ملخص وشرح درس تحديد تسارع السقوط الحر لمادة الفيزياء للصف الحادي عشر الفصل الدراسي الاول
نقدم لكم ملخص وشرح درس تحديد تسارع السقوط الحر لمادة الفيزياء للصف الحادي عشر الفصل الدراسي الاول
يتناول هذا الدرس الطرق المختلفة التي يمكن من خلالها تحديد قيمة تسارع السقوط الحر، والذي يرمز له عادة بالحرف (g).
يُعرف تسارع السقوط الحر بأنه مقدار التسارع الذي تكتسبه الأجسام عندما تسقط نحو الأرض تحت تأثير الجاذبية فقط، دون تأثير مقاومة الهواء.
رابط تنزيل ملخص وشرح درس تحديد تسارع السقوط الحر لمادة الفيزياء للصف الحادي عشر الفصل الدراسي الاول
الطريقة الأولى: القفز بالحبل المرن
تُستخدم هذه الطريقة لقياس زمن السقوط قبل أن يبدأ الحبل في إبطاء حركة الجسم.
بمعرفة طول الحبل والزمن الذي تستغرقه الحركة، يمكن حساب قيمة تسارع الجاذبية باستخدام معادلات الحركة الخطية.
يُفترض في هذه الطريقة أن الجسم بدأ من السكون تمامًا عند لحظة القفز.
الطريقة الثانية: التجربة الإلكترونية باستخدام الكرة والمغناطيس
في هذه التجربة، تُثبت كرة فولاذية بمغناطيس كهربائي ثم تُسقط عندما يُفصل التيار الكهربائي، فيبدأ المؤقت الإلكتروني بالعد.
عندما تصطدم الكرة بجهاز استقبال في الأسفل، يتوقف المؤقت، وبذلك يُقاس الزمن الذي استغرقته الكرة أثناء السقوط.
من خلال معرفة الارتفاع والزمن، يمكن تحديد تسارع الجاذبية بدقة.
هذه الطريقة تُعد من التجارب الدقيقة في المختبر لأنها تعتمد على القياس الإلكتروني للزمن.
الطريقة الثالثة: القياس البياني في المختبر
تُعتبر هذه الطريقة من أكثر الطرق دقة في تحديد قيمة تسارع الجاذبية.
يتم إسقاط الكرة من ارتفاعات مختلفة وقياس الزمن في كل مرة.
بعد ذلك، تُرسم علاقة بيانية بين الارتفاع ومربع الزمن.
يكون شكل المنحنى خطًا مستقيمًا يبدأ من نقطة الأصل، ومن ميل هذا الخط يمكن تحديد قيمة تسارع الجاذبية بدقة عالية.
كلما زادت عدد القراءات، تحسنت دقة النتائج التجريبية.
مصادر عدم اليقين في التجربة
قد تظهر أخطاء في القياس تؤثر على دقة النتيجة، منها:
- احتفاظ المغناطيس ببعض المغناطيسية بعد فصل التيار، مما يؤخر سقوط الكرة قليلًا.
- عدم دقة ساعة القياس أو جهاز التوقيت.
- تأثير مقاومة الهواء عند سقوط الكرة.
تؤدي هذه العوامل إلى تسجيل زمن سقوط أطول، وبالتالي إلى تقليل القيمة المحسوبة لتسارع الجاذبية مقارنة بالقيمة الحقيقية.
كما يمكن حساب النسبة المئوية لعدم اليقين في قيمة تسارع الجاذبية، والتي تعتمد على نسب عدم اليقين في قياس الارتفاع والزمن.
الطريقة الرابعة: استخدام النابض الزمني
في هذه الطريقة تُسقط كتلة صغيرة تسحب شريطًا ورقيًا يمر عبر نابض زمني يترك نقاطًا متتالية عليه.
من خلال قياس المسافات بين النقاط وعددها يمكن حساب السرعة والتسارع.
للحصول على نتائج دقيقة يجب أن تكون الكتلة كبيرة بما يكفي لتقليل تأثير الاحتكاك ومقاومة الهواء.
أمثلة وتطبيقات عملية
- تطبيق واقعي: يمكن تقدير تسارع الجاذبية عند إسقاط جسم من مكان مرتفع، مثل قمة جرف، ثم حساب متوسط السرعة والسرعة النهائية ومنهما التسارع.
في بعض الحالات تكون القيمة المحسوبة أقل من القيمة المعروفة لتسارع الجاذبية على الأرض بسبب مقاومة الهواء أو أخطاء القياس. - تطبيق بياني: يمكن رسم العلاقة بين الارتفاع والزمن لاستخراج قيمة تسارع الجاذبية من ميل الخط البياني.
إذا كانت القيمة الناتجة صغيرة جدًا، فقد تُشير إلى أن القياس تم في بيئة مختلفة مثل سطح القمر حيث تكون الجاذبية أضعف.
الاستنتاج
من خلال هذه الطرق المختلفة يمكن تحديد قيمة تسارع الجاذبية الأرضية بدقة متفاوتة تبعًا للأدوات المستخدمة.
الطريقة البيانية في المختبر تُعد الأدق لأنها تقلل من تأثير الأخطاء البشرية وتتيح تحليل النتائج إحصائيًا.
ملاحظة:
يحتوي الملف الأصلي على المعادلات الرياضية الكاملة لحساب تسارع الجاذبية، مع أمثلة رقمية محلولة ورسوم بيانية توضيحية لكل طريقة تجريبية.
الرابط المختصر للمقال: https://oman22.com/?p=20774
