[ناصر اللحياني]

[justify]

7-1 الحركة الدورية Periodic Motion

( يحتاج إلى 3 حصص )

الحصة الأولى :

نشاط 1 : يبدأ المعلم مُستعينا بالله ثم يُرحب بطلابه ، وكمقدمة لأول دروس الفصل يطرح المعلم هذا السؤال المُثير :

هل ناطحات السحاب و الجسور ساكنة أم مُتحركة ؟

بالتأكيد سيُجمع الطلاب أنّها ساكنة ، ولكنّ يُبيّن لهم المعلم أن ناطحات السحاب و الجسور في الحقيقة تتحرك حركة اهتزازية ، ولهذا فان المصممين المعماريين والمهندسين يأخذوا هذه الحركة في الحسبان عند التصميم .
ثم يعرض عليهم مقطع الفيديو :

http://www.youtube.com/watch?v=VtR7FSEk6V0

ويطلب منهم تعليل ما شاهدوه ... لا يجيبهم المعلم بل يستثيرهم بهذا المشهد ، و يذكر لهم أنّه في نهاية هذا الدرس ( نهاية الحصة الثالثة ) سيتعرفون على السبب .

وعموما السبب هو : ظاهرة الرنين ( آخر فقرة في الدرس الأول ) ، حيث استطاعت قوة الرياح تدمير الجسر عندما توافقت شدّتها مع تأرجح الجسر ، وبمعنى آخر كانت الرياح تشتد ثم تهدئ بشكل توافق مع تأرجح الجسر ممّا سبب سقوطه !!

بعد ذلك يُبيّن المعلم أنّ لفهم كيف يعمل الراديو والتلفزيون ؟ يجب معرفة كيف تعمل الأمواج الكهرومغناطيسية وما هو أساسها وكيف تنشأ وكيف تنتشر في الفراغ. وأيضا فإن الكثير مما عرفه العلماء عن التركيب الذري كان أساسه المعلومات التي حصلوا عليها في صورة أمواج . ولهذا فان دراسة فيزياء الاهتزازات والموجات ضرورية لفهم تفسير كثير من الظواهر الطبيعية بما في ذلك نظريات الفيزياء الذرية .

نشاط 2 : يوزع المعلم الطلاب إلى مجموعات ويُعطي كل مجموعة بندول بسيط ونابض زنبركي ، وللتعزيز يعرض أيضا المحاكاة والفيديو التالية :

http://www.youtube.com/watch?v=VMicXUIxaWE

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405095.swf]width=730 height=550[/FLASH]

ويطلب من الطلاب تحديد الصفة المشتركة بين حركة هذه الأجسام.

يُوجه المعلم النقاش ليتوصل الطلاب إلى أنّ حركة هذه الأجسام اهتزازية ( أو دورية أو ترددية أو تذبذبية أو توافقيّة ، جميع هذه المصطلحات متكافئة تماما ) لأن حركتها تتكرر بشكل منتظم خلال أزمنة متساوية .

ثم يطلب المعلم من الطلاب ذكر أمثلة على هذه الحركة ، ليُعدد الطلاب الأمثلة التالية : حركة جسم معلق بنابض ، حركة بندول بسيط ، حركة ميزان الليّ ، حركة وتر مشدود ( أوتار الآلات الموسيقية ) ، حركة مسطرة مثبتة عند إحدى طرفيها ، حركة أرجوحة الأطفال ، حركة الجزيئات في الأجسام الجامدة ، حركة الكواكب ، حركة الموجات الكهرومغناطيسية : مثل أمواج الضوء وأمواج الرادار وأمواج الراديو ، كذلك التيار الكهربي المتردد والجهد الكهربي والشحنة الكهربية تتغير بصفة دورية مع الزمن .
إذا :

الحركة الاهتزازية : هي أي حركة تتكرر في دورة منتظمة خلال أزمنة متساوية .

نشاط 3 : يطلب المعلم من طلابه إزاحة البندول البسيط ثم الجسم المعلق بزنبرك كل على حده ( أكثر من مرة ) ، بحيث يسحب الجسم بإزاحات مختلفة ( إزاحة صغيرة ، إزاحة أكبر ، فأكبر ) عن موضع اتزانه ، أو يعرض عليهم إحدى هذه المحاكات :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405107.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405313.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405340.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405405.swf]width=780 height=480[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405426.swf]width=550 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405440.swf]width=550 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405454.swf]width=500 height=250[/FLASH]

ثم يطلب منهم ملاحظة أمرين :
أولا : ملاحظة أثر هذه الإزاحات على قوة الإرجاع المؤثرة في الجسم .
ثانيا : ملاحظة زمن الاهتزازة الواحدة ، وسعتها .

في الملاحظة الأولى : سيلاحظ الطلاب أنّه كلما زادت الإزاحة زادت قوة الإرجاع المؤثرة أيّ أنها علاقة بينهما طردية.

ثم يُبيّن لهم المعلم أنّ حركة الأجسام التي تنطبق عليها هذه الملاحظة تسمى ( الحركة التوافقية البسيطة أو الحركة الاهتزازية البسيطة ) ، وهي حالة خاصة من الحركة الاهتزازية بإعتبارها نموذجا مبسطا ، و يُبيّن لهم المعلم أيضا أهميّة دراسة الحركة التوافقية البسيطة في أنها تشكل الأساس النظري لفهم ودراسة قوانين الاهتزازات والموجات .

إذا :

الحركة التوافقية البسيطة : هي حركة تتناسب فيها إزاحة الجسم عن موضع اتزانه طرديا مع قوة الإرجاع المؤثرة عليه.

وفي الملاحظة الثانية : سيلاحظ الطلاب أنّه كلما زادت الإزاحة فإنّ أقصى مسافة يتحركها الجسم مبتعدا عن موضع الاتزان تكون أكبر ( سعة الاهتزازة ) ، وكذلك فإن زمن الدورة الواحدة ستكون أكبر ( الزمن الدوري ) ، ومن يمكن للطلاب تعريف كل من الزمن الدوري وسعة الاهتزازة .
الزمن الدوري : الزمن اللازم ليكمل الجسم دورة كاملة من الحركة جيئة وذهابا .
سعة الاهتزازة : هي أقصى مسافة يتحركها الجسم مبتعدا عن موضع الاتزان .

الحصة الثانية :

نشاط 4 : يطلب المعلم من كل مجموعة تعليق مجموعة من الكتل على زنبرك ، وللتعزيز يعرض المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405533.swf]width=465 height=426[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405572.swf]width=625 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405586.swf]width=540 height=500[/FLASH]

ثم يطلب منهم ملاحظة أمرين :

أولا : ملاحظة العلاقة بين الثقل المعلق وبين القوة التي يؤثر بها النابض .
ثانيا : ملاحظة العلاقة بين القوة التي يؤثر بها النابض ومقدار الاستطالة .

في الملاحظة الأولى : يُوجه المعلم النقاش ليتوصل الطلاب إلى أنّ القوة التي يبذلها الثقل المعلق ( قوة اتجاهها إلى الأسفل ) تساوي القوة التي يؤثر بها النابض ( قوة اتجاهها إلى الأعلى ).

وفي الملاحظة الثانية : سيلاحظ الطلاب أن القوة التي يؤثر بها نابض تتناسب طرد يا مع مقدار استطالته ، فكلما زادت الاستطالة زادت القوة التي يؤثر بها نابض ، وعند رسم العلاقة البيانية بين القوة والاستطالة ، فإن ميل المنحنى يمثل ثابت النابض k الذي يعتمد على صلابة النابض وخصائص أخر له .

مع التنبيه إلى أنّ النوابض التي تنطبق عليها هذه الحالة تسمى نوابض مرنة تحقق قانون هوك ( وليست كل النوابض في حقيقتها ينطبق عليها قانون هوك ) .

إذا :
قانون هوك : القوة التي يؤثر بها نابض تساوي حاصل ضرب ثابت النابض في المسافة التي يستطيلها أو ينضغطها النابض عن موضع اتزانه F = k x

ثم يعرض المعلم المحاكاة التالية ويتساءل المعلم عن أهمية المساحة تحت المنحنى ( ماذا تمثل ) ؟
يحاول المعلم تذكير الطلاب بدرس الشغل ( الفصل الثالث ) ، ليتوصل الطلاب إلى أنّ المساحة تحت منحنى ( القوة – الإزاحة ) تمثل الشغل ، وهذا الشغل المبذول لاستطالة النابض يساوي طاقة الوضع المرونية المختزنة فيه ، وبالتالي فإن الطاقة المرونية تساوي : P.E = ½ k x2

لأن مساحة المثلث = نصف القاعدة في الارتفاع ، وبالتعويض عن القوة من قانون هوك نحصل على العلاقة السابقة .

P.E = ½ x F = ½ x kx = ½ k x2

نشاط 5 : يعرض المعلم على الطلاب المحاكاة التالية :

http://www.youtube.com/watch?v=rmMflJHCgGk

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405627.swf]width=600 height=425[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405666.swf]width=760 height=570[/FLASH]

ويطلب منهم إكمال الجدول التالي :

مع ملاحظة أنّ السهم الأحمر يمثل قوة النابض Fsp ، والسهم البنفسجي يمثل الوزن Fg و السهم الأخضر يمثل قوة القوة المحصلة ∑ F .

نشاط 6 : يعرض المعلم على الطلاب المحاكاة التالية ، ويطلب منهم ذكر أهمية ( المساعدات في السيارة ) ، ليتوصل الطلاب إلى أنّ :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405755.swf]width=500 height=400[/FLASH]

تعتمد مقدرة السيارة على تحمل الصدمات والاحتفاظ بهيئتها على مقدار الطاقة الحركية للسيارة قبل التصادم والذي يتحول إلى طاقة وضع مرونية في الهيكل بعد التصادم. وتحتوي معظم ماصات الصدمات على نوابض تخزن الطاقة عندما تصدم سيارة حاجزا بسرعات قليلة. وبعد توقف السيارة وانضغاط النوابض تعود هذه النوابض إلى مواضع اتزانها، وترتد السيارة عن الحاجز.


الحصة الثالثة :

نشاط 7 : يعرض المعلم على الطلاب المحاكاة التالية ، ويطلب منهم إكمال الجدول التالي :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405776.swf]width=550 height=400[/FLASH]

نشاط 8 : يعرض المعلم على طلابه المحاكاة التالية ، ويطلب منهم وصف قوة الإرجاع :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405920.swf]width=300 height=400[/FLASH]

سيلاحظ الطلاب أنّ القوة المحصلة هي قوة إرجاع؛ حيث تكون دائًما معاكسة لاتجاه إزاحة ثقل البندول أو الجسم المعلق بكتلة ، وتعمل على إرجاع الثقل إلى موضع اتزانه.

نشاط 9 : يعرض المعلم المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405941.swf]width=400 height=300[/FLASH]

ويطلب من الطلاب ملاحظة ماذا يحدث عندما يدفع الصبي زميله دفعات متكررة في اللحظات المناسبة ؟
وماذا يحدث عندما يدفع الصبي زميله دفعات متكررة في اللحظات غير المناسبة ؟

سيلاحظ الطلاب إلى أنّه في الحالة الأولى سيتأرجح الصبي وفي الحالة الثانية لم يستطيع ! ثم يوجه المعلم النقاش ليتوصل الطلاب إلى أنّ سبب التأرجح في الحالة الأولى هو الرنين الذي يحدث عندما تؤثر قوة صغيرة في جسم متذبذب أو مهتز في فترات زمنية منتظمة، بحيث تؤدي إلى زيادة سعة الاهتزازة أو الذبذبة، وتكون الفترة الزمنية الفاصلة بين تطبيق القوة على الجسم المهتز مساوية للزمن الدوري للذبذبة.

ثم يذكر المعلم طلابه بمشهد الجسر الذي انهار بسبب ظاهرة الرنين أيضا .. حيث استطاعت قوة الرياح تدمير الجسر عندما توافقت شدّتها مع تأرجح الجسر ، وبمعنى آخر كانت الرياح تشتد ثم تهدئ بشكل توافق مع تأرجح الجسر ممّا سبب سقوطه !!


في الرابط التالي مجلد يحتوي على جميع الصور والفلاشات والفيديو المدرجة في هذا الدرس مع المرشد الدراسي له :

[hide]أضغط هنــــــــا للتحميل ،،، [/hide]

[/justify]