ما هي الميكانيكا ؟وماهي فروعها وما هي قوانينها ؟ وما ارتباطها بعلم الفيزياء
مرحباً بكم متابعينا الأعزاء طلاب وطالبات العلم في موقع باك نت.baknit الموقع التعليمي المتميز والمتفوق بمنهجية الإجابة الصحيحة والنموذجية من مرحلة التعليم الابتدائي والمتوسط والثانوي bac 2023 كما يسرنا بزيارتكم أن نقدم أهم المعلومات والحلول وأفضل الأسئله بإجابتها الصحيحه من شتى المجالات التعلمية من مقرر المناهج التعليمية 2022 2023 وكما عودناكم أعزائي الزوار في صفحة موقع باك نت أن نطرح لكم ما تبحثون عنه وهو ......ما هي الميكانيكا ؟وماهي فروعها وما هي قوانينها ؟ وما ارتباطها بعلم الفيزياء
. وتكون الإجابة على سؤالكم هي على النحو التالي
ما هي الميكانيكا ؟وماهي فروعها ؟
وما ارتباطها بعلم الفيزياء التوضيح في ما يلي:
الميكانيكا mechanics: علم يدرس مواضيع وقوانين وصف الحركة kinematics
و علم التحريك dynamic الديناميكا
و علم الاتزانstatic الاستاتيكا
علم وصف الحركة kinematics
يدرس وصف حركة الاجسام باستعمال مفاهيم المكان و الزمان بصرف النظر عن مسببات الحركة.
علم التحريك dynamics:
يدرس مسببات حركة الاجسام و العلاقات بين حركتها و القوى المؤثرة عليها و خصائص الاجسام الصلبة.
علم الاتزانstatics:
يدرس الشروط اللازمة لحفظ الاجسام في حالة اتزان.
و يقصد بالحركة الميكانيكية التغير الذي يحدث بمرور الزمن لمواضع الاجسام المادية في الفراغ بالنسبة لبعضها البعض,ان الحركة غير منفصلة عن المادة بل انها واحدة من اهم الخواص المعبرة عن وجودها.
الكميات الهندسية
يوجد في الميكانيك ثلاث كميات هندسية رئيسية غير محددة و تعتبر الاساس في تركيب الكميات الهندسية الاخرى و هي:
الطول length : و هو المسافة بين نقطتين L
الزمن time: و هو الوقت الذي يستغرقه حدوث اية عملية t
الكتلة mass : وهي تعبر عن مقدار المادة او الجزيئات m
الموجودة فيها.
تتناسب كتلة الجسم مع وزنه,اذ ان وزن الجسم يعبرعن مقدار جذب الارض للكتلة.
اما الكميات الهندسية المشتقة فتنشأ عن ارتباط الطول و الزمن و الكتلة بعلاقات معينة و اهمها السرعة, التسارع,القوة,الشغل,الطاقة,القدرة, العزم...
السرعةvelocity:
وهي معدل تغير المسافة التي يقطعها جسم ما بالنسبة للزمن.
فاذا كان جرار يسير بسرعة منتظمة و قطع مسافة xفي وقت قدره t فان سرعته خلال هذه الفترةv = x / t [ m / s ]
التسارعacceleration
وهي معدل تغير السرعة بالنسبة للزمن.
فاذا تحرك جرار بسرعة ابتدائيةv1 و زادت سرعته بعد زمنt و اصبحت v2 فان تسارع الجراريصبح
a=v2 – v1 / t [m. s-2]
القوة force
وهي الفعل الذي يؤثر على جسم ما فيعمل على تحريكه اذا كان ساكنا او يسبب تغيير حركته مقدارا او اتجاها او كليهما
قوانين نيوتن
هنالك مجموعة من القوانين التي وضعها نيوتن و التي تعتبر اساسا لفهم التطبيقات و الاستنتاجات الرئيسية لعلم الميكانيكا و هذه هي:
القانون الاول:
تحافظ النقطة المادية على حالة السكون او الحركة المنتظمة على خط مستقيم ما لم تجبر على التغيير من قبل قوة خارجية
القانون الثاني
إن التسارع الذي تكتسبه نقطه مادية بفعل قوة مؤثرة عليها يأخذ اتجاه القوة و يتناسب معها طرديا من حيث المقدار. و هذا يعني بان تسارعا لا صفريا ينبغي ان يدل على وجو د قوة لا صفرية,
تعرف الوحدة الدولية IS النيوتن كالتالي:
هي القوة اللازمة لمنح كتلة kg1 تسارع مقدارهm.s-2 1 و يعبر عنها بدلالة الوحدات الاساسية kg.m.s-2 =1N 1
نجد ان هذا القانون يربط بين القوة و حركة الجسم و خصائصه.فاذا اثرت قوة F على جسم معين كتلتهm واكسبته تسارعا a فان هذا القانون يصبح
F = m . a [N]
القانون الثالث
لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار و معاكس له في الاتجاه.
انواع القوى الميكانيكية
للقوى الميكانيكية اشكال متعددة و مختلفة اهمها:
قوة الجر Traction Force
وهي القوة التي تسحب الجسم باتجاه معين فتسبب شده او استطالته.
قوة الضغط compression force
و هي القوة التي تكبس على الجسم بمقدار كتلتها فتؤدي الى تقارب الجزيئات من بعضها البعض وذلك اذا كان الجسم طريا كحبيبات التربة.
قوة الجذب الارضيattraction force
وهي القوة التي تجذب الاجسام الموجودة على سطح الارض او فوقها نحو مركز الكرة الارضية.
فاذا سقط جسم سقوط حر تحت تاثير الجاذبية الارضية فان تسارع الجسم الساقط يكون تسارع الجاذبية الارضيةg و قيمته 9,8 1 m. s -2
لذلك فان قوة الجذب الارضي و هي تساوي وزن الجسم w تعطى حسب قانون نيوتن كالتالي:
w = m . g [N]
قوة رد الفعل reaction force
اذا اثرت قوة ما على جسم فان هذا الجسم يقاوم القوة المؤثرة بقوة تساويها في المقدار و تعاكسها في الاتجاه.
قوة الطرد المركزي centrifugal force
و هي القوة المتولدة عن دوران الجسم حول مركز معين, و تتوقف هذه القوة على كتلة الجسم و سرعة دورانه و بعده عن المركزr و تعطى هذه القوة كالتالي:
FC = m v2 / r [N]
قوة الاحتكاك friction force
وهي القوة الناشئة نتيجة حركة سطح جسم ما على سطح جسم اخر.
الشغلwork
اذا قام جرار بجر مقطورة زراعية بقوة افقية ثابتهF لمسافة s في اتجاه القوة فيقال ان تلك القوة بذلت شغلا مقداره:w = F . S [JOUL]
هذا يعني ان الشغل هو حاصل ضرب القوة في الازاحة و هو كمية قياسية تعين بالمقدار فقط.و لا يعرف عند لحظة او نقطة بل على امتداد فترة .
الطاقة energy E
انها المقدرة على انجاز شغل و لها اشكال متعددة منها: الميكانيكية,الحرارية,الكهربائية.الذرية...
من أهم ما تمتاز به الطاقةالمختلفة هو امكانية تحويل احدها للاخر لتحقيق غرض معين و هنا نركز على الاشكال الميكانيكية للطاقة و التي اهمها:
طاقة الوضع EP potential energy
وهي الطاقة التي يكتسبها الجسم اما بفعل تركيبه او بفعل ارتفاعه عن منسوب معين.
فمثلا اذا رفعنا جسم من سطح الارض الى ارتفاع معين فاننا نبذل شغلا للتغلب على جاذبية الارض للجسم أي برفعنا الجسم نكون قد اكسبناه خاصية جديدة لم يمتلكها من قبل و هي القدرة على انجاز شغل و تسمى هذه القابلية على انجاز الشغل بالطاقة.
و الشغل في هذه الحالة هو حاصل ضرب وزن الجسم m . g في الارتفاع h أي ان:
EP = m . g .h [ J ]
طاقة الحركةkinetic energy
هي الطاقة التي يكتسبها الجسم بفعل حركته.
ان جزيئات الجسم في حالة حركة مستمرة و الحرارة التي يحتويها جسم هي طاقة حركة
هذه الجزيئات. فالجرار المتحرك و الجسم الساقط يحتوي على طاقة حركة تتولد فيها بفعل حركتها و تعطى طاقة حركة الجسم بنصف حاصل ضرب كتلة الجسم في مربع سرعته:EK=1/2 m . V2 [ J ]
القدرة ( P ) Power
هي معدل تغير الشغل المبذول بالنسبة للزمن
p = w / t = F S / t = F . v [watt]
و تقاس القدرة بوحدة الواط او الحصان الميكانيكيhorse power HP
1HP = 746 watt
الكفاءة الميكانيكية m Mechanical Efficiency η
من المعروف أن كل محرك يقوم بتوليد قدرة ميكانيكية يستفاد منها في رفع أجسام وتدوير آلات ومعدات مختلفة ، إلا انه في الحقيقة لا يمكن الاستفادة من كامل القدرة التي يولدها المحرك نظرا لان جزء من هذه القدرة يفقد في الاحتكاك وفي تدوير العمود الرئيس له الذي ينفل القدرة إلى الآلات المراد تشغيلها.
لذلك فإن القدرة الفعلية effecting power Pe التي يمكن الاستفادة منها تقل عن القدرة النظرية أو البيانية indicated power Pi التي يولدها المحرك بمقدار الفقد في القدرة .
وتسمى نسبة القدرة الفعلية إلى القدرة البيانية بالكفاءة الميكانيكية وتعطى كنسبة مئوية
ηm = Pe / P i X 100%
مثال : محرك كفاءته الميكانيكية 90% استخدم لرفع جسم كتلته 250 كغم. أوجد القدرة التي يولدها هذا المحرك إذا كانت سرعة الرفع 2م \ ثانية ؟
Pe=F . v= m. g. v =250X10X2 =5000 W
η= P/PX100%
Pi=P e / η m X100 =5000/90X100 =5555,55 w
عزم الدوران τ Torque
إن عزم قوة بالنسبة لنقطة أو لمحور عبارة عن مقدار القوة على إحداث دوران في الجسم المؤثر عليه حول النقطة أو المحور ويحسب العزم بضرب القوة F بذراعها العمودي (البعد العمودي بين خط عمل القوة ومحور الدوران) على اتجاهها L
τ= F x L (N. m)
وعزم الدوران هذا هو كمية متجهة بعدها الفيزيائي وبعد القوة في المسافة ووحدتها الدولية هي (N. m)
