للوهلة الأولى ، قد يبدو أنه لا توجد قوانين فيزيائية معقدة في اللعبة ، وجميع الأشياء تخضع ببساطة لقانون الجاذبية. ومع ذلك ، عند الفحص الدقيق ، يمكن للمرء أن يلاحظ الاختلافات في حركة وسلوك الأشياء مثل كرة على خيط ورصاصة تطير أفقيا. دعونا معرفة لماذا يحدث هذا.
دعونا نبدأ مع الكرة على موضوع. عندما نعلق الكرة على الخيط ونطلقها ، تبدأ في التأرجح لأعلى ولأسفل ، وتشكل دائرة. ويرجع ذلك إلى الجاذبية التي تعمل على الكرة وتسحبها لأسفل ، وقوة شد الخيط التي تقيد حركة الكرة في الاتجاه الأفقي. وهكذا ، تصف الكرة دائرة في مستوى عمودي على الخيط.
والآن دعنا ننتقل إلى الرصاصة التي تطير أفقيا. عندما تطير رصاصة من برميل سلاح ناري ، فإنها تتحرك دون أي حركات دورانية. هذه هي سمة من سمات الرحلة الأفقية للرصاصة. على عكس الطيران العمودي ، فإن الحركة الأفقية للرصاصة لا تسببها الجاذبية ، ولكنها تحدث بسبب السرعة الأولية المعطاة للرصاصة. في رحلتها ، تعاني الرصاصة فقط من قوة مقاومة الهواء ، مما يؤدي إلى إبطاء حركتها تدريجيا.
وبالتالي ، فإن حركة الكرة على الخيط والحركة الأفقية للرصاصة لها خصائصها الخاصة بسبب القوى المختلفة التي تؤثر على كل كائن. تساعدنا دراسة مثل هذه الأمثلة على فهم قوانين الفيزياء ودورها في الحياة اليومية بشكل أفضل.
- الجاذبية وموازنة القوى
- السقوط الحر وقانون الحفاظ على الطاقة
- قوة الطرد المركزي وحركة الكرة حول محيط
- مقاومة الهواء وحركة الرصاص
- الحركة الأفقية للرصاصة وقانون القصور الذاتي
- سؤال وجواب
- لماذا الكرة معلقة على خيط?
- ماذا يحدث عندما تطير رصاصة أفقيا?
- لماذا لا تسقط الكرة من الخيط?
- ماذا يحدث إذا انكسر الخيط الذي تعلق عليه الكرة?
- كيف يؤثر طول الخيط على تعليق الكرة?
- ما تأثير مقاومة الهواء على حركة الرصاصة?
الجاذبية وموازنة القوى
عندما نلاحظ كرة معلقة على خيط ، نرى أنها لا تسقط على الأرض ، لكنها تبقى في مكانها. ويرجع ذلك إلى وجود الجاذبية التي تؤثر على الكرة وقوة التوتر للخيط الذي يوازن حركته الرأسية.
الجاذبية هي القوة التي تجذب كل الأشياء إلى الأرض. يتم توجيهه إلى أسفل ويعتمد على كتلة الجسم. الكرة لها كتلة ، لذلك تعمل الجاذبية عليها.
قوة شد الخيط هي القوة الناتجة عن الخيط الذي يثبت الكرة في مكانها. يتم توجيهه صعودا ويساوي الجاذبية لتحقيق التوازن بين ذلك. عندما تكون الكرة في حالة توازن ، فإن قوة شد الخيط تساوي الجاذبية ولا تسمح للكرة بالسقوط أو الارتفاع.
عندما تطير الرصاصة أفقيا ، فإنها تخضع أيضا للجاذبية. ومع ذلك ، نظرا لأن الرصاصة تتحرك أفقيا بسرعة كبيرة ، فإنها تمكنت من التغلب على الجاذبية وتبقى على ارتفاع معين فوق الأرض.
ويرجع ذلك إلى الجمع بين الحركة الأمامية والهبوطية للرصاصة تحت تأثير الجاذبية. تتحرك الرصاصة للأمام بسبب المكون الأفقي لسرعتها الأولية ، ولكنها تسقط في نفس الوقت تحت تأثير الجاذبية. بسبب حركة الرصاصة هذه ، يتم تشكيل مسار منحني يسمى القطع المكافئ.
وبالتالي ، فإن الجاذبية لها تأثير على الأشياء المعلقة من خيط أو تتحرك أفقيا. في الحالة الأولى ، يتم موازنة الجاذبية بواسطة قوة شد الخيط ، وفي الحالة الثانية ، يتحرك الجسم على طول مسار مكافئ تحت تأثير الجاذبية.
السقوط الحر وقانون الحفاظ على الطاقة
السقوط الحر هو حركة الجسم تحت تأثير الجاذبية وحدها. أثناء السقوط الحر ، يتحرك الجسم مع تسارع مستمر لأسفل.
ينص قانون الحفاظ على الطاقة على أن مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة يظل ثابتا طوال الحركة بأكملها. ترتبط الطاقة الحركية بحركة الجسم ، وترتبط الطاقة الكامنة بموقعها في مجال القوة.
في السقوط الحر ، تمر طاقة الجسم بين الحركية والإمكانات. عندما يبدأ الجسم في السقوط بحرية ، تبدأ طاقته الكامنة (المتعلقة بالارتفاع) في الانخفاض ، وتزداد طاقته الحركية (المتعلقة بالسرعة).
يظل مجموع هاتين الطاقتين ثابتا. وهكذا ، عندما يصل الجسم إلى أدنى نقطة من السقوط الحر ، يتم تحويل طاقته الكامنة بالكامل إلى طاقة حركية.
عندما تطير الرصاصة أفقيا ، فإنها تخضع أيضا لقانون الحفاظ على الطاقة. في هذه الحالة ، لا تتغير الطاقة الكامنة للرصاصة ، لأنها لا تغير موقعها بالنسبة للأرض. ومع ذلك ، فإن الطاقة الحركية للرصاصة تزداد مع تطور سرعة أفقية.
يظهر السقوط الحر والحركة الأفقية للرصاصة مبادئ قانون الحفاظ على الطاقة ، حيث تنتقل الطاقة من شكل إلى آخر ، ولكنها تظل ثابتة في المجموع.
قوة الطرد المركزي وحركة الكرة حول محيط
في الميكانيكا ، تعتبر الكرة المعلقة من خيط وتدور في دائرة مثالا كلاسيكيا على إظهار قوة الطرد المركزي. تنشأ قوة الطرد المركزي نتيجة القصور الذاتي للحركة وتعمل على جسم يتحرك في دائرة.
عندما يتم تحرير الكرة في وقت واحد ، يتم إزعاج عدم حركتها ، وتبدأ في التحرك في دائرة تحت تأثير قوة التوتر للخيط. يتم توجيه هذه القوة نحو مركز الدائرة وهي الجاذبية.
يتم تحديد قوة الجاذبية بواسطة الصيغة:
فك = م * أ
أين فك هو قوة الجاذبية ، م هي كتلة الكرة ، و أ هو تسارع الجاذبية.
يتم التعبير عن تسارع الجاذبية بواسطة الصيغة: