القوة و نظم وحــدات القياس

القوة و نظم وحــدات القياس
القوة : هي ذلك المؤثر الذي إذا أثر على جسم ما فإنه يسبب تغيراً في شكل الجسم أو موضعه أو اتجاهه أو حركته .
و تحسب عن طريق المعادلة التالية : ثقل الجسم = الوزن = ق = جـ × ك ....... (1) و هي تقاس بوحدة النيوتن
النيوتن : هو مقدار قوة جدب الأرض لجسم كتلته 0.1 كجم
أي أن ثقل جسم كتلته كيلوجرام واحد يساوي 9.8 نيوتن .
و تقاس القوة عملياً باستخدام الميزان الزنبرك أو الدينامومتر وهو ميزان زنبركي مدرج بوحدات النيوتن .
تأثيرات القوة على جسم ما : قد تسبب القوة واحد أو أكثر من التأثيرات التالية :
1- تسبب حركته ( نقله أو دورانه)
2- تغير شكله (تقوسه أو ليه)
3- تغير حجمه أو أحد أبعاده .
أولاً : أنظمة و حدات القياس:
النظام الدولي SI
النظام الفرنسي النظام الإنجليزي الكمية المقاسة
المتز السنتيمتر القدم الطول
الكيلوجرام الجرام الباوند الكتلة
الثانية الثانية الثانية الزمن
الكالفن السلزيوس الفهرنهيت درجة الحرارة
الكميات الأساسية : و هي الكميات التي لا يمكن اشتقاقها من كميات أبسط منها مثل الزمن ، الطول ، الكتلة ، ...
الكميات المشتقة : و هي الكميات التي تستنبط من غيرها . مثل السرعة ، الكثافة ، الضغط ، ...
التطبيق : مثال : السرعة = المسافة / الزمن أي ( م/ث)
الكثافة = الكتلة / الحجم أي (كجم/م3)
التعرف على المرونـــــة و العلاقة بين التشوه الاستطالة
النشاط 3-1 : قطعة أو كرة من الصلصال . النشاط 3-2 :قطعة أو كرة من المطاط .النشاط 3-3 : زنبرك معلق بأعلى حلق الباب
نستنتج من الأنشطة السابقة أنه يمكن تقسيم المواد من حيث مقدار احتفاظها بالتشوه الحاصل في إلى ثلاث أقسام :
1- مواد تامة المرونة : و هي جميع المواد التي لا تحتفظ بشيء من التشوه بعد زوال القوة المؤثرة عليها . (الزنبرك ، سلك الحديد ، الفولاذ )
2- مواد عديمة المرونة : و هي جميع المواد التي تحتفظ بكامل التشوه بعد زوال القوة المؤثرة عليها . (العجين ، الصلصال ، الطين )
3- مواد مرنة : و هي جميع المواد التي تحتفظ بجزء من التشوه الحاصل لها بعد زوال القوة المؤثرة عليها .(النحاس،المطاط،الرصاص)
تعريف المرونة : ميل المادة للعودة إلى حالتها الأصلية بعد زوال القوى عنها .

العلاقة بين التشوه الحاصل و القوة المؤثرة :
تجربة 3-1 : ص25
نستنتج من هذه التجربة أن الزيادة الحاصلة في الطول تتناسب طردياً مع القوة المؤثرة ما دامت هذه القوة دون حد المرونة .
تعريف حد المرونة : ( أ ) هو الحد الأعلى للقوة التي يمكن التأثير بها على المادة دون أن تفقد مرونتها .
تعريف حد الاستسلام : (ب) و هو الحد الذي بعده تستمر المادة في الاستطالة مع زيادة بسيطة في قوة الشد .
تعريف حد الكسر : (جـ) و هو الحد الذي تنكسر عنده المادة . و تسمى القوة هنا بقوة الكسر.
و تعرف العلاقة بين القوة و الاستطالة بقانون هوك :
[ تحت حد المرونة لمادة تحت الشد ، فإن الاستطالة الحادثة تتناسب طردا مع قوة الشد المسببة لها .]
و يعبر عنه رياضياً بالعلاقة : ق = أ Dل ................ (1)
(ق) القوة المؤثرة و حيث Dل مقدار الاستطالة (أ) ثابت التناسب و هو ثابت الصلابة = ثابت القوة (نيوتن/م)
التطبيق : ميز بين المواد التالية من حيث مرونتها :الحديد - الرصاص - العجين - الفولاذ -الطين - المطاط - النحاس .
مثال 1، 2 ، 3 /ص27
قياس المرونـــــــــة
إذا تأثر جسم ما بقوة شد فإن هذا الجسم سوف يتشوه . فإذا أخذنا سلك معدني و علقنا فيه ثقل فإن هذا السلك سوف يتشوه (يزداد طوله) إذن من تعريف المرونة يمكن اعتماد صفة التمدد كأساس لقياس مرونة الشد لأي مادة .


هناك علاقة بين التيار والجهد والمقاومة. وهذه العلاقة تسمى بقانون أوم. وأوم هذا عالم اكتشف في عام 1826 بالتجربة بأنه كلما قمنا بزيادة فرق الجهد فإن شدة التيار تزداد وأنه كلما ازدادت المقاومة فإن شدة التيار تقل. إذاً فإن هناك تناسباً طردياً بين شدة التيار وفرق الجهد وكذلك بين شدة التيار و قيمة المقاومة.
إذاً يمكن أن نكتب قانون أوم بهذه الصيغة:
فرق الجهد = التيار * المقاومة
مثال: لو نظرت إلى هذه الدائرة الكهربائية فستجد الجهد عند نقطة أ يساوي 5 فولت وعند النقطة ب يساوي صفر. كما يوجد مقاومة بين النقطتين بقيمة 500 أوم. فما هي شدة التيار؟
فرق الجهد = 5 – 0 = 5 فولت
المقاومة = 500 أوم (لا تنس أنك يمكن أن تعرف قيمة المقاومة بالنظر إلى أشرطة الألوان)
من قانون أوم نحن نعلم أن
فرق الجهد = التيار * المقاومة
5 فولت= التيار * 500أوم
إذاً التيار = 5/500 = 0.01 أمبير
مثال: لو نظرت إلى هذه الدائرة الكهربائية فستجد الجهد عند نقطة أ يساوي 5 فولت وعند النقطة ب يساوي صفر. كما يوجد مقاومة بين النقطتين
أرجو أن يكون هذا واضحاً.
والآن هل يمكن أن تخمن اتجاه سريان التيار؟
صحيح سوف يسري التيار من النقطة أ إلى النقطة ب حيث أن جهد النقطة أ أعلى من جهد النقطة ب. دائماً تذكر مثال الشلال.
سؤال: إذا كان الجهد عند النقطة أ = 9 فولت وعند النقطة ب = 4 فولت ونريد تباراً شدته 0.02 أمبير ليسري بين النقطتين فماهي قيمة المقاومة المطلوبة؟
الإجابة: فرق الجهد = 9- 4 = 5 فولت
قانون أوم يقول فرق الجهد = التيار * المقاومة
إذاً 5 فولت = 0.02 أمبير * المقاومة
المقاومة = 5 / 0.02 = 250 أوم

التيار
التيار الكهربائي هو الشيء الذي يسري من نقطة إلى أخرى في السلك ويقاس التيار بوحدة تسمى الأمبير.
الجهد الجهد (الفولطية) يحدد قوة مستوى الطاقة في أي نقطة ما ويتم قياس الجهد بوحدة تسمى الفولط.
ولتبسيط فهم تعريفي التيار و الجهد انظر إلى هذه الصورة فماذا ترى؟
نرى أن الماء ينساب من أعلى الجبل (نقطة الجهد العالي) إلى الأسفل (نقطة الجهد المنخفض). مثل الماء فإن التيار يسري من نقطة الجهد العالي (أعلى الجبل) إلى نقطة الجهد المنخفض (أسفل الجبل). ولو افترضنا أن الجهد عند أعلى نقطة يعادل عشرة فولت ويعادل ثلاثة فولت عند أدنى نقطة فإن التيار سوف يسري في السلك من النقطة ذات العشرة فولت إلى النقطة التي جهدها يعادل ثلاثة.
إذاً كيف نقيس الجهد ؟ تماماً كما نقيس ارتفاع الجبل فالجهد يساوي الفرق بين أعلى نقطة وأسفل نقطة ويكون الجهد سبعة فولت بين أعلى نقطة و أسفل نقطة في مثالنا السابق.