حل كتاب الفيزياء ثالث ثانوي مسارات ف1 1448

المملكة العربية السعودية، الفيزياء 1-3

التعليم الثانوي - نظام المسارات

السنة الثالثة، قام بالتأليف والمراجعة، فريق من المتخصصين

قررت وزارة التعليم تدريس

هذا الكتاب وطبعه على نفقتها

يوزع مجاناً ولا يباع

الفصل، حالات المادة، States of Matter

ما الذي ستتعلمه في هذا

الفصل؟

. تفسير تمدّد المادة وتقلصها بسبب

التغيرات في درجات الحرارة.

تطبيق مبادئ باسكال وأرخميدس وبرنولي في مواقف الحياة اليومية.

الأهمية

إن الموائع والقوى التي تبذلها تمكننا من السباحة والغطس، وتمكّن المناطيد

من الطفو، والطائرات من الطيران.

يؤثر التمدد الحراري في تصميم المباني، والطرق والجسور، والآلات

الغواصات تصمم الغواصات النووية لتقوم بمناورات بحرية في أعماق

مختلفة في المحيط؛ لذا يجب أن تقاوم

الاختلافات الهائلة في الضغط والحرارة عندما تغوص تحت الماء.

فكر ◄

كيف تستطيع الغواصة أن تطفو على سطح المحيط وتغوص في أعماقه؟

رابط الدرس الرقم، تجربة استهلالية |، مما تسلس

سؤال التجربة كيف تقيس طفو الأجسام؟

الخطوات

1. أحضر عبوة صغيرة (مرفقة بغطاء أو سدادة) ومخبار التحليل

مدرج 500ml وصل شريطا مطاطيا بالعبوة؛

لتعليقها بميزان نابضي

استخدم الميزان النابضي لإيجاد الوزن الظاهري لها.

تأكد أن العبوة لا تلامس الأسطوانة المدرجة عندما

تكون تحت سطح الماء.

استخدم المعلومات التي دوّنتها في حساب كثافة نظام

2. استخدم الميزان النابضي لإيجاد وزن العبوة، ثم العبوة - قطعة النيكل، ثم احسب كتلة الماء المزاح عن

استخدم الأسطوانة المدرجة لإيجاد حجم الماء

الذي أزيح عن طريق العبوة المغلقة عندما طفت. وسجّل كلتا القراءتين؛ وامسح أي

سائل مسكوب. 3. ضع قطعة نيكل في العبوة ثم أغلقها جيدًا. كرّر الخطوة الثانية، ثم سجل وزن العبوة وقطعة النيكل، وحجم الماء المزاح. وسجل أيضًا هل طفت العبوة أم غطست. .4 كرّر الخطوتين 2 و 3، وأضف في كل مرة

1-1- خصائص الموائع Properties of Fluids

الماء والهواء من أكثر المواد شيوعًا في حياة الإنسان اليومية، ونشعر بتأثير هما عندما نشرب، وعندما نستحم، ومع كل هواء نستنشقه. في ضوء خبراتك اليومية، قد لا يبدو أن هناك خصائص مشتركة بين الماء والهواء، أما إذا فكرت في طريقة أخرى فسوف تدرك أن لهما

طريق النظام في كل مرة. كيف ترتبط الكثافة بالطفو؟

التفكير الناقد كيف ترتبط كتلة نظام العبوة - قطعة النيكل مع كتلة الماء

– المزاح عن طريق النظام؟ وهل تستمر هذه العلاقة بغض النظر عن طفو النظام؟

الأهداف

خصائص مشتركة؛ فكل من الماء والهواء يتدفقان وليس لأي منهما • تصف كيف تُحدث الموائع الضغط.

شكل محدد، على عكس المواد الصلبة. ولذرات المادة وجزيئاتها الغازية والسائلة حرية كبيرة لتتحرك.

سوف تستكشف في هذا الفصل حالات المادة، مبتدئا بالغازات والسوائل، وتتعلم المفاهيم التي توضح كيف تستجيب المادة لتغيرات الحرارة والضغط، وكيف تستطيع الأنظمة الهيدروليكية مضاعفة القوى، وكيف تستطيع السفن المعدنية الضخمة الطفو على سطح الماء. وستتعرّف أيضًا خصائص المواد الصلبة، مكتشفا كيف تتمدد وتتقلص، ولماذا تكون بعض المواد الصلبة مرنة ، ويكون بعضها كأنه في حالة بين الصلابة والسيولة.

• تحسب ضغط الغاز وحجمه وعدد مولاته
• تقارن بين الغازات والبلازما

المفردات، الموائع، باسكال، القانون العام للغازات، قانون الغاز المثالي، التمدد الحراري، البلازما، وزارت 11، ليم، التسلي، الضغط Pressure

افترض أنك وضعت مكعبا من الجليد في كوب فارغ ستلاحظ أن معكب الجليد له كتلة معينة وشكل محدد، ولا تعتمد هاتان الكميتان على حجم الكوب أو شكله. لكن ماذا يحدث عندما ينصهر مكعب الجليد ؟ تبقى كتلته كما هي، ولكن شكله يتغير، ويتدفق الماء ليأخذ شكل الإناء الذي يحتويه، بحيث يتخذ السطح العلوي شكلاً محددًا ومستويا، كما في الشكل 1-1 من جهة أخرى، إذا غليت الماء، فسوف يتحول إلى الحالة الغازية في صورة بخار ماء، وينتشر ليملأ الغرفة ولن يكون له سطح محدّد. وتشترك كل من السوائل والغازات في كونها موائع؛ حيث إنها مواد تتدفق، وليس لها شكل محدد.

سنوجه اهتمامنا في الوقت الحالي لدراسة الموائع المثالية، التي يمكن التعامل معها على اعتبار أن جزيئاتها لا تشغل حيزا ، وليس لها قوى تجاذب تربطها بعضها مع بعض.

الضغط في الموائع لقد طبقت قانون حفظ الطاقة على الأجسام الصلبة، فهل يمكن تطبيق الشكل 1 - 1 مكعبات الجليد الصلبة لها شكل محدد، في حين يأخذ الماء السائل هذا القانون على الموائع؟ يمكن أن نعرف كلا من الشغل والطاقة باستخدام مفهوم ( مائع) شكل الإناء الذي يحتويه ما المائع الضغط، الذي يمثل القوة المؤثرة في سطح ما مقسومة على مساحة ذلك السطح. ولأن الضغط قوة تؤثر في السطح فإن أي شيء يولد ضغطاً لا بد أن يكون قادرًا على إحداث

الذي يملأ الفراغ فوق الماء ؟

تغيير وإنجاز شغل، P = f

الشكل 12 إن رائد الفضاء ومركبته

الضغط يساوي القوة مقسومة على مساحة السطح.

يولدان ضغطا على سطح القمر. إذا كانت ويعد الضغط P كمية قياسية (غير متجهة) ، ويقاس الضغط وفقًا للنظام العالمي للمقاييس SI

كتلة المركبة 7300kg تقريبا، وتستقر بوحدة باسكال (Pa) وهي تعادل 1N/m2. ولأن الباسكال وحدة صغيرة فإن على أربعة أقدام قطر كل منها

الكيلو باسكال (kPa) الذي يُساوي 1000a أكثر استخدامًا وشيوعًا. cm،91، فما مقدار الضغط الذي تؤثر

به على سطح القمر؟ وكيف تستطيع أن ويُفترض عادة أن القوة F المؤثرة في سطح ما عمودية على مساحة ذلك السطح A، ما لم تقدر الضغط الذي يؤثر به رائد الفضاء. تتم الإشارة إلى غير ذلك. ويوضح الشكل 12 العلاقات بين القوة، والمساحة والضغط،

حيث يؤدي الضغط الناتج عن وزن المركبة الفضائية إلى إحداث حفرة صغيرة في سطح القمر، أما الضغط الناتج عن وزن رائد الفضاء، فيكون قليلاً جدا. ويوضح الجدول 11 كيف يتغير الضغط في حالات مختلفة.

المواد الصلبة والسوائل والضغط تخيل أنك تقف على سطح بحيرة متجمدة، إن القوى التي تؤثر بها قدماك في الجليد تتوزع على مساحة حذائك مولّدة ضغطاً على الجليد. إن الجليد مادة صلبة تتكون من جزيئات الماء المتذبذبة، والقوى التي تحافظ على جزيئات الماء في مكانها تجعل الجليد يؤثر بقوى رأسية في قدميك إلى أعلى تساوي وزنك، أما إذا انصهر الجليد فإن معظم الروابط بين جزيئات الماء تصبح ضعيفة. وعلى الرغم من أن الجزيئات ستستمر في التذبذب وتبقى قريبة كل منها من الأخرى، إلا أنها

ستصبح قادرة على الانزلاق بعضها فوق بعض، وتبعا لذلك ستكون قادرًا على اختراق سطح الماء. من جهة أخرى، ستستمر جزيئات الماء المتحركة في التأثير بقوى في جسمك.

جزيئات الغاز والضغط إن الضغط الذي تؤثر به الغازات يمكن فهمه بتطبيق نظرية الحركة الجزيئية للغازات التي توضح خصائص الغاز المثالي. وعلى الرغم من أن جزيئات الغاز الحقيقي تحتل حيزًا من الفراغ، ولها قوة تجاذب جزيئية، إلا أن الغاز المثالي (غير الحقيقي) عبارة عن نموذج جيد للغاز الحقيقي تحت معظم الظروف، بحيث يمكن تطبيق قوانينه على الغازات الحقيقية، وتكون النتائج عالية الدقة.

بناءً على نظرية الحركة الجزيئية فإن جزيئات الغاز تتحرك عشوائيا وبسرعة عالية، وتخضع لتصادمات مرنة بعضها ببعض. وعندما يرتطم جزيء الغاز بسطح الإناء فإنه يرتد مغيرًا زخمه الخطي، أي أنه ينتج دفعًا، ويتولد ضغط للغاز عند السطح بفعل الدفع الذي تؤثر به التصادمات العديدة للجزيئات.

الضغط الجوي في كل سنتمتر مربع من سطح الأرض يؤثر غاز الغلاف الجوي بقوة مقدارها N 10 تقريبًا عند مستوى سطح البحر. وتعادل هذه القوة وزن جسم كتلته 1 kg. إن ضغط الغلاف الجوي على الجسم يتعادل بصورة جيدة مع قوى الجسم المتجهة إلى الخارج، والتي نادرًا ما نلاحظها. ويثير هذا الضغط اهتمامنا فقط عندما تؤلمنا آذاننا نتيجة تغيرات الضغط. فعندما نصعد مبنى شاهق الارتفاع بالمصعد مثلاً، أو عندما ننتقل بالطائرة فإننا نشعر بذلك. إن الضغط الجوي يساوي 10N لكل cm، والذي يساوي x 105 /m2 1.0 أو kPa 100 تقريباً.

هناك كواكب أخرى في المجموعة الشمسية لها أيضًا غلاف غازي، ويتباين الضغط الناتج عن أغلفتها الغازية كثيرًا ، فمثلاً الضغط الجوي على سطح كوكب الزهرة أكبر من الضغط الجوي على سطح الأرض 92 مرة تقريبًا، في حين أن الضغط الجوي على سطح المريخ أقل مما على سطح الأرض بـ %1 .