة طول الوتر M1M3.
- نحسب السرعة المتوسطة بالعلاقة: τ/ 2 = M1M3 V13 = Vm
2.1. تحديد وتمثيل السرعة اللحظية في الحركة المنحنية:
بما أن المجـال الزمنيτ∆t = 2 المستعمل في حساب السرعة المتوسطة صغير جدا يمكن اعتبار أن قيمة السرعة
المتوسطة تساوي قيمة السرعة اللحظية في منتصف المجال الزمني, أي في مثالنا عند الموضع M2
ويمكن أن نكتب : / 2τ = M1M3 /∆ t = M1M3 V13 = V2
ونمثلها بشعاع مبدؤه النقطة M2 حامله مماس للمسار عند M2 وجهته هي جهة الحركة وقيمته هي:
/ 2τ = M1M3 V2
3.1. تحديد وتمثيل شعاع تغير السرعة في الحركة المنحنية:
لتحديد عمليا شعاع تغير السرعة في الحركات المنحنية نستعين بالتمثيل المسجل في الشكل حيث مواضع المتحرك تفصلها مجالات زمنية متساوية .
ولتحديد شعاع تغير السرعة في الموضع M3 نتبع الخطوات التالية:
• نعتبر الموضعين M2 و M4 المجاورين للموضع M3 ونمثل فيهما شعاعي السرعة اللحظيـة و
على الترتيب باستعمال سلم السرعة
• نعتبر أن شعاع تغير السرعة في الموضع M3يساوي الفرق بين شعاعي السرعة و أي أن :
* كيف نحدد بيانيا ؟
• نختار نقطة كيفية O خارج التسجيل:
• انطلاقا من هذه النقطة O نرسم شعاعا مسايرا
• انطلاقا دائما من هذه النقطةO نرسم شعاعا مسايرا
• نرسم الشعاع بحيث تكون بدايته في نهاية ونهايته في نهاية بهــذا الترتيب:
• بما أن و يسايران و على الترتيب, فان يساير
تكون إذا خصائص الشعاع هي:
• بدايته: الموضع المعتبر M3
• حامله: موازي لحامل
• جهته: هي جهة
• شدته: تساوي طويلة المقاسة بيانيا على الرسم باعتماد سلم تمثيل السرعات .
مثـــال تطبيــــقي:
لدينا تسجيل لحركة منحنية للنقطة M حيث الأوضاع المتتالية من النقطة Mتفصلها مجالات زمنية
متساوية = 0.04 s وسلم تمثيل المسافات 4 cm 0.05 m (الشكل4 ص 214)
المطلوب: تحديد شعاع تغير السرعة .
* نقيس طول الوترين M0M2 و M2M4 حيث:
2.8 cm = M0M2 على الوثيقة وباستعمال سلم المسافات نجد = 0.14 cm M0M2 في الحقيقة
M2M4 = 5.2 cm على الوثيقة وباستعمال سلم المسافات نجد = 0.26 m M2M4 في الحقيقة
* نحسب السرعتين V1 و V3 في الموضعين M1و M3 المجاورين للنقطة M2.
- حساب V1:
= 0.14/0.08 = 1.75 m/s M0M2/2 =V1
- حساب V3:
= 0.26/0.08 = 3.25 m/s 2 /M2M4=V3
* تمثيل أشعة السرعة:
- نرسم أشعة السرعة و باختيار السلم التالي : /s 1 cm 1 m
إذا طول على الرسم هو 1.75 cm ، وطول على الرسم هو 3.25 cm
بعد رسم نقيس طوله بالمسطرة على الرسم نجد 2.6 cm وباعتماد سلم السرعات نستنتج قيمة = 2.6 m/s
مــلاحظة:
في الحركات المنحنية حوامل أشعة السرعة ليست منطبقة أي أن العلاقة الشعاعية: تعني أن قيمة لا تقاس بطرح قيمتي و بل نحدد قيمة بقيـاس بيانيـا طول الشعاع واستنتاج قيمتها بالاعتماد على سلم السرعات.
النشاط2: نشاطات تجريبية
1. دراسة حركة كرة مقذوفه أفقيا:
ندفع كريه صغيرة على سطح طاولة أفقية ملساء، فتتجه نحو الحافة لتنطلق غي الهواء حتى تسقط على الأرض وفق مسار منحني كما هو موضح في الشكل (5 ص205)
1.1. حركة الكرة على الطـاولة:
1. حركة الكرة على الطاولة مستقيمة منتظمة.
2. تمثيل V1 في الموضع M1باختيار سلم مناسب
سلم المسـافة هو: 1 cm 0.1 m إذن:
سلم السرعات /s 1 cm 1.25 m
/s 1.4 cm 1.75 m
3. خصائص شعاع السرعة اللحظية في الموضع M4 الذي يوافق لحظة مغادرتها الطاولة:
• مبـدؤه: النقطة المعتبرة M4.
• حامله : المماس للمسار عند M4.
• جهته : جهة الحركة.
• شدته : 1.75 m/s = / 2τ M3M5 =V4.
2.1. حركة الكرة بعد مغادرتها الطاولة:
a. الدراسة الشعاعية:
4. قيم السرعة اللحظية في المواضع: M5, M7, M9, M11.
5. باستعمال نفس سلم الرسم تصبح قيم السرعة اللحظية كما يلي:
V11 V9 V7 V5 السرعة اللحظية
2.696 1.296 1.848 1.496 قيمتها على الرسم
.
الملاحظة: نلاحظ أن قيم السرعة تتزايد.
6. تحديد بيانيا أشعة تغير السرعة في المواضع M6, M8, M10
الملاحظة: نلاحظ أن قيم V∆ تبقى ثابتة.
مقارنة خصائصها:
• مبدؤها:هي النقاط المعتبرة.
• حواملها متوازية.
• جهتها نحو الأرض.
• شداتها متساوية.
7. نستنج أن القوة المطبقة على الكريه ثابتة ولها نفس خصائص V∆.
8. تمثيل القوة في المواضع M6, M8, M10.
9. مصدر هذه القوة هو مركز الأرض وهي مقدار جذب الأرض للأجسام.
b. الدراســة البيانية للحركة:
- أرفق الرسم بمعلم متعامد ومتجانس مبدؤه منطبق مع أول موضع للكرة بعد مغادرتها الطاولة.
- اسقط كل المواضع على المحورين (OX) و (OY)
أ/ الحركة وفق المحورOX:
1- المسافات المتتالية المقطوعة وفق المحور OX متســاوية ومنه نستنتج أن قيمة السرعة وفق هذا المحور ثابتة.
2- قيمة السرعة وفق المحور OX تكون مساوية لقيمة سرعة الكرة فوق الطاولة ونستنتج أن السرعة تبقى ثابتة على المحور OX دوما.
3- لا يوجد اثر للقوة المطبقة على الكرة على حركتها وفق المحورOX لأن السرعة ثابتة (حسب مبدأ العطالة)
ب/ الحركة وفق المحور OY:
1- المسافات المقطوعة المتتالية وفق المحور OYمتزايدة ومنه نستنتج أن السرعة تتزايد.
2- قيمة تغير السرعة V∆ وفق هذا المحور ثابتة.
3- قيمة طويلة شعاع تغير السرعة المحددة سابقا مساوية لـ V∆ الموجودة حاليا.
2. علاقة المدى بالشروط الابتدائية:
- نسمي مدى القذف البعد الأفقي الذي يفصل موضع القذف عن موضع سقوط الكريه على الأرض (موضع القذف في هذه الحالة هو حافة الطاولة).
- يتعلق المدى بقيمة السرعة الابتدائية.
الاستنتـــاج: (أكمل الفراغات التالية)
- كل جسم يقذف بسرعة ابتدائيةV0 من ارتفاع h عن سطح الأرض يسقط متبعا مسارا منحنيا, تحت تأثير قوة ثابتة شاقولية الحامل وجهتها نحو سطح الأرض وهي قوة جذب الأرض للكريه.
- يتعلق مدى القذفx في هذه الظروف بقيمة السرعة الابتدائية للكريه.
3. دراسة حركة كرة يقذفها لاعب برجله:
* نريد دراسة حركة كرة يقذفها لاعب برجله حيث تنطلق بسرعة ابتدائية 0 V, نعطي في التسجيل الممثل لمواضع الكرة خلال فترات زمنية متساوية = 0.2 s τ في الشكل (ص208).
1.3. وصف الحـركة:
1- أثناء الصعود يتناقص شعاع السرعة اللحظية ويتزايد أثناء مرحلة النزول.
التمثــيل:
2.6 cm 4 m
x = 1*4 /2.6 = 1.54 m
1 cm x
إذن سلم الرسم هو: 1 cm 1.54 m
أثناء الصعود:
7.4*1.54/0.4 = 28.49 m/s = τ/ 2 M0M2 =V1
6.2*1.54/0.4 = 23.87 m/s = / 2τ M1M3 =V2
5.3*1.54/0.4 = 20.4 m/s = τ/ 2 M2M4 =V3
أثناء الـنزول:
5.6*1.54/0.4 = 21.56 m/s = / 2τ M10M12 = V11
6.5*1.54/0.4 = 25.02 m/s = τ/ 2 M11M13 =V12
7.6*1.54/0.4 = 29.26 m/s =τ / 2 M12M14 =V13
سلم السرعة:/s 1 cm 10 m( التمثيل على الرسم ).
2- نوع الحركة في مرحلة الصعود حركة متباطئة لان المسافات المقطوعة خلال مجالات زمنية متتالية ومتساوية تتناقص (السرعة متناقصة ).
- نوع الحركة في مرحلة النزول حركة متسارعة لأن المسافات المقطوعة خلال مجالات زمنية متتالية ومتساوية تتزايد (السرعة متزايدة ).
3- رسم مسار الكرة، أعلى موضع تبلغه الكريه غير ممثل في الوثيقة وهو قبل M7 بقليل.
4- خصائص تغير شعاع السرعة في المرحلتين هي:
* مبـدؤه : النقطة المعتبرة
* اتجاهـه: نحو مركز الأرض
* حاملـه : الشاقول
* شدتـه: ثابتة ( من الرسم V= 9 m/s∆)
2.3. تحديد القوة المطبقة على الكرة:
1- القوة المطبقـة على الكرة خلال حركتها هي قوة جـذب الأرض لان خصـائص القوة F من خصائصV∆.
2- حامل القوة هو الشاقول بينما حامل شعاع السرعة يتغير من موضع إلى آخر ونستنتج أن حامل شعاع القوة و حامل شعاع السرعة يصنعان فيما بينهما زوايا منفرجة في بعض المواضع وفي مواضع أخرى
زوايا قائمة وأخرى زوايا حادة.
3- في مرحلة الصعود شعاع القوة وشعاع السرعة لهما جهتان متعاكستان (الحركة تتباطأ )
وأثناء مرحلة النزول شعاع القوة وشعاع السرعة لهما نفس الاتجاه (الحركة تتزايد ).
4- الزاوية التي يصنعها حامل القوة وحامل السرعة :
* منفرجة أثناء الصعود
* حادة أثناء النزول
* قائمة عند الذروة (أعلى موضع)
5- تتغير هذه الزاوية خلال الحركة: منفرجة ثم قائمة ثم حادة.
3.3. دراسة أثر شعاع القوة على شعاع السرعة:
1. تحليل شعاع السرعة إلى مركبتين بحيث تكون دائما
2. حامل القوة:
يعامد حامل المركبة في كل لحظة.
يوازي حامل المركبة في كل لحظة.
3. تتغير المركبتين: - أثناء الصعود: ثابتة , تتناقص.
- أثناء النزول: ثابتة , تتزايد.
4. لا تتغير جهة المركبة x في مرحلتي الصعود والنزول , أما المركبة فإنها تتغيـر أثناء الصعود والنزول
5. خلال الصعود : القوة F تجعل المركبة تتناقص.
6. خلال النـزول: القوة F تجعل المركبة تتزايد.
7. خلال مرحلتي الصعود والنزول القوة Fلا تؤثر على (حسب مبدأ العطالة).
8. إثر مرور الكرة من أعلى موضع تنعدم المركبة وتتغير جهتها.
9. شعاع السرعة في أعلى موضع هو: .
10. عندما يكون حامل شعاع السرعة يعامد شعاع القوة دوما (في كل لحظة) فإن الحركة تكون منتظمة ونوعها دائري أي حــــركة دائرية منتظمة.
النشاط3: الحركة الدائرية المنتظمة
1. تعريف الحركة الدائرية المنتظمة:
نقول عن حركة جسم أنها دائرية منتظمة إذا كان مسارها دائريا وسرعة المتحرك ثابتة القيمة ومتغيرة المنحى والاتجاه خلال الحركة في كل لحظة.
2. مواصفات شعاع السرعة وشعاع القوة في الحركة الدائرية المنتظمة:
شعاع القوة يكون في كل لحظة عموديا على شعاع السرعة موجها نحو التقعر الداخلي للمسار(نحومركز الدائرة)
3. تطبيقات الحركة الدائرية المنتظمة:
حركة القمر حول الأرض: لا يسقط القمر على الأرض لان له سرعة كافية للمحافظة على مداره ، يقال عن قمر انه في سقوط دائم على الأرض دون لمسها .
نتيــجة:
في الحركة الدائرية المنتظمة يكون :
* مسار الحركة دائريا وشعاع سرعة المتحرك ثابت القمة ومتغير منحنى.
* يخضع الجسم لقوة F ثابتة القيمة تتجه نحو مركز الدائرة ، نقول عن القوة في هذه الحالة أنها مركزية .
* في الحركة الدائرية المنتظمة تغير القوة F منحى شعاع السرعة دون تغيير قيمته.
* يكون شعاع تغير السرعة V∆ منطبقا دوما على شعاع القوة F يتجه نحو مركز الدائرة وله قيمة ثابتة .
المادة وتحولاتها
الوحدة1: بنية أفراد بعض الأنواع الكيميائية
النشاط1: الاحتياطات الأمنية في المخبر
تمهيد: لكي تسير التجارب في مخبر الكيمياء بصورة جيدة، تتطلب احترام بعض القواعد من أجل الضمان وهي:
1- القواعد الأولية للأمن:
• ارتداء مئزر من مادة قطنية لحماية الجسم، ولباس نظارات لحماية العينين أثاء التجارب.
• لباس قفازات مطاطية أثاء التعامل مع المواد الآكلة
• الاطلاع على البطاقات الملصقة على القارورة مع التزام التوصيات الواردة عليها.
• الحرص على الحفاظ على أرضية طاولة العمل نظيفة والأدوات الموضوعة عليها مرتبة ومنظمة بشكل جيد.
• غسل اليدين بعد الانتهاء من العمل.
2- كيفية تحقيق التجارب في المخبر:
• عدم مص المواد الكيميائية عن طريق الفم, واستعمال الممصات العيارية المخصصة لهذا الغرض.
• استعمال الملعقة لرفع كمية صلبة من مادة كيميائية، ثم غلق القارورة جيد مباشرة.
• عند إضافة مادة كيميائية لأخرى أو أثناء تسخينها في أنبوب اختبار لا توجه فوهة الأنبوب إلى الوجه أو نحو الزملاء ، خشية خطر تطاير المواد.
• شد أنابيب الاختبار بلاقط خشبي أثناء تسخين المواد الكيميائية.
• لا نضع السوائل المجهولة أو المحمولة لدرجة الغليان في أوعية بلاستيكية.
• لا تسكب الماء على الحمض المركز ولكن ضع الحمض على الماء.
• لا تبرد فجأة إناء زجاجي ساخن.
• لا يجب التعرف على الغازات عن طريق شم رائحتها.
3- كيفية التعامل مع السوائل الملتهبة:
3-1 قبل اشتعال اللهب:
• التأكد أنه لا توجد أي مادة قابلة للاشتعال من حولي.
• التأكد من أن كل القارورات المحتوية على السوائل الطيار مسدودة بإحكام.
3-2 في حالة حدوث حريق:
- إطفاء أو إخماد اللهب عن طريق قطعة قماش مبللة.
4- كيفية التعامل مع المحاليل بعد استعمالها:
- سكب المحاليل المستعملة في حوض تصريف المياه ثم سكب الماء عليها.
- تمديد المحاليل المستعملة قبل رميها.
5- الأخطار الناجمة عن استعمال بعض المواد الكيميائية:
يشكل استعمال بعض المواد الكيميائية في المخبر أخطارا تسبب أضرارا وخيمة، لذا تؤخذ التدابير اللازمة لذلك، بانتباه إلى الإشارة الدالة على نوع الخطر الموجودة على البطاقة الملصقة على القارورة. و الجدول التالي يبين دليل الأخطار مع التدابير و الإجراءات الخاصة لهذه الأخطار.
الرمز مدلوله أمثلة لبعض المواد التدابير و الإجراءات الخاصة
متفجر Exptosif
-الفورمول (30%)
- كلور الزئبق
- استعمله بعيدا عن اللهب ومصادر الحرارة
- تجنب الصدمات، الفرك والحك
Comburant
محرق
- حمض الازوت
- نترات الباريوم
- نترات البوتاسيوم - ضع المادة بعيدة عن المواد القابلة للاحتراق (الوقود).
- استعمل المادة بمعزل عن النار والشرارة ومصادر الحرارة.
Très toxique -
سام جدا
Toxique-
سام
- البروم
- رباعي كلور الفحم - استعمل المادة بعناية من حيث:
- الاستهلاك – الاستنشاق - التلامس مع الجلد
- مع الأخذ بعين الاعتبار الأخطار الخاصة بالمادة.
Nocif-
ضعيف السمومة
-Irritant
مثير ومهيج - اليود
-الكلوروفورم النقي - استعمل المادة بعناية من حيث:
- الاستهلاك – الاستنشاق - التلامس مع الجلد وفق المعطيات الخاصة بالمادة من حيث الأخطار.
- الخطر ضعيف لكن حقيقي.
Tes inflammable-
شديد الالتهاب
inflammable –
ملتهب - مسحوق الألمنيوم
- أسيتون
- الميثانول - ضعه بعيدا عن اللهب والشرارات
- يجب غلق قارورة المادة بعد الاستعمال
Corrosif-
حاك وأكال
- حمض الخل
- الهبتان
– فحم الكالسيوم
- كلور الأمونيوم
- تجنب أي تلامس مع الجلد (العين) والملابس
المجال: المادة وتحولاتها
الوحدة1: بنية أفراد بعض الأنواع الكيميائية
النشاط2: الأنواع الكيميائية
الأفراد الكيميائية والأنواع الكيميائية:
مثال: نضع عينة من الماء المالح في كأس، تحتوي على عدد هائل من الأفراد الكيميائية هي جزيئات الماء(H2O) شوارد الصوديوم (Na+) شوارد الكلور(Cl-) نسمي الأفراد المتماثلة نوعا كيميائيا إذن توجد في الكأس ثلاثة أنواع كيميائية :
* النوع الكيميائي H2O
* النوع الكيميائي Na+
* النوع الكيميائي Cl-
تعريف الفرد الكيميائي:
نطلق اسم الفرد الكيميائي على كل الدقائق المجهرية (الميكروسكوبي) المكونة للمادة سواء كان جزيئا، شاردة، إلكترونا، بروتونا....... إلخ.
تعريف النوع الكيميائي:
هو مجموعة من الأفراد الكيميائية (جزيئية، شاردية أو ذرية...)، حيث نتعامل معها من الناحية العينية (الماكروسكوبية) حسب تواجدها في الطبيعة.
أمثلة:
- الماء نوع كيميائي يتكون من جزيئات متماثلة صيغتها الكيميائية H2O
- كلور الصوديوم (ملح الطعام) نوع كيميائي يتكون من شوارد الصوديوم Na+ وشوارد الكلورCl- صيغته الكيميائية NaCl .
- الحديد نوع كيميائي يتكون من ذرات متماثلة صيغتها Fe.
خصائص النوع الكيميائي:
لكل نوع كيميائي خصائص فيزيائية وكيميائية تميزه عن الآخرين مثل درجتي حرارة الغليان والتجمد، الكتلة الحجمية , قرينة انكساره للضوء, اللون والرائحة،.....
1- الكشف عن بعض الأنواع الكيميائية:
1- 1- الكشف عن الماء:
تجربة1: تحضير الكاشف كبريتات النحاس اللامائية
الملاحظة: تغير لون كبريتات النحاس المائية من اللون الأزرق إلى اللون الأبيض
التجربة2: الكشف عن وجود الماء في برتقالة
الملاحظة: تغير لون كبريتات النحاس اللامائية من اللون الأبيض إلى اللون الأزرق.
النتيجة:
يمتاز ملح كبريتات النحاس اللامائية (الجاف) بخاصية تغير اللون من الأبيض إلى الأزرق عند ملامستها النوع الكيميائي الماء, يمكن إذا الاعتماد عليه للكشف عن وجود الماء في المواد الأخرى.
1- 2- الكشف عن الغلوكوز:
التجربة1: تحضير الكاشف محلول الفهلنج (A+B)
التجربة2: الكشف عن الغلوكوز في برتقالة
الملاحظة: ظهور راسب أحمر أجوري.
النتيجة: يمتاز محلول الفهلنج بخاصية تغير اللون من
الأزرق إلى الأحمر الاجوري بعد تسخينه مع مادة تحتوي
النوع الكيميائي الغلوكوز, يمكن إذا الاعتماد عليه للكشف
عن وجود الغلوكوز في المواد الأخرى.
1- 3- الكشف عن النشاء:
التجربة: الكشف عن النشاء في الذره
الملاحظة: يتلون مكان قطرات ماء اليود باللون الأزرق البنفسجي.
النتيجة: يمتاز محلول ماء اليود بخاصية تغير
اللون من الأبيض إلى الأزرق البنفسجي عند تواجده مع مادة تحتوي
النوع الكيميائي النشاء, يمكن إذا الاعتماد عليه للكشف عن وجود النشاء
في المواد الأخرى.
1- 4- الكشف عن غاز ثنائي أكسيد الفحم
التجربة1: تحضير الكاشف رائق الكلس
نضع كمية من الجير (الجير الحي) في إناء ثم نضيف لها الماء المقطر نخلط المزيج ثم نرشحه بواسطة ورق الترشيح ونسمي الرشاحة برائق الكلس.
التجربة2: اختبار الكاشف رائق الكلس
الملاحظة: نلاحظ انطلاق فقاعات غازية وتعكر رائق الكلس.
النتيجة: يمتاز محلول ماء الكلس الصافي بخاصية التعكر
عند اختلاطه بالنوع الكيميائي غاز ثاني أكسيد الفحم, يمكن
إذا الاعتماد عليه للكشف عن وجود CO2 في المواد
أو المحاليل الأخرى.
2- الكشف عن الحموضة:
كثيرا ما نقول عن طعم الفاكهة أو البن مثلا أنها حامضية، ولا نقول ذلك على بعض المواد.
• هل الذوق كاف للكشف عن درجة هذه الحموضة والتمييز بين حموضة فاكهتين مثلا؟
• التذوق غير كاف للكشف عن درجة هذه الحموضة، وإذا كان تذوق الأطعمة أمرا عاديا فتذوق مواد أخرى تشكل أحيانا خطرا كبيرا. لذا نحتاج لكواشف كيميائية تنوب عن حاسة الذوق وتكون أكثر دقة وأحسن فرز بكل أمان.
لهذا بنا الكيميائيون سلم للحمضية يدعى سلم PH وهو يحتوي على 15 تدريجة (من0 إلى 14) واعتمد الماء المقطر عند درجة حرارة 25°c كمرجع للحموضة ونسبت له في السلم التدريجة PH=7. وقد صنفوا المواد إلى 3 أصناف:
- الحوامض (PH<7) - القواعد أو الأسس (PH>7) - المعتدلة (PH=7).
التجربة1: استعمال كاشف أزرق البروموتيمول
كاشف أزرق البروموتيمول ذو اللون الأخضر يكشف لنا على النوع الكيميائي: حمض، قاعدة، معتدل.
- مع المحاليل الحمضية يتغير لونه إلى الأصفر
- مع المحاليل القاعدية يتغير لونه إلى الأزرق
- مع المحاليل المعتدلة لا يتغير لونه يبقى أخضر
التجربة2: استعمال كاشف ورق PH
نضع 3 أشرطة من ورق PH الأول في بيشر يحتوي على عصير البرتقال، الثاني في إناء يحتوي على الماء المقطر، أما الثالث فيحتوي على محلول رائق الكلس
الملاحظة:
- تلون شريط ورق PH باللون الأحمر مع عصير البرتقال
- لم يتلون شريط ورق PH مع الماء المقطر
- تلون شريط ورق PH بالون الأزرق مع محلول رائق الكلس
نتيجــة:
- عصير البرتقال محلول حمضي والماء المقطر معتدل أما محلول رائق الكلس فهو محلول قاعدي
- يكشف ورق PH على الأنواع الكيميائية حمض، أساس، معتدل.
الخلاصة: يمكن معرفة حمضية المحلول أو قاعديته إما باستعمال الكواشف الملونة مثل أزرق البروموتيمول أو ورق PH، وهناك جهاز يعطي القيمة الدقيقة لـPH المحاليل يدعى جهاز PH متر
3- الكشف عن الشوارد المعدنية:
نحقق التجارب المبينة التالية : ( Ag+ +NO3-)
تجربة 1: الكشف عن شاردة الكلور (Cl-)
الملاحظة: ظهور راسب أبيض
نتيجة: تشكل كلور الفضة (AgCl)دلالة
على أن الماء المعدني يحتوي على شوارد الكلور Cl-.
راسب أبيض ماء معدني
NaOH
تجربة2: الكشف عن شاردة الحديد ( Fe+2)
الملاحظة: ظهور راسب أخضر فاتح 2Fe(OH)
نتيجة: تشكل هيدرو كسيد الحديد الثنائي 2 Fe(OH)دلالة
على أن الماء المعدني يحتوي على شوارد الحديد الثنائي +2Fe
راسب أخضر فاتح Fe(OH)2 ماء معدني
تجربة 3: الكشف عن شوارد النحاس (Cu+2)
الملاحظة: NaOH
ظهور راسب أزرق اللون
نتيجة: تشكل هيدرو كسيد النحاس 2Cu(OH) دلالة
على أن كبريتات النحاس تحتوي على شوارد النحاس +2Cu.
راسب أزرق اللون Cu(OH)2 CuSO4
النشاط2: من النموذج الذري إلى العنصر الكيميائي
تمهيد: حصل تطور في النموذج الذري عبر التاريخ حيث مر بعدة محطات بدءا بالفرضية الذرية على يد الفلاسفة الإغريق ووصولا إلى نموذج رذرفورذ.
أ- النظرية الذرية للمادة:
نسبت إلى فلاسفة الإغريق(إبيكور Epicure لوسيب Leucippe وديمقريط Démocrite وأمبيدوكل Empédocle ...) أول من صاغ مفهوم الذرة، وكان تصورهم للبنية الذرية للمادة مبنيا على الحدس وليس على الملاحظات أو التجارب العلمية كما هو معروف في عصرنا الحالي. فكان تقديرهم للعالم المادي مبنيا على فرضية تتصور أن الأجسام مكزنة من دقائق خفيفة جدا غير مرئية وغير قابلة للتجزئة سميت Atomos (بالإغريقية لا يتجزأ)، وقدم هذا المذهب وشاع في القرن الأول قبل الميلاد عن طريق الفيلسوف لوكريس (Lucréce) (في منشوره De natura rerum ).
ولم تصغ أي نظرية أخرى إلا بعد ألفي سنة من ذلك، وهذا بعد أبحاث العالم دالتون Dalton في بداية القرن التاسع عشر سنة 1803م لتفسير الظواهر الكمية للكيمياء، حيث اعتبر أن المادة مكونة من الذرات كروية الشكل ومملوءة وغير قابلة للتجزئة.
في نهاية القرن التاسع عشر شكك في صحة نظرية دالتون، حيث تمكن العلماء من نزع دقائق صغيرة جدا (إلكترونات) مشحونة سابا من ذرات المادة. وكما كان مفترضا، أن المادة مكونة من ذرات متعادلة كهربائيا وأن الذرة تحوي حتما على شحنة موجبة لتعديل الشحنة السالبة للإلكترونات.
1- تطور النماذج الذرية:
1-1- النموذج الذري لطومسون: THOMSON 1851م - 1940م
هو مكتشف الإشعاعات المهبطية التي تتشكل من دقائق شحنتها سالبة تدعى بالإلكترونات "كلمة إغريقية ELECTRON" وقد أعطى نموذج للذرة وقال بأنها عبارة عن كرة متعادلة كهربائيا مملوءة بمادة شحنتها موجبة تتخللها إلكترونات شحنتها سالبة كحبات الزبيب في الكعك.
1-2- النموذج الذري لذرفورذ: Rutherford 1871م- 1937م
قام هذا العالم بقذف ورقة رقيقة من الذهب سمكها ( ) بدقائق ألفا (نوى لذرة الهليوم) وجد أن الذرة تتكون من:
• نقطة مادية مركزية موجبة الشحنة تتمركز معظم كتلة الذرة تدعى النواة مغطاة بسحابة من الإلكترونات سالبة الشحنة تدور حولها بسرعة كبيرة جدا.
• استنتج رذرفورذ أن معظم حجم الذرة عبارة عن فراغ
إذن للذرة بنية فراغية.
• كما توصل إلى أن النواة تحتوي على دقائق موجبة هي
بروتونات p وأخرى متعادلة كهربائيا هي النيترونات N
لكن رذرفورذ لم يفسر استقرار الذرة مثلا "إمكانية سقوط
الإلكترونات على النواة".
1-3- النموذج الذري لبور: Bohr 1885م- 1962م
جاء بور ليفسر استقرار الذرة حيث شبه حركة الإلكترونات حول النواة بالمجموعة الشمسية واعتبر أن الشمس هي النواة والكواكب هي الإلكترونات التي تدور في مدارات محددة ولا يمكن لإلكترون مغادرة مداره إلا إذا امتص كمية من الطاقة أو اصدرها.
1-4- النموذج الذري الحديث:
لم يعمر نموذج بور طويلا رغم تفسيره لعدة ظواهر فيزيائية وكيميائية آنذاك، إذ أدخل عليه سومر فيلد Summerfield عام 1916م تعديلا وتكميلات وأصبح يدعى بنموذج بور – سومر فيلد.
2- بنية الذرة:
2-1- نموذج الذرة:
الذرة هي فرد متعادل كهربائيا مؤلف من نواة تحمل شحنة موجبة ومن الكترونات تحمل شحنة سالبة تتحرك حول النواة.
2-2- نواة الذرة:
أ- النكليونات Nucléons (النويات):
النويات هي الدقائق (الجسيمات) المؤلفة للنواة. يوجد في النواة نوعين من النويات هما:
• البروتونات (Les protons): يحمل كل بروتون شحنة كهربائية موجبة تساوي الشحنة العنصرية e ( )
• النيترونات Les neutrons)): وهي متعادلة كهربائيا، وكتلة النترون تساوي تقريبا كتلة البروتون.
الكتلة ( )
الشحنة
اسم الجسيمة
بروتون ((p Proton
0 نترون (n) neutron
ب- العددان Z و A:
تتميز نواة الذرة بالعددين Z و A حيث:
• العدد Z لنواة هو عدد البروتونات الموجودة فيها، يدعى العدد الشحني أو الرقم الذري.
• العدد A لنواة هو عدد النويات الموجودة فيها أي مجموع عددي البروتونات والنترونات
العدد N في النيترونات في النواة هو: N=A-Z.
ج- الرمز للنواة:
يرمز اصطلاحا لنواة ذرة رمزها الكيميائي X بالتمثيل حيث:
• A: عدد النويات
• Z: عدد البروتونات (العدد الشحني أو الرقم الذري).
2-3- الالكترونات في الذرة:
أ- الالكترونات:
• تحتوي الذرة التي رقمها الذري Z على Z إلكترون. تتحرك الإلكترونات في الذرة حول النواة وتشكل ما يدعى بالسحابة الإلكتروني.
• يحمل كل إلكترون شحنة سالبة حيث:
• كتلة الإلكترون هي:
ب- الطبقات الإلكترونية:
• لا تقع إلكترونات الذرة على نفس المسافة الوسيطة من النواة، فهي تتوزع على طبقات إلكترونية منها:
الطبقة الأولى: تسمى بالطبقة K وهي أقرب الطبقات إلى النواة ولا يمكنها احتواء أكثر من إلكترونيين.
الطبقة الثانية: تسمى بالطبقة L ولا يمكنها أكثر من 8 إلكترونات.
الطبقة الثالثة: تسمى بالطبقة M ولا يمكنها احتواء أكثر من 18 الكترونا.
• عند امتلاء الطبقة نقول أنها مشبعة. تتشبع الطبقة التي رقمها n بـ 2n2 إلكترون حسب قاعدة بولي Pauli
• تدعى آخر طبقة تح
