نشاط عملي يوّضح كيفية تدحرج الأجسام

2011 تجارب علمية القوة والحركة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

نشاط عملي يوّضح كيفية تدحرج الأجسام الفيزياء

– الأهداف:

1- تحويل طاقة الوضع إلى طاقة حركة.

2- اكتشاف كيف يؤثر توزع الوزن في حركة الجسم في حالة الدوران.

 

– الأدوات التي تحتاجها: 

1- أسطوانتان متماثلتان، أو علبتان مزودتان بغطاء يُمكن إعادة إحكامه

2- أوزان معدنية دائرية الشكل، كالقطع النقدية المعدنية أو حلقات الربط المعدنية

 

3- شريط لاصق

4- لوح خشبي بطول 3 أقدام (1 متر) تقريباً

 

– خطوات العمل:

1- الصق ستة أوزان على السطح المنحني الداخلي للأسطوانة الأولى (ولكن ليس داخل الغطاء أو على قاعدة العلبة أو الأسطوانة). ضع ثلاثة أوزان أسفل أحد أطراف العلبة والأوزان الثلاثة الأخرى على الطرف المقابل.

 

2- الصق مجموعة مؤلفة من ثلاثة أوزان على قاعدة الأسطوانة الثانية في وسطها تماماً. وربما يكون من الأسهل أن تلصق الأوزان مع بعضها أولاً، ثم الصق مجموعة مؤلفة من ثلاثة أوزان في وسط الطرف السفلي للغطاء. أعد الغطاء بعد ذلك إلى الأسطوانتين.

 

3- استخدم كتباً أو بعض قطع الطوب كي تسند أحد طرفي اللوح الخشبي بارتفاع قدم واحد (30 سم) تقريباً.

 

4- حاول أن تدحرج الأسطوانتين إلى أسفل اللوح المائل. اكتشف أفضل مكان يُمكنك أن تحرر الأسطوانتين منه بحيث لا تتدحرجان إلى خارج الحافة أو تصطدمان ببعضهما.

 

5- استخدم ساعة لتوقيت زمن تدحرج الأسطوانتين على اللوح المائل، وتأكد من انطلاق الأسطوانتين من المكان ذاته، ولا تلجأ إلى دفعهما بل اتركهما تتدحرجان من دون أن تتدخل بهذه العملية.

 

بعد أن قمت بدحرجة الأسطوانتين على السطح المائل في وقت واحد كي ترى أيهما يصل أسفل اللوح أولاً، قُم الآن بدحرجة كل أسطوانة على حدة، مستخدماً ساعة إيقاف لقياس زمن وصول كلتا الأسطوانتين إلى أسفل اللوح.

دوّن بعد ذلك النتائج التي حصلت عليها في جدول على غرار الجدول البياني إلى اليسار.

كرر التجربة بعد وضع اللوح المائل على ارتفاع مختلف، وحاول أن تضع الأوزان في أمكان مختلفة أيضاً.

 

تستطيع أن تضع الأوزان على صفٍ واحد من أعلى إلى أسفل الأسطوانة ثم تضعها كله على طرف واحد، أو تضعها بشكل متباعد على غطاء وقاعدة الأسطوانة. وقبل أن تدحرج أياً منهما على اللوح المائل، انظر إلى النتائج التي سبق وأن حصلت عليها وحاول أن تتنبأ بما سيحصل.

دحرج بعدئذٍ الأسطوانتين وتأكد من صحة تنبؤاتك، كما تستطيع أن تجري التجربة بوضع كميات مختلفة من الأوزان في كلتا الأسطوانتين.

 

استكشاف الأخطاء وتصحيحها

تتدحرج الأسطوانتان على اللوح المائل بسرعة لا يمكن معها حساب الوقت. كيف أستطيع إبطاء حركتيهما؟

اجعل زاوية ميلان اللوح المائل أقرب إلى السطح، ما يجعل الأسطوانتين تنحدران بسرعة أقل، حيث إن المهم هو مقارنة مدى سرعة كل منهما.

ويُمكن للمنحدر الأقل ميولاً أن يضمن تدحرج الأسطوانتين بصورة أبطأ، ما يتيح لك مزيداً من الوقت لدراسة حركتيهما.

 

تحليل النشاط:  كانت الأسطوانتان في بداية التجربة على درجة واحدة من طاقة الوضع، لأن وزنهما كان متساوياً وتدحرجتا من الارتفاع نفسه أيضاً، لكن سرعتهما كانت مختلفة، وسبب ذلك الاختلاف هو اختلاف ترتيب الأوزان في كل منهما.

وقد تدحرجت الأسطوانة التي احتوت على أوزان في منتصف الغطاء بصورة أسرع لأن ثِقَلها كان يقع في وسطها، ما أدى إلى تدحرجها بشكل مستقيم.

 

وعلى عكس ذلك، أدى ترتيب الأوزان في الأسطوانة الثانية إلى دورانها على شكل دوائر واسعة أثناء تدحرجها، ما أدى إلى تأخر وصولها. وتملك الأسطوانتان الطاقة الحركية نفسها، كما أن سرعة قطع النقود المعدنية نفسها مماثلة تقريباً، لكن اختلاف أماكن قطع النقود أثّر في سرعة تدحرج الأسطوانتين.

وباستطاعتك أيضاً أن تستخدم كرسياً دواراً وتطلب من أحدهم تدويره من أجلك. مدّ ذراعيك أثناء الدوران، ثم أعدهما ببطء نحو الداخل. هل تستطيع أن تخمن ما سيحصل قبل أن تبدأ التجربة؟

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]