السقوط الحر
تقوم احد الطالبات بتنفيذ تجربة ( الكرة والسطح المائل ) أمام زميلاتها بحيث تضع كرة على سطح مائل ثم تتركها تتدحرج ، ثم تزيد الميل بشكل أكبر وتدحرج الكرة مرة أخرى
أيّ الحالتين ( أ ) أو ( ب ) ستكتسب فيها الكرة تسارعا أكبر ؟ يعني في أي حالة ستتغيّر سرعة الكرة بشكل أكبر ؟
بالتأكيد سيلاحظ الطلاب أن الكرة في الحالة ( ب ) ستكتسب تسارعا أكبر ، لأن تزايد سرعة الكرة فيها أكبر .
هل تسارع الكرة منتظما أم لا ؟ يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أن التسارع منتظما لأن السرعة تتغير بمقدار ثابت .
ماهي القوى المؤثرة على الكرة أثناء دحرجتها ؟ يتم توجيه النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أن القوى المؤثرة على الكرة أثناء دحرجتها هي قوة الجاذبية الأرضية وقوة احتكاك الكرة بالسطح .
بعد ذلك يطلب من الطالب أن يكمل عمل التجربة بحيث يزيد في ميل السطح حتى يصبح رأسيا ويسقط الكرة ( تسقط الكرة دون ان تلامس السطح المائل ) ويتساءل المعلم ما إذا كان التسارع في هذه الحالة ( ج ) منتظما أم لا ؟ استنادا على الحالتين ( أ ) و ( ب ) .
نعم أن التسارع في الحالة ( ج ) تسارعا منتظما لأنه حالة مشابهة للحالتين ( أ ) و ( ب ) .
ماهي القوى المؤثرة على الكرة في هذه الحالة ؟ سيجيب الطلاب إلى أن القوى المؤثرة على الكرة أثناء سقوطها هي قوة الجاذبية الأرضية وقوة احتكاك الكرة بالهواء .
أن سقوط الكرة في الحالة ( ج ) يُسمى " السقوط الحر " ، وفيه تكون القوة المؤثرة الوحيدة هي قوة الجاذبية الأرضية فقط ، مع إهمال تأثير قوة مقاومة الهواء.
هل تسقط جميع الأجسام ( المختلفة في الوزن والكثافة والحجم ) بالسرعة نفسها أم لا ؟ وبمعنى آخر هل تسقط الأجسام بنفس التسارع أم لا ؟
أن جميع الأجسام لا تسقط بالسرعة نفسها أم لا ؟ وبالتالي لا تسقط الأجسام بنفس التسارع ، طبعا هذه الإجابة للطلاب بناء على مشاهداتهم لسقوط الأجسام من حولهم حيث تسقط الأجسام الثقيلة قبل الأجسام الخفيفة .
سوف نقوم بنشاط اخر وهو ان يتم اسقاط ورقة منبسطة على الأرض ، ثمّ لفها على شكل كرة متماسكة ثم اسقاطها ، سيلاحظ الطلاب أن الورقة الملفوفة تسقط بشكل أسرع من الورقة المنبسطة مع أن لهما نفس الوزن ،
وهنا يتم التساؤل كيف سقطت الورقتين في زمنين مختلفين مع أن لهما نفس الكتلة والوزن ؟ وانتم تقولون أن الأجسام الثقيلة تسقط قبل الخفيفة ؟
أن جميع الأجسام تسقط بنفس التسارع عند إهمال الاحتكاك بالهواء ، وسبب سقوط الورقة الملفوفة بسرعة أكبر هو لصغر مساحة احتكاكها بالهواء بها ممّا يؤثر في سرعة هبوط الجسم .
أيّ الحالتين ( أ ) أو ( ب ) ستكتسب فيها الكرة تسارعا أكبر ؟ يعني في أي حالة ستتغيّر سرعة الكرة بشكل أكبر ؟
بالتأكيد سيلاحظ الطلاب أن الكرة في الحالة ( ب ) ستكتسب تسارعا أكبر ، لأن تزايد سرعة الكرة فيها أكبر .
هل تسارع الكرة منتظما أم لا ؟ يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أن التسارع منتظما لأن السرعة تتغير بمقدار ثابت .
ماهي القوى المؤثرة على الكرة أثناء دحرجتها ؟ يتم توجيه النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أن القوى المؤثرة على الكرة أثناء دحرجتها هي قوة الجاذبية الأرضية وقوة احتكاك الكرة بالسطح .
بعد ذلك يطلب من الطالب أن يكمل عمل التجربة بحيث يزيد في ميل السطح حتى يصبح رأسيا ويسقط الكرة ( تسقط الكرة دون ان تلامس السطح المائل ) ويتساءل المعلم ما إذا كان التسارع في هذه الحالة ( ج ) منتظما أم لا ؟ استنادا على الحالتين ( أ ) و ( ب ) .
نعم أن التسارع في الحالة ( ج ) تسارعا منتظما لأنه حالة مشابهة للحالتين ( أ ) و ( ب ) .
ماهي القوى المؤثرة على الكرة في هذه الحالة ؟ سيجيب الطلاب إلى أن القوى المؤثرة على الكرة أثناء سقوطها هي قوة الجاذبية الأرضية وقوة احتكاك الكرة بالهواء .
أن سقوط الكرة في الحالة ( ج ) يُسمى " السقوط الحر " ، وفيه تكون القوة المؤثرة الوحيدة هي قوة الجاذبية الأرضية فقط ، مع إهمال تأثير قوة مقاومة الهواء.
هل تسقط جميع الأجسام ( المختلفة في الوزن والكثافة والحجم ) بالسرعة نفسها أم لا ؟ وبمعنى آخر هل تسقط الأجسام بنفس التسارع أم لا ؟
أن جميع الأجسام لا تسقط بالسرعة نفسها أم لا ؟ وبالتالي لا تسقط الأجسام بنفس التسارع ، طبعا هذه الإجابة للطلاب بناء على مشاهداتهم لسقوط الأجسام من حولهم حيث تسقط الأجسام الثقيلة قبل الأجسام الخفيفة .
سوف نقوم بنشاط اخر وهو ان يتم اسقاط ورقة منبسطة على الأرض ، ثمّ لفها على شكل كرة متماسكة ثم اسقاطها ، سيلاحظ الطلاب أن الورقة الملفوفة تسقط بشكل أسرع من الورقة المنبسطة مع أن لهما نفس الوزن ،
وهنا يتم التساؤل كيف سقطت الورقتين في زمنين مختلفين مع أن لهما نفس الكتلة والوزن ؟ وانتم تقولون أن الأجسام الثقيلة تسقط قبل الخفيفة ؟
أن جميع الأجسام تسقط بنفس التسارع عند إهمال الاحتكاك بالهواء ، وسبب سقوط الورقة الملفوفة بسرعة أكبر هو لصغر مساحة احتكاكها بالهواء بها ممّا يؤثر في سرعة هبوط الجسم .
ما مقدار التغيّر في المسافة التي تقطعها الكرة خلال فترات زمنية محددة ( كل ثانية مثلا ) ،ليصل بهم أن المسافة بين كل موقعين من اللقطات تزداد، وهذا يعني أن السرعة تزداد ، وبرسم العلاقة بين السرعة المتجهة والزمن يُلاحظ تغيّر السرعة بمقدار 9.8 m/s .
إشارة التسارع :
يعتمد اعتبار التسارع موجباً أو سالباً على النظام الإحداثي الذي يتم اتخاذه؛ فإذا كان النظام الإحداثي يعتبر الاتجاه نحو الأعلى موجبًا، فإن التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية عندئذ يساوي (g-) أما إذا اعتبر الاتجاه نحو الأسفل هو الاتجاه الموجب، فإن التسارع الناتج عن الجاذبية يساوي (+g) .
القذف إلى الأعلى :
في حالة القذف إلى الأعلى فإن مخطط الحركة سيكون مطابقا لحركة المقذوفة في حال سقوطها ، وذلك لأنه في حالة قذفها إلى الأعلى فإن سرعتها ستتناقص بنفس التسارع ( بإهمال الاحتكاك ) .
تسارع الجسم عند أقصى ارتفاع له أثناء تحليقه لا يساوي صفر، لان سرعة الكرة عند أقصى ارتفاع تساوي الصفر، وهذا لا يعني أن تسارعها أيضًا يساوي صفر ، لأنه لو كان كذلك فلن تتغير سرعة الكرة، وستبقى 0.0 m/s، وإذا كانت هذه هي الحالة، فإن الكرة لن تكسب أي سرعة نحو الأسفل بل ستبقى ببساطة معلقة في الهواء عند أقصى ارتفاع لها. وبما أن الأجسام المقذوفة إلى أعلى لا تبقى معلقة، فسوف تستنتج أن تسارع الجسم عند نقطة أقصى ارتفاع لطيرانه يجب أن لا تساوي صفرًا، وأن اتجاهه يجب أن يكون نحو الأسفل.
فإذا اعتبر الاتجاه للأسفل هو الاتجاه الإحداثي الموجب، فإن السرعة تزداد بقيمة موجبة أكثر فأكثر.
وإذا اعتبر الاتجاه للأسفل هو الاتجاه الإحداثي السالب، فإن السرعة تزداد بقيمة سالبة أكثر فأكثر
عربات السقوط الحر
يستخدم مفهوم السقوط الحر في تصميم العاب في مدن الالعاب بحيث تعطي راكبيها الاحساس بالسقوط الحر ويمر الراكب بثلاث مراحل
١- الصعود
٢- التعليق لحظيآ
٣- السقوط
إشارة التسارع :
يعتمد اعتبار التسارع موجباً أو سالباً على النظام الإحداثي الذي يتم اتخاذه؛ فإذا كان النظام الإحداثي يعتبر الاتجاه نحو الأعلى موجبًا، فإن التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية عندئذ يساوي (g-) أما إذا اعتبر الاتجاه نحو الأسفل هو الاتجاه الموجب، فإن التسارع الناتج عن الجاذبية يساوي (+g) .
القذف إلى الأعلى :
في حالة القذف إلى الأعلى فإن مخطط الحركة سيكون مطابقا لحركة المقذوفة في حال سقوطها ، وذلك لأنه في حالة قذفها إلى الأعلى فإن سرعتها ستتناقص بنفس التسارع ( بإهمال الاحتكاك ) .
تسارع الجسم عند أقصى ارتفاع له أثناء تحليقه لا يساوي صفر، لان سرعة الكرة عند أقصى ارتفاع تساوي الصفر، وهذا لا يعني أن تسارعها أيضًا يساوي صفر ، لأنه لو كان كذلك فلن تتغير سرعة الكرة، وستبقى 0.0 m/s، وإذا كانت هذه هي الحالة، فإن الكرة لن تكسب أي سرعة نحو الأسفل بل ستبقى ببساطة معلقة في الهواء عند أقصى ارتفاع لها. وبما أن الأجسام المقذوفة إلى أعلى لا تبقى معلقة، فسوف تستنتج أن تسارع الجسم عند نقطة أقصى ارتفاع لطيرانه يجب أن لا تساوي صفرًا، وأن اتجاهه يجب أن يكون نحو الأسفل.
فإذا اعتبر الاتجاه للأسفل هو الاتجاه الإحداثي الموجب، فإن السرعة تزداد بقيمة موجبة أكثر فأكثر.
وإذا اعتبر الاتجاه للأسفل هو الاتجاه الإحداثي السالب، فإن السرعة تزداد بقيمة سالبة أكثر فأكثر
عربات السقوط الحر
يستخدم مفهوم السقوط الحر في تصميم العاب في مدن الالعاب بحيث تعطي راكبيها الاحساس بالسقوط الحر ويمر الراكب بثلاث مراحل
١- الصعود
٢- التعليق لحظيآ
٣- السقوط