الفصل الأول : مدخل إلى علم الفيزياء A Physics Toolkit

1 - 1 الرياضيات و الفيزياء Mathematics and Physics تجربة استهلالية التحليل : اعتقد ارسطو أن الوزن عامل مؤثر في سرعة سقوط الجسم و أن سرعة سقوط الجسم تزداد مع ازدياد وزنه .. أي سرعة القطع الملتصقة أكبر أربع من سرعة القطعة المنفردة . وفقا لنظرية ارسطو , ما سرعة سقوط قطعة النقد المنفردة مقارنة بالنقود الملتصقة ماذا تسنتج ؟ التفكير الناقد : وضح تأثير كل من الخصائص التالية في سرعة سقوط الجسم : الحجم , الكتلة , الوزن , اللون , الشكل ؟ الاستنتاج : تؤثر مقاومة الهواء في معدل سقوط الأجسام , وتعتمد على شكل الجسم , وكثافة الهواء , و سرعته بالنسبة للهواء . حيث تسقط القطع الأربع المربوطة معا كما لوكانت تسقط كل منها على حدة . الهدف : استكشاف حركة جسم ساقط سقوطا حرا . هل تسقط جميع الأجسام بالسرعة نفسها ؟ كيف يؤثر وزن الجسم في سرعة سقوطه ؟ الخطوات : 1 ) الصق اربع قطع نقد معدنية من فئة 50 هللة معا باستخدام شريط لاصق . 2 ) ضع القطع النقدية الملتصقة على راحة يدك , ثم ضع بجوارها قطعة نقد منفردة 3 ) لاحظ : من خلال دفع القطع لراحة يدك أيهما أثقل : القطع الملتصقة أم القطعة المنفردة ؟ 4 ) لاحظ : أسقط القطع جميعها من يدك في الوقت نفسه , ثم لاحظ حركتها أيهما أسرع في السقوط ؟

ما الفيزياء ؟ What is Physyics ? الفيزياء هو علم دراسة المادة و الطاقة و العلاقة بينهما . الرياضيات في الفيزياء Mathematics in Physyics الرياضيات تعتبر لغة فيزيائية قادرة على تفسير الظواهر الفيزيائية المختلفة على شكل معادلات رياضية .

القانون الرياضي V I R فرق الجهد الكهربائي ووحدة قياسه الفولت V شدة التيار الكهربائي ووحدة قياسه الأمبير A المقاومة الكهربائية ووحدة قياسه الأوم Ω المعادلة ( V = I R ) تعني أن فرق الجهد V المقاس بوحدة الفولت ينتج عن حاصل ضرب شدة التيار I المقاس بوحدة الأمبير في المقاومة R المقاسة بوحدة الأوم . أمثلة حسابية إذا تحرك جسم من السكون بتسارع منتظم a فان سرعته vf بعد زمن مقداره t تعطى بالعلاقة vf = at ما تسارع دراجة تتحرك من السكون فتصل سرعتها إلى 6 m/s خلال زمن قدره 4 s ؟ ما الزمن الذي تستغرقه دراجة نارية تتسارع من السكون بمعدل 0.400 m/s2 حتى تبلغ سرعتها 4 m/s علما بان vf = at يحسب الضغط P المؤثر في سطح ما بقسمة مقدار القوة F على مساحة السطح A حيث A P = F ⁄ فإذا أثر رجل وزنه 520 N يقف على الأرض بضغط مقداره 32500 N/m2 فما مساحة نعلي الرجل ؟ أمثلة حسابية وصلت بطارية سيارة جهدها 12 V بمصباح الكوابح الذي مقاومته 3 Ω , ما شدة التيار الذي يحمل الطاقة للمصباح ؟ سلك مقاومته 5 Ω يمر به تيار شدته 2 A , فما مقدار فرق الجهد الناتج ؟ بطارية جهدها 24 V تعطي تيارا شدته 4 A يمر خلال جهاز كهربائي , احسب مقدار مقاومة الجهاز الكهربائية ؟

من خلال خبرتك هل تحتاج كرة نحاسية تسقط من ارتفاع 5 m إلى هل هذا منطقي ؟ من خلال خبرتك هل تحتاج كرة نحاسية تسقط من ارتفاع 5 m إلى 0.002 s أم إلى 17 s حتى تصل إلى سطح الأرض ؟ ما الوحدة المناسبة لقياس سرعة السيارة وما المقياس المناسب لقياس نصف قطر العين وطول الغرفة ؟ الطريقة العلمية : منهج أو أسلوب يستخدم للإجابة على تساؤلات علمية بهدف تفسير الظواهر المختلفة خطوات الطريقة العلمية : الملاحظة – السؤال – البحث – التخمين – التجربة – تحليل النتائج – الإستنتاج الفرضية : تخمين علمي عن كيفية ارتباط المتغيرات بعضها مع بعض يجري هؤلاء الطلاب تجربة تحديد قدرة كل منهم عند صعود الدرج . يستخدم كل طالب نتائجه لتوقع الزمن اللازم لرفع ثقل مختلف باستخدام القدرة نفسها . تجربة : قياس التغير في طول النابض اجمع خمس حلقات معدنية متماثلة و نابضا يستطيل بشكل ملحوظ عندما نعلق به حلقة معدنية قس طول النابض الأصلي عند تعليق : حلقة , ثم حلقتين , ثم ثلاث حلقات معدنية به . ارسم بيانيا العلاقة بين طول النابض و الكتلة المعلقة به . توقع طول النابض عند تعليق 4 ثم 5 حلقات به . اختبر توقعاتك . التحليل و الإستنتاج : صف شكل الرسم البياني وكيف تستخدمه لتوقع طولين جديدين ؟

النماذج و القوانين و النظريات ما هو النموذج ؟ وما فوائد النماذج ؟ وما الأشياء التي يمكن أن نعمل لها نماذج ؟ ولماذا هذه الأشياء ؟ النماذج و القوانين و النظريات النماذج العلمية : ظواهر ناتجة عن فكرة و معادلة تم تركيبها بالتجريب . سؤال ) ما الفرق بين النظرية العلمية والقانون العلمي ؟ القانون العلمي : قاعدة طبيعية تجمع مشاهدات مترابطة لوصف ظاهرة طبيعية . النظرية العلمية : إطار يجمع بين عناصر البناء العلمي في موضوع من موضوعات العلم و هو قادر على تفسير القانون . الاستنتاج تحليل البيانات اختبار صحة الفرضيات و ضع الفرضيات جمع البيانات تحديد المشكلة أسئلة للمراجعة : ماذا يمثل مخطط المصطلحات المجاور ؟ لماذا توصف المفاهيم في الفيزياء بوساطة المعادلات ؟  تحسب القوة المؤثرة على شحنة تتحرك في مجال مغناطيسي بالعلاقة F = Bqv حيث : F القوة المؤثرة بوحدة Kg . m/s2 - q الشحنة بوحدة A.s - v السرعة بوحدة m/s B كثافة الفيض المغناطيسي بوحدة T ( تسلا ) , ما وحدة T معبرا عنها بالوحدات أعلاه  أعد كتابة المعادلة : F = Bqv للحصول على v بدلالة كل من : F و q و B ؟ القيمة المقبولة لتسارع الجاذبية الأرضية هي 9.80 m/s2 و في تجربة لقياسها باستخدام بندول حصلت على قيمة 9.4 m/s2 هل تقبل هذه القيمة ؟ فسر اجابتك ؟

1 - 2 القياس Measurement مقدمة عندما تزور الطبيب لإجراء الفحوصات الطبية، فإنه يقوم بإجراء عدة قياسات منها : طولك، ووزنك، وضغط دمك، ومعدل دقات قلبك، وحتى نظرك يقاس ويعبر عنه بأرقام. كما يتم إخذ عينة من الدم لإجراء بعض القياسات مثل مستوى الحديد أو الكولسترول في الدم. النظام الدولي للوحدات SI Units هي عبارة عن وحدات قياس متفق عليها دوليا . سؤال ) أكتب تقريرا علميا عن أنظمة القياس في بعض الحضارات القديمة بحيث يحتوي على سلبيات كل نظام وإيجابياته ، والوحدات المستخدمة في كل نظام والعلاقة بين الوحدات ووحدات النظام الدولي ؟ الكميات الأساسية ووحدات قياسها في النظام الدولي الكمية الأساسية الوحدة الأساسية الرمز الطول length meter m الكتلة mass kilogram kg الزمن time second s درجة الحرارة temperature kelvin k كمية المادة amount of substance mole mol التيار الكهربائي electric current ampere A شدة الإستضاءة luminous intensty candela cd القياس : عبارة عن مقارنة كمية مجهولة بأخرى معيارية. فعلى سبيل المثال إذا قست كتلة عربة ذات عجلات فإن الكمية المجهولة هي كتلة العربة و الكمية المعيارية هى ( K.g) الكيلو جرام علما بان الكتلة تقاس باستخدام الميزان النابض أو الميزان ذى الكفتين . في تجربة قياس التغير الواردة سابقا، يمثل طول النابض الكمية المجهولة بينما يمثل(m) المتر الكمية المعيارية .

مقاييس الأطوال في الشريعة الإسلامية عند الحنفية عند المالكية عند الشافعية عند الحنابلة الذراع 46.375 cm 53 cm 61.834 cm الإصبع 1.923 cm 1.472 cm 2.576 cm القبضة 7.728 cm 5.888 cm 10.304 cm الشبر 11.592 cm 8.832 cm 15.456 cm الباع 1.855 m 2.12 m 2.473 m الميل 1855 m 2810 m الفرسخ 5565 m 11130 m البريد 22260 m 44520 m المرحلة 44.520 km 89.04 km

المكاييل و الموازين في الشريعة الإسلامية عند الحنفية عند الجمهور القسط 1.625 kg الكيلة 16.5 L القدح 2.0625 L العرق 48.75 kg 30.6 kg المد 812.5 g 510 g الإردب 78 kg 48.96 kg الحفنة القفيز 98 kg 24.480 kg الصاع 3.25 kg 2.04 kg الجريب 156 kg 97.92 kg الوسق 195 kg 122.4 kg المدى 45.9 kg الكر 2340 kg 1468.8 kg الفرق 6.5 kg 6.12 kg الويبة 33 L القربة 40.625 kg 38.250 kg القلة 101.56 kg 95.625 kg المكوك 3.06 kg

البادئات المستخدمة مع وحدات النظام الدولي التحويل بين الوحدات إن سهولة التحويل بين الوحدات ميزة أخرى من ميزات النظام الدولي، فللتحويل بين وحدات النظام الدولي فإننا نضرب أو نقسم على الرقم عشرة مرفوعا إلى قوة ملائمة وهنالك مجموعة بادئات تستخدم في تحويل وحدات النظام الدولي باستخدام قوة مناسبة للرقم 10 . تحليل الوحدات تستطيع استخدام الوحدات للتحقق من صحة إجابتك، فأنت تستخدم عادة معادلة أو مجموعة من المعادلات لحل مسألة فيزيائية، و للتحقق من حلها بشكل صحيح اكتب المعادلة أو مجموعة المعادلات التي ستستخدمها في الحل، وقبل إجراء الحسابات تحقق من أن وحدات إجابتك صحيحة . فعلى سبيل المثال إذا وجدت عند حساب السرعة أن الإجابة بوحدة s/m فأعرف أن هنالك خطأ في حل المسألة. هذه الطريقة في التعامل مع الوحدات باعتبارها كميات جبرية تسمى تحليل الوحدات . البادئات المستخدمة مع وحدات النظام الدولي البادئة الرمز المضروب فيه القوة مثال femto – picoo - nano - micro - milli - centi - deci - kilo – mega - giga – tera - f p n µ m c d k M G T 0.000000000000001 0.000000000001 0.000000001 0.000001 0.001 0.01 0. 1 1000 1000,000 1000,000,000 1000,000,000,000 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3 10-2 10-1 103 106 109 1012 femtosecond ( fs ) picoometer ( pm ) nanometer ( nm ) microgram ( µg ) milliams ( mA ) centimeter ( cm ) deciliter ( dL ) kilometer ( km ) megagram ( Mg ) gigameter ( Gm ) teraherttz ( THz )

 حوّل كلاً مما يلي إلى متر: معامل التحويل يستخدم تحليل الوحدات في إيجاد معامل التحويل، ومعامل التحويل هو معامل ضرب يساوى واحد صحيحيا على سبيل المثال : 1 kg =1000 g ومن هنا نستطيع بناء معامل التحويل التالي: أمثلة حسابية : كم MHz في 750 kHz ؟ حول 5201 cm إلى km ؟ كم ثانية في السنة الكبيسة علما بأن : ( السنة الكبيسة تساوي 366 يوما ) ؟ حول السرعة 5.30 m/s إلى km/h  حوّل كلاً مما يلي إلى متر: 42.3 cm .a 6.2 pm .b 21 km .c 0.023 mm .d 214 μm .e 57 nm .f  ماذا يطلق على قيم المتر التالية : a . 0.01 m b . 0.001 m c . 1000 m

Precision Versus Accuracy الدقة و الضبط Precision Versus Accuracy تمثل كل من الدقة و الضبط خاصية من خصائص القيم المقاسة . دقة القياس : هي درجة الإتقان في القياس . العوامل التي تعتمد عليها الدقة : الأداة ( الجهاز ) المستخدم في القياس . الطريقة المستخدمة في القياس . الضبط : معناه اتفاق نتائج القياس مع القيمة المقبولة في القياس . كلما كانت الأداة ذات تدريجات بقيم أصغر كانت قياساته أكثر دقة ودقة القياس تساوي نصف قيمة أصغر تدريج في الأداة . دقة القياس = ½ قيمة أصغر تدريج في الأداة دورق b مخبار a سؤال ) إذا كان أصغر تدريج في المخبار a يساوي 1mL , و أصغر تدريج في الدورق b يساوي 50mL , أيهما يعتبر أكثر دقة في القياس ؟ اختلاف زاوية النظر عند القياس : يجب أن يكون النظر للجهاز عند القياس بزاوية عامودية حتى يحصل على القياس المضبوط . أي الموازين يعطي قراءة أدق و أضبط ؟ معايرة أجهزة القياس : يتم معايرة الجهاز بضبط صفر الجهاز , ثم بمعايرة الجهاز بحيث يعطي قيمة مضبوطة و صحيحة عندما يقيس كمية ذات قيمة معتمدة , فمن الضروري اجراء الضبط الدوري للأجهزة في المختبر مثل الموازين و الجلفانومترات