مقدمة
بسم الله الرحمن الرحيم
والحمد لله رب العالمين .. وبعد.
يسرني ان اقدم هذا البحث وان اضعه بين يدي الأستاذ العزيز في مدرستنا ..
ولقد راعيت في اعداده ان يكون واضحا سلسا فهو يتضمن على مجمل من المعلومات الاضافية في منهج الفزياء للصف العاشر لذلك قد جاءت لغة البحث بسيطة تم تبسيط المعلومات فيها على ما يتناسب مع مستوى الطلبة في هذه المرحلة ..
وقد اعتمدت في اعداد هذا البحث على مرجعين أساسين وهما:
شبكة المعلومات الدولية وبعض الكتب المتوفرة في المكتبة سيأتي ذكراها في المراجع جميعا..
واخيرا فإنني اضع هذا الجهد المتواضع بين ايدي الطلاب والمدرسين الاكارم متمنين لهم الاستفادة الشيقة من هذا البحث واضافة معومات جديدة من خارج نطاق المنهج الدراسي..
الفهرس
• مقدمة………………………………2
• الفهرس……………………………..3
• تعريف علم الفيزياء وفروعه المختلفة………………4
• القياسات الفيزيائية………………………..6
• الكثافة…………………………….7
• المرونة والعلاقة بين التشوه……………………..8
• اللزوجة……………………………..9
• ظاهرة التوتر السطحي………………………9
• المائع وضغطه…………………………..10
• قياس الضغط…………………………..11
• قاعدة أرخميدس…………………………12
• الشغل والطاقة…………………………..13
• بعض العلماء الذين برعوا في علم الفيزياء…………….15
• أوائل في الفيزياء…………………………19
• طرائف علمية………………………….20
• تعاريف فيزيائية…………………………21
• كيف ولماذا؟…………………………24
• المراجع……………………………..26
تعريف علم الفيزياء و فروعه المختلفة
اشتهر علم الفيزياء بصعوبته بالمقارنة بالعلوم الاخرى ولكن كنوع من التحدي الذي نواجهه في حياتنا فإن النجاح في دراسة الفيزياء له متعة خاصة. فمن حصل على شهادة علمية في احد تخصصات الفيزياء فإنه يكون مرشح للنجاح في العديد من المجالات التي قد يوضع بها فعلم الفيزياء يكسب دارسه العديد من المهارات ومنها على سبيل المثال ليس للحصر:
• التمثيل الرياضي لاية مشكل لايجاد الحل المنطقي لها.
• اكتساب المهارات الكافية لتصميم التجارب واجراءها،
• العمق في ايجاد تفسير لنتائج التجارب.
• اكتساب الخبرات في مجال البحث العلمي.
من يدرس الفيزياء ?
هل ترغب في معرفة كيف تعمل الاشياء من حولنا مثل الكمبيوتر والليزر والصواريخ الفضائية؟ وهل ترغب في ايجاد تفسير لما يدور في هذا الكون من ظواهر عديدة مثل الجاذبية والضوء والنجوم والعواصف والاعاصير والزلازل. هل ترغب في الشعور بمتعة الاكتشاف والمشاركة بالمعرفة العالمية واجراء التجارب العلمية واكتشاف نظريتها. اذا كنت مغرم بهذا فإن الفيزياء هي لك…
ما هو علم الفيزياء ?
علم الفيزياء هو القاعدة الاساسية لمختلف العلوم فهو يقدم التفاصيل العميقة لفهم كل شيء بدءاً بالجسيمات الاولية إلى النواة والذرة والجزيئات والخلايا الحية والمواد الصلبة والسائلة والغازات والبلازما (الحالة الرابعة للمادة) والدماغ البشري والانظمة المعقدة والكمبيوترات السريعة والغلاف الجوي والكواكب والنجوم والمجرات والكون نفسه. أي ان الفيزيائيين يختصون بمعرفة اصغر عنصر لهذا الكون وهو الجسيمات الاولية إلى الكون الفسيح مرورا بالتفاصيل التي ذكرناها.
ماذا تقدم الفيزياء لدارسيها ?
معظم العلماء المشهورين مثل اينشتين ونيوتن وماكسويل …. كانوا فيزيائيين. يمكننا ان نقول ان الفيزيائيين هم اكثر العلماء المدربين في عدة مجالات مثل الرياضيات والكمبيوتر بل انهم احيانا يتفوقون على اقارنهم المتخصصين لانهم يتعاملون مع هذه العلوم على اساس تطبيقي كما ان الفيزيائي يمكن ان يكسر الحواجز بين العلوم التطيبقية الاخرى كالكيمياء والبيولوجي والجيولوجيا والهندسة والطب ولا يجد الفيزيائي صعوبة في فهم اي نوع من العلوم المختلفة ولأهمية هذا العلم ظهرت تخصصات تجمع الفيزياء مع العلوم الاخرى مثل الجيوفيزياء والبيوفيزياء. عندما تظهر تطبيقات علمية جديدة او اجهزة متقدمة فإن علم الفيزياء يكون مطلوباً…
هل انت مرشح لدراسة الفيزياء ?
اذا كنت من المولعين بفهم وتعلم كيف تعمل الاشياء وتحب الرياضيات والكمبيوتر واجراء التجارب فإن عليك ان تصبح فيزيائياً. فإن دراسة هذا العلم سوف يشبع رغباتك وستجد في كل موضوعاته ما يزيدك زهوا وفخرا كلما اكتشفت جديد فدراسة الفيزياء مغامرة جدير بالاهتمام. ولا يجب عليك قبل التفكير في دراسة هذا التخصص بفرص العمل المتوفرة لك بعد اتمام الدراسة المهم ان تدرس ما يشبع رغباتك وان تستمتع بما تدرس ودع المستقبل للخالق.
ماذا يمكن ان يعمل متخصص الفيزياء ?
في اي مكان تتواجد فيه التكنولوجيا يجد الفيزيائي عمل له ويكون مفضل عن غيره لما يمتلكه من معلومات عن المبادئ الاساسية والخبرات الذاتية التي تؤهله للتعامل مع التكنولوجيا وتطورها بشكل اسرع. وفي الدول الصناعية المتقدمة لا يمكن ان يوجد فيزيائي عاطل عن العمل. فيمكن للفيزيائي ان يعمل في المجال الطبي حيث ان كل اجهزة التشخيص في المستشفيات يعتمد تشغيلها على الفيزياء مثل استخدام اشعة اكس والنظائر المشعة والرنين المغناطيسي والامواج فوق الصوتية واشعة الليزر والمنظار وغيرها من الاجهزة المستخدمة والتي هي تطبيقات لاكتشافات وابحاث الفيزيائيين ولا يمكن ان يكون هناك علاج بدون تشخيص فكلما تطورت وسائل التشخيص امكن التغلب على امراض كانت قاتلة. كذلك في مجال الاتصالات والاقمار الصناعية الذي يعتمد على تطور احد فروع الفيزياء وهو الالكترونيات. كما وان علم الفيزياء ضرورياً لمراكز الارصاد الجوية ومراكز التنبؤ بالزلازل ومراكز البحوث كما ان للفيزيائي دورا اساسياً في مجال التعليم لاعداد اجيال جديدة لاكمال مشوار التقدم العلمي. وكذلك في التطبيقات الصناعية ومراكز تطوير مواد جديدة ولا شك ان علم الفيزياء وراء تطور اجهزة الكمبيوتر بكافة مكوناته من المعالج إلى الذاكرة إلى الشاشة إلى اقراص الليزر وكلما تقدمت الابحاث الفيزيائية كما انعكس ذلك على تطور اجهزة الكمبيوتر وكفاءتها….
فروع الفيزياء
الفيزياء الكلاسيكية
الميكانيكا ,الديناميكا الحرارية ,الكهرباء والمغناطيسية ,الضوء…..
الفيزياء الحديثة
النظرية النسبية, الفيزياء الجزيئية, الفيزياء الذرية, ميكانيكا الكم, الفيزياء النووية, فيزياء الحالة الصلبة….
علوم فيزياء تطورت بتطور مفاهيم الفيزياء الحديثة :
الليزر ,الطاقة الشمسية, الألياف الضوئية ,الأغشية الرقيقة ,الفيزياء الإشعاعية, البلازما ,الجسيمات الأولية, الفلك…
القياسات الفيزيائية
ان أي نظرية عامة للفيزياء تتألف من مجموعة من المفاهيم وافتراضات عن التمثيل الرياضي لهذه المفاهيم وعلاقات رياضية من بين هذه المفاهيم ومن ثم قواعد لربط البنية الرياضية للقياسات الفعلية وبعد ذلك تأتي الأدلة المتراكمة الي تؤيد الافتراضيات والقواعد.
والمفاهيم الفبزيائية يمكن ان تكون كميات قياسية Scalaar Quantities أو كميات متجهة Vector Quantities وحينما نقول ان مفهوما ما هو كمية متجة او قياسية فإن ذلك يعني ان المفهوم يمكن تناوله في معادلات او معالجته رياضيا بحيث يتحدد بقيمة عددية او رياضية ومن الكميات القياسية المألوفة الكتلة Mass والطاقة Energy ودرجة الحرارة Temperature بينما تشمل الكميات المتجهة :القوة Force السرعة Velocity والتسارعAcceleration اذ يعبر عن الكمية بمقدار واتجاه بالنسبة لنقطة مرجعية ..
وهناك نوعان من الكميات الفيزيائية : الكميات الفيزيائية الاساسية وهي الكميات التي تكون معروفة بذاتها وهي لا تعرف بدلالة الكميات الفيزيائية الاخرى لذلك تسمى في بعض الاحيان بالكميات الفيزيائية غير المعرفة مثل الكتلة , المسافة, الزمن, الشحنة.
وثانيهما الكميات الفيزيائية المشتقة وهي الكميات التي يتم اشتقاقها من الكميات الاساسية وتعرف بدلالتها ولذلك تسمى احيان بالكميات المعرفة.
نظام الوحدات System of Units
ان قياس الكمية الفيزيائية يعني تحديد مقدارها بأداة القياس والمقدار يعني رقما ووحدة قياس معيارية. لذلك اتفق العلماء على استخدام وحدات معيارية للكميات الاساسية في الفيزياء(مسافة,كتلة,زمن) وبالتالي اعتمدت ثلاث فئات من الوحدات المعيارية هي:
1. النظام الدولي(SI )The International System : ويرمز له (م,كغم,ث kg,s,m, ) ويعتبر المترmللبعد,الكيلو غرامkg للكتلة,والثانيةsللزمن, والكلفن وهي وحدة لقياس درجة الحرارة.
2. النظام الغاوسي(Cgs) Gaussian:والذي يبنى على اساس السنتمترc والغرامg والثانيةs والكلفن.
3. النظام البريطانيThe British System : ويبنى على اساس القدمFoot والباوندPound والثانيةSecond ودرجة الفهرنهيت.
ولقد تم تبني النظام الدولي من قبل المؤتمر العام الحادي عشر حول الاوزان والمقاييس وميزة هذا النظام انه يشمل وحدات الكهرباء العملية الفولت الامبير الاوم والواط اما وحدتا القوة والطاقة في النظام الدولي(SI) فهما النيوتن (ن,N) والجول(ج,J).
1 ن = اكغم م/ث2 1N=kgm/sec2
1 ج = 1كغم م2/ث2 1J=kgm2/sec2
الوحدات القياسية للقياس:
وحدات الطول Length:
اسنوات عديدة كان المعيار العلمي للطول, قضيب معدني محفوظ في قبو درجة حرارته قيد الضبط بالقرب من باريس وطوله بالتعريف متر واحد,اما الآن فالشيء المعياري هو وحدة طبيعية تعتمد على الانبعاثات الذري وهو موجة ضوئية خاصة لضوء احمر- برتقالي ينبعث من ذرات نظير الكربتون86, فالمتر الواحد هو بالتعريف 1.650.763.73أطول موجة من هذا الضوء.
وحدة الزمن Time:
ان وحدة الزمن في النظام البريطاني والمتري هي الثانية وقد عرفت في الاصل ثانية واحدة من الزمن بأنها 1/86400 من اليوم ولتحسين الدقة في قياسات الزمن فقد تم منذ عام 1967م تعيين وحدة طبيعية للزمن كما هو الطول وقد عرفت المعيارية بأنها الزمن اللازم لاتمام 9192631770ذبذبة كاملة لذرة السيزيوم .
وحدة الكتلة Mass:
ان المعيار الدولي للكتلة عبارة عن اسطوانة من البلاتين والايريديوم طولها 9.9سم وقطرها 3.9سم مخزونة في مستودع في سيفر بفرنسا وتعرف ب
ان لها كتلة 1كيلوغرام وقبل المعايرة الحالية كان الكيلوغرام يعرف بأنه كتلة 1لتر من الماء في درجة 4س° وهي درجة الحرارة التي تتخذ فيها كثافة الماء حدها الاعلى.
الكثــافـة..
نعني بالكثافة :
وحدة كتل الحجوم ، أو كل ما تحتوية المادة من جزيئات ويقاس بوحدة الوزن " رطل/فوتمكعب " PSI ..
لو وضعنا ثلاثة مكعبات من الزجاج مقاس كل منهما فوت مكعب ووضعنا في الول كمية من الهواء سوف نجد وزنة يساوي 0.08 رطل ، ولو وضعنا في المكعب الثاني كمية من الماء العذب لوجدنا وزنة يعادل 62.4 رطل ، ولو وضعنا في المكعب الثالث ماء البحر المالح لوجدنا وزنة 64 رطل .
نستنتج من ذلك أن كلما زادة الكثافة زاد وزن وباتالي زاد الضغط المادة ، ونستنتج أن كثافة البحر أكثر 800 مرة عنه في الهواء .
جاء في الموسوعة العالمية: إن الكتلة العظيمة للجو غير موزعة بشكل متساوٍ بالاتجاه العامودي، بحيث تتجمع خمسون بالمئة من كتلة الجو (50 %) مـا بين سطح الأرض وارتفـاع عشريـن ألف قدم (20.000 ft) فوق مستوى البحر، وتسعون بالمئة (90 %) ما بين سطح الأرض وارتفاع خمسين ألف قدم (50,000 ft) عن سطح الأرض.
وعليه: فإن الكثافة ( Density ) تتناقص بسرعة شديدة كلما ارتفعنا بشكل عامودي، حتى إذا بلغنا ارتفاعات جد عالية، وصلت كثافة الهواء إلى حد قليل جداً.
المرونـــــة و العلاقة بين التشوه
يمكن تقسيم المواد من حيث مقدار احتفاظها بالتشوه الحاصل في إلى ثلاث أقسام :
1- مواد تامة المرونة : و هي جميع المواد التي لا تحتفظ بشيء من التشوه بعد زوال القوة المؤثرة عليها . (الزنبرك ، سلك الحديد ، الفولاذ )
2- مواد عديمة المرونة : و هي جميع المواد التي تحتفظ بكامل التشوه بعد زوال القوة المؤثرة عليها . (العجين ، الصلصال ، الطين )
3- مواد مرنة : و هي جميع المواد التي تحتفظ بجزء من التشوه الحاصل لها بعد زوال القوة المؤثرة عليها .(النحاس،المطاط،الرصاص)
تعريف المرونة :ميل المادة للعودة إلى حالتها الأصلية بعد زوال القوى عنها .
العلاقة بين التشوه الحاصل و القوة المؤثرة :
أن الزيادة الحاصلة في الطول تتناسب طردياً مع القوة المؤثرة ما دامت هذه القوة دون حد المرونة .
تعريف حد المرونة : ( أ ) هو الحد الأعلى للقوة التي يمكن التأثير بها على المادة دون أن تفقد مرونتها .
تعريف حد الاستسلام : (ب) و هو الحد الذي بعده تستمر المادة في الاستطالة مع زيادة بسيطة في قوة الشد .
تعريف حد الكسر : (جـ) و هو الحد الذي تنكسر عنده المادة . و تسمى القوة هنا بقوة الكسر.
و تعرف العلاقة بين القوة و الاستطالة بقانون هوك :
[تحت حد المرونة لمادة تحت الشد،فإن الاستطالة الحادثة تتناسب طردا مع قوة الشد المسببة لها.]
و يعبر عنه رياضياً بالعلاقة : ق = أ Dل ……………. (1)
(ق) القوة المؤثرة و حيث Dل مقدار الاستطالة (أ) ثابت التناسب و هو ثابت الصلابة = ثابت القوة (نيوتن/م)
قياس المرونـــــــــة
إذا تأثر جسم ما بقوة شد فإن هذا الجسم سوف يتشوه . فإذا أخذنا سلك معدني و علقنا فيه ثقل فإن هذا السلك سوف يتشوه (يزداد طوله) إذن من تعريف المرونة يمكن اعتماد صفة التمدد كأساس لقياس مرونة الشد لأي مادة .
اللـــزوجــة..
أن من خصائص المائع المثالي أنه عديم اللزوجة،وقد تصدق هذه الفرضية على بعض السوائل مثل الماء ،إلا أننا لانستطيع اهمال اللزوجة للزيت مثلاً والتي تبدو واضحة جداً عند نقل الزيت من وعاء لآخر .
واللزوجة تعّبر عن قوى الاحتكاك بين جزيئات المائع ، ولتكوين علاقة كمية توضّح مفهوم اللزوجة ، نأخذ مثالاً حركة المائع بين صفحتين متوازيتين مستويين المائع بين الصفحتين قبل الحركة ، وهو مقسّم إلى طبقات ، فاذا ثبتنا الصفحة السفلى وأثرنا بقوة أفقية في الصفيحة العليا فإنها ستتحرك بسرعة وستكون سرعة المائع الملامس لكلتا الصفيحتين هي نفس السرعة بسبب لزوجته ، وعليه فستبقى الطبقة السفلى ساكنة في حين تكون سرعة الطبقة العليا وتتدرج سرعة الطبقات بينهما .
ظاهرة التوتر السطحي
من منا لم يسأل نفسه لماذا قطرة الماء تبقى معلقة في صنبور الماء لبعض الوقت ? و لماذا تميل السوائل لجعل سطوحها شبه كروية ? , أيضاً لم تكون بعض الحشرات قادرة أن تمشي على سطح الماء? , و كيف بإمكاننا جعل إبرة فولاذية جافة قادرة أن تطفو على سطح الماء إذا وضعت بعناية ?.
إن سبب هذه الظواهر هو الظاهرة السطحية للسوائل التي تعرف باسم التوتر السطحي
تربط بين جزيئات المادة المتجانسة قوى تسمى قوى الجذب الجزيئية ( قوى التماسك ) تعمل على تماسك جزيئات هذه المادة بعضها ببعض , إن قيمة هذه القوى في السوائل تكون أقل مما عليه في الأجسام الصلبة و هذا ما يفسر تغير شكل السائل بتغير الإناء الموجود فيه , بالإضافة على تلك القوى يوجد قوى تؤثر بين جزيئات السائل و جزيئات الأوساط الأخرى التي تلامسها سواء أكانت حالة تلك الأوساط صلبة أو سائلة أو غازية تدعى هذه القوى ب ( قوى التلاصق ) .
الآن و اعتمادا على ما سبق سوف نوضح الفرق بين محصلة قوى الجذب الجزيئية لجزيئات السائل في أوضاعها المختلفة سواء عند السطح أو داخل السائل .
بالنسبة للجزيئات الواقعة في داخل السائل أي على بعد عدة أقطار جزيئية إلى الأسفل من سطحه , فإن كل جزيء مثل ( A ) سوف يتأثر بقوى تماسك مع جزيئات السائل الأخرى من جميع الجهات و بنفس القدر تقريباً مما يعني أن جزيء مثل ( A ) سيكون متأثر بمجموعة متزنة من القوى محصلتها معدومة . أما بالنسبة لجزيئات السائل عند السطح فإن كل جزيء مثل ( B ) سوف يكون متأثر بقوى تماسك مع جزيئات السائل من الجهة السفلى و متأثر بقوى التلاصق مع جزيئات الهواء من الجهة العليا و حيث أن كثافة السوائل أكبر بكثير من كثافة الغازات لذلك فإن محصلة هذه القوى تكون في اتجاه قوى التماسك .
أي أن كل جزيء عند السطح يكون متأثراً بقوى جذب إلى الداخل ( مما يقلل من فرصة شغله موقع سطحي ) تؤدي إلى تقلص سطح السائل ليشغل أصغر مساحة ممكنة له. و هذا يفسر الشكل الشبه الكروي لفطرات السائل و يكون عندئذ سطحها أصغرياً بالنسبة لحجم معين .
و بالتالي عدد الجزيئات الموجودة على السطح أقل من جزيئات السائل , و لذلك فإن البعد المتوسط بين الجزيئات على السطح أكبر قليلاً من البعد المتوسط داخل السائل و هذا يؤدي وسطياً إلى وجود قوى تجاذبية بين جزيئات السطح و هذا يفسر وجود التوتر السطحي.
من ناحية أخرى : يلاحظ أن للجزيئات الموجودة على سطح السائل طاقة كامنة أكبر من الطاقة الكامنة للجزيئات الموجودة وسط السائل وهذا يعود إلى أنه عندما نريد جلب جزيء من السائل إلى السطح يجب كسر عدد من روابطه أي يجب بذل عمل للقيام بذلك وهذا العمل يتحول إلى طاقة كامنة داخل الجزيء. و لكن هذا يخالف الميل الطبيعي للأجسام لتقليل طاقتها , و يتحقق ذلك في السوائل من خلال ميلها الطبيعي لتقليل مساحة سطحها إلى أقل قدر ممكن حيث يبرهن رياضياً أن ذلك يتحقق عندما يكون شكل السطح كروياً .
الآن لنعرف التوتر السطحي ( γ ) لسائل : القوة المؤثرة في وحدة الطول في سطح بزاوية قائمة على أحد جانبي خط مرسوم في السطح . في الشكل المرسوم جانباً (2) يمثل [ AB ] خطاً مرسوماً طوله ( 1 m ) على سطح سائل يقاس التوتر السطحي (γ ) بوحدة ( N/m ).
المائع وضغطه
يشغل علم الموائع السكونية حيزاً مهماً في علم الفيزياء وذلك لما يحويه من تطبيقات واسعة في حياتنا مثل صناعة السفن, وبناء السدود, الغواصات, والمضخات المختلفة وأجهزة قياس الضغط.
تعريف المائع :
يتكون المائع من مجموعة من الجزئيات المرتبة عشوائياً وتكون القوى بين الجزيئات ضعيفة, كما أن المائع يتأثر بسهولة بالقوى الخارجية المؤثرة علية من جوانب الإناء الذي يحويه أو من خارج الاناء لذلك لا يكون له شكل محدد.
والأمثلة على الموائع عديدة في حياتنا اليومية, فنحن نتنفس الموائع (الهواء) ونشرب الموائع ( الماء والسوائل الأخرى ) ويجري المائع (الدم) في عروقنا.
الضغط :
إذا وضع جسم في مائع فإن المائع يؤثر بقوة عمودية على سطح الجسم من جميع الجهات, كما يؤثر بقوى عمودية على جدران الإناء أيضاً وإذا كانت القوة المؤثرة عمودياً على سطح الجسم مساحة سطح الجسم فإن الضغط (ض) يعرف على أنه:
" القوة المؤثرة عمودياً على وحدة المساحات "
وحدة قياس الضغط:
وحدة قياس الضغط هي ( نيوتن/ م2) وسميت هذه الوحدة ( باسكال ) نسبة للعالم الفرنسي الشهير. والباسكال وحدة صغيرة جداً لذلك يلزم تعريف مضاعفات للباسكال.
1 بار = 100.000 باسكال = 510 باسكال .
1 ملي بار = 100 باسكال.
قيــاس الضـغـط
أولاً : قياس الضغط الجوي :
يعرّف الضغط الجوي على أنه "وزن عمود الهواء الممتد من سطح الأرض وحتى آخر طبقات الغلاف الجوي والمؤثر على وحدة المساحات" .
ويمكن قياس الضغط الجوي باستخدام :
أ- الباروميتر الزئبقي
هي أداة تستخدم لقياس الضغط الجوي . والباروميتر هو أنبوب زجاجي طويل مفتوح من أحد الطرفين يملأ بالزئبق ثم ينكّس في حوض فيه زئبق.
وإذا وُضع الباروميتر عند مستوى سطح البحر فإن مستوى الزئبق في الأنبوب سينخفض حتى يصل إرتفاعه ( من مستوى سطح الزئبق في الحوض ) إلى 76 سم . وسيترك فراغاً فوق سطح الزئبق يحوي بخار الزئبق والذي عادة ما يكون ضغطه صغيراً جداً إلى درجة يمكن إهماله . ويسمى هذا الفراغ "فراغ تورشيللي".
سؤال : لماذا يستخدم الزئبق في الأنبوب ؟
جواب : نظراً لعدة أسباب :
1- كثافة الزئبق عالية لذلك يكون ارتفاع عمود الزئبق يساوي ( 76 سم ) في حين أنه إذا استخدم الماء يكون ارتفاع العمود يساوي ( 10 م ) وهذا غير عملي أثناء الإستخدام .
2- درجة غليان الزئبق عالية جداً ولذلك فإن تبخره قليل .
3- قوى التماسك بين ذرات الزئبق أعلى من قوى التلاصق بينه وبين الزجاج لذا تكون القراءة دقيقة في حين أن قوى التماسك بين جزيئات الماء أعلى من قوى التلاصق بينها وبين الزجاج فتكون هناك نسبة خطأ في القراءة .
4- لونه مميز يمكن رؤيته من خلال الزجاج .
والآن ماذا نستطيع أن نقول عن علاقة ضغط النقطة ( أ ) بضغط النقطة ( ب ) ؟؟؟
بما أن النقاط على نفس المستوى الأفقي .
إذاً ض ب = ض أ
النقطة ( ب ) تقع تحت تأثير الضغط الجوي في حين أن النقطة ( أ ) تقع تحت تأثير ضغط 76 سم زئبق .
ض. = ض أ = ل زئبق × ث زئبق × جـ
= 0.76 × (13.6 × 1000) × 9.81
= 101396.16 باسكال
= 1.0139616 بار
وبذلك نستطيع القول أنه يمكن التعبير عن قيم الضغط الجوي بقيم متعددة :
1) ض. = 76 سم زئبق
2) = 760 ملم زئبق
3) = 101400 باسكال
4) = 1.014 بار
يتغير الضغط الجوي تبعاً للإنخفاض أو الإرتفاع عن سطح البحر . هل تستطيع عزيزي الدارس أن تتبيّن متى يزيد الضغط الجوي ومتى يقل ؟؟
ب- الباروميتر المعدني ( باروميتر آرينويد )
نظراً لصعوبة التعامل عملياً مع الباروميتر الزئبقي قام العلماء بتصميم الباروميتر المعدني والذي تقل دقته عن الباروميتر الزئبقي . إلا أنه تميز بسهولة قراءته وسهولة حمله .
ويتكون الباروميتر من صندوق معدني مرن الجوانب محكم الغلق يكتوي على هواء بضغط منخفض ، فكلما كان الضغط أعلى تُضغط جوانبه للداخل كما في الشكل وبذلك يتحرك المؤشر مشيراً إلى قيمة الضغط .
ملاحظة :
تتم معايرة الباروميتر المعدني باستخدام الباروميتر الزئبقي .
قـاعـدة أرخـمـيـدس
مقدمة :
هل تساءلت يوماً كيف تطفو السفينة المصنوعة من الفولاذ على سطح الماء؟ وكيف تغوص الغواصات تحت الماء؟ ولماذا تشعر بأنك أخف وزناً وأنت تسبح تحت الماء؟
للتعرف على ذلك نقوم بالنشاط التالي:
1-علق جسماً باستخدام ميزان نابضي وسجل قراءة الميزان .
2-أحضر حوض فيه ماء كالموضح في الشكل مع دورق إزاحة وأغمر الجسم المعلق بالميزان النابضي فيه ، ماذا تلاحظ ؟
3-أوجد وزن الماء المزاح وسجله.
ما هي الإستنتاجات التي حصلت عليها ؟
1-عند غمر الجسم بالماء ينقص وزنه .
2-ينقص وزن الجسم بمقدار قوة دفع الماء له ( قوة الطفو) .
3-حجم الماء المزاح = حجم الجزء المغمور من الجسم أو الجسم كله
4-قوة الطفو = وزن الماء المزاح
5-قوة الطفو = وزن الجسم الحقيقي – وزن الجسم الظاهري
كل الإستنتاجات السابقة يمكن تلخيصها في قاعدة أرخميدس التي تنص على " إذا غمر جسم في سائل فإنه يفقد من وزنه بمقدار وزن السائل المزاح ".
ولإستنتاج التعبير الرياضي لهذه القاعدة :
لو قمنا بغمر جسم على شكل متوازي مستطيلات مساحة سطحه العلوي والسفلي(س)وارتفاعه(ع) في سائل ما كثافته(ثَ)وغاص الجسم إلى عمق مقدراه (ل)(من سطح السائل إلى السطح العلوي للجسم).
ماذا نستنتج ؟
القوة التي يؤثر بها السائل على السطح السفلي للجسم أكبر منها على سطحه العلوي, ومحصلة هاتين القوتين هي قوة إلى أعلى تعمل على دفع الجسم إلى أعلى ( قوة الطفو ) وهي المسؤولة عن نقصان وزن الجسم عند غمره في السائل.
قوة الطفو = القوة المؤثرة على السطح السفلي للجسم – القوة المؤثرة على السطح العلوي للجسم
= ض سفلي ( مساحة السطح السفلي ) – ض علوي ( مساحة السطح العلوي )
= ( ل + ع ) ثَ جـ س – ل ثَ جـ س
= ل ثَ جـ س + ع ثَ جـ س – ل ثَ جـ س
= ع ثَ جـ س
لكن ع × س = حجم السائل المغمور = حجم السائل المزاح
قوة الطفو = حجم السائل المزاح × ثَ × جـ
= كتلة السائل × جـ
= وزن السائل المزاح
وزن الجسم في السائل ( الوزن الظاهري ) = وزن الجسم في الهواء – وزن السائل المزاح
= ح ث جـ ـ ح ثَ جـ
وزن الجسم الظاهري = ح جـ ( ث ـ ثَ )
الشغل والطاقة
الشغلWork:
اذا تأثر جسم ما بقوة خارجية ثابتة مثل (F) وعلى ازاحة(S) باتجاه هذه القوة فإن الشغل وفق المفهوم الفيزيائي الذي تنجزه هذه القوة يساوي حاصل ضرب مقدار القوة في مقدار الازاحة أي ان: W=F.S
اما اذا اثرت قوة خارجية مثل(F) على جسم وكانت الزاوية التي تصنعها هذه القوة مع اتجاه الحركة (حركة الجسم) هي (y) فيمكن اعتبار هذه القوة تساوي حاصل جمع متجهين مستقلين من مركبتي القوة السينية(FO) والصادية(Fу) .
FO=Fcosy
Fу=sin
يمكن تعريف الشغل كلآتي:
((يساوي الشغل حاصل ضرب مقدار مركبة القوة الخارجية المؤثرة على الجسم بأتجاه إزاحته في مقدار الازاحة التي تحدثها هذه القوة أي ان )):
W=F.s cosy
حيث y هي الزاوية المحصورة بين متجهي القوة(F ) والازاحة (S ) ومن التعريف السابق للشغل يمكن ملاحظة النقاط التالية:
1. ان الشغل كمية عددية بالرغم من انه حاصل ضرب كميتين متجهتين.
2. يُعرّف الشغل على امتداد مدة زمنية وليس للحظة ويعتمد على كل من القوة الخارجية المؤثرة على الجسم زعلى ازاحته فإذا كانت y أقل من 90° فإن الشغل(W) التي تنجزه القوة يكون موجبا واذا كانت y أكبر من 90° فإن القوة في هذه الحالة تعاكس الحركة ويكون الشغل المنجز سالبا.
3. اذا أمكن تحليل القوة الى مجموع قوتين او اكثر فالشغل المنجز بمحصلة القوة على طول مسار الجسم يساوي مجموع الاشغال المنجزة من قبل مركبات القوة التي تم تحليلها.
4. يتلاشى الشغل تحت ثلاث شروط هي :
أ- اذا انعدمت القوة…..(في حالة جسم معزول من أي مؤثر خارجي).
ب- اذا انعدمت الازاحة.
ت- اذا تعامدت القوة الخارجية المؤثرة على الجسم مع الازاحة حيث يكون الشغل الذي تنجزه القوة(Fу) يساوي صفرا.
5. يقاس الشغل بوحدة القوة المضروبة في وحدة المسافة أي (نيوتن – متر) ويطلق عليها اسم ((جول)) في وحدات النظام الدولي:
1 نت × م = جول 1N.m=j
الطاقة الكامنة Potential Energy :
هي الطاقة التي يتم اكتسابها على حساب الموقع ويرمز لها بالرمز U لنفرض اننا رفضنا جسما ساكنا كتلتهm الى ارتفاع h عن سطح الارض وترك ساكنا.
في هذه الحالة نكزن انجزنا شغلا ضد وزنه(mg) لكن لم يحصل أي تغير في الطاقة الحركية للجسم بل بقيت على حالها مساوية صفرا. إذ ان سرعته عند ارتفاع h هي نفسها كما كانت عند سطح الارض إلا ان الجسم اكتسب طاقة بمقتضى موضعه ويمكن توضيح ذلك بسهولة بأن نجعل الجسم يسقط الى موضعه الاصلي وعندها تصبح سرعته تساوي:v=√2gh .
وطاقته الحركية تساوي:
k = ½mv² =½m{√2gh}² =mgh.
ان تعريف الطاقة الكامنة للجذب الاراضي للجسم هو الشغل mgh الناتج ضد قوة جذب الارض (mg) لرفع جسم كتلته (m) مسافة (h) فوق مستوى معين يدعى بالمتسوى الصفري حيث تساوي الطاقة الكامنة عنده صفرا, أي ان :
U = mgh .
اما الشغل المنجز من قبل قوة جذب الارض على جسم كتلته (m) يرتفع مسافة عمودية مقدراها (h) فيساوي( -mgh)ووحدة الطاقة الكامنة في النظام الدولي هي الجول.
بعض العلماء الذين برعوا في علم الفيزياء.:
ألبرت آينشتاين والنظرية النسبية
من هو البرت اينشتين ولماذا ذاع صيته في ارجاء الارض؟ أذا لم تعرف الاجابة تابع ما ينشر على هذا الموقع بعنوان البرت اينشتين والنظرية النسبية….. !
البرت اينشتين عالم فيزيائي قضى حياته في محاولة لفهم قوانين الكون. كان اينشتين يسأل الكثير من الأسئلة المتعلقة بالكون ويقوم بعمل التجارب داخل عقله. فقد عاش اينشتين عبقريا باجماع كافة علماء عصره وبلغ اسمى درجات المجد العلمية بخلاف العديد من العلماء الذين ماتوا دون ان يحظوا بمتعة النجاح والتألق فمثلاً العالم ماندل الذي وضع قوانين الوراثة لم يعرف احد أنه هو الذي وضع هذه القوانين إلا بعد وفاته بخمسين عام، كذلك العالم والطبيب العربي ابن النفيس الذي اكتشف الدورة الدموية في جسم الانسان لايزال مجهولا حتى الآن وغيره من الأمثلة.. كانت عبقرية اينشتين من نوع مختلف فلم يكن احد يفهم شيء عن نظريته النسبية أو تطبيقاتها ولكن الجميع اقر بمنطقها. فقد جاءت النظرية النسبية الخاصة لتحير العلماء وتغير مفاهيم الفيزياء المعروفة.
ويروي أن آينشتين كان يقف في أحد شوارع هوليود مع شارلي تشابلن فتجمع حولهما المارة، فقال آينشتين لتشابلن ((لقد تجمع الناس لينظروا إلى عبقري يفهمونه تمام الفهم وهو أنت، وعبقري لا يفهمون من أمره شيئاً وهو أنا)).. العديد من العلماء بلغوا مراتب علمية عالية نتيجة لمجهودهم الفكري أو الفني فمثلاً اديسون وبيكاسو وأبن سينا والمتنبي اجمع الناس على تفوقهم وعبقريتهم لأنهم لمسوا ورأوا قيمة ما يقدمون من اكتشافات واختراعات. وهذا لم يحدث مع آينشتين حيث كانت عبقريته من نوع مختلف فما هو الذي قدمه آينشتين؟ وعن ماذا كانت عبقريته؟ وما قيمة ما قدمه؟ وعن أي شيء تتحدث. كل ما هو معروف أنه وضع النظرية النسبية. فإذا ماحاول المرء قراءة النظرية النسبية إلا وجد نفسه غارقاً في بحر من الألغاز لدرجة انه شاع القول بأن هناك عشرة في العالم يفهمون النظرية النسبية وهنا يجب أن اؤوكد أن هذا غير صحيح وسوف نقوم من خلال هذه المقالة تقديم شرح مبسط للنظرية النسبية الخاصة ونتائجها لتكون في مستوى القارئ العادي..
حياة آينشتين
ولد آلبرت أينشتين في 14 مارس 1879 في ألمانيا في مدينة صغيرة تسمى أولم وبعد عام انتقلت اسرته إلى ميونخ. كان والده هرمان صاحب مصنع كهروكيميائي. وكانت والدته بولين كوخ من عشاق الموسيقى وكان له اخت تصغره بعام. تأخر آينشتين عن النطق وكان يحب الصمت والتفكير والتأمل ولم يهوى اللعب كأقرانه. لم يكن يعجبه نظام المدرسة وطريقة التعليم فيها التي تحصر الطالب في نطاق ضيق ولا تدع له مجالاً للأبداع واظهار امكانياته.
اهدى له والده بوصلة صغيرة في عيد ميلاده العاشر وكان لها الاثر البالغ في نفسه وبابرتها المغناطيسية التي تشير دائما إلى الشمال والجنوب واستخلص هذا الطفل بعد تأمل عميق أن الفضاء ليس خالياً ولا بد وأن فيه ما يحرك الاجسام ويجعلها تدور في نسق معين. تعلق آينشتين في شبابه بعلم الطبيعة والرياضيات وبرع فيهما في البيت وليس في المدرسة ووجد متعة في علم الهندسة وحل مسائلها. تعلم الموسيقى وهو في السادسة من عمره وكان يعزف على الة الكمان.
كانت اكبر مشكلة له اضطراره لدراسة اللغات والعلوم الانسانية التي لا تطلق للفكر العنان وانما حفظها للحصول على الشهادة وكان كثيرا ما يحرج اساتذة الرياضيات لتفوقه عليهم وطرده احد الاساتذة من المدرسة قائلاً له ((أن وجودك في المدرسة يهدم احترام التلاميذ لي)) سافر بعدها ليلتحق بوالديه في ميلانو بعد ان تركوه لمشاكل مادية في ميونخ والتحق هناك في معهد بولوتيكنيك ولكنه رسب في جميع امتحانات الالتحاق فيما عدا الرياضيات فارشده مدير المعهد ليدرس دبلوم في احدى مدن سويسرا ليتمكن بعد عام من الالتحاق في البوليتكنيك. في عام 1901 بلغ اينشتين من العمر 21 عاماً وبعد عناء طويل للحصول على عمل يعيش منه حصل على وظيفة في مكتب تسجيل براءات الاختراع في برن. قرأ الكثير عن اعمال العلماء والفلاسفة ولم تعجبه كتاباتهم حيث وصفها بالسطحية والبعد عن العمق الفكري الذي يبحث عنه.في العام 1905 وضع آينشتين خلال عمله في مكتب تسجيل الأختراعات العديد من النظريات التي جعلت من العام 1905 عاماً ثورياً في تاريخ العالم. واسترعت نتائج نظرياته اهتمام علماء الفيزياء في كافة جامعات سويسرا مما طالبوا بتغير وظيفته من كاتب إلى استاذ في الجامعة وفي عام 1909 عين رئيسا للفيزياء النظرية في جامعة زوريخ ثم انتقل إلى جامعة براغ الألمانية في 1910 ليشغل نفس المنصب ولكنه اضطر لمغادرتها في العام 1912 بسبب رفض زوجته مغادرة زوريخ…..
من أعمال أينشتين نذكر…..
في عام 1905 نشر اينشتين اربعة ابحاث علمية الأولى في تفسير الظاهرة الكهروضوئية والبحث الثاني للحركة الابروانية للجزيئلت والثالثة لطبيعة المكان والزمان والرابعة لديناميكا حركة الأجسام الفردية. كان البحثين الأخيرين الاساس للنظرية النسبية الخاصة والتي نتج عنها معادلة الطاقة E=mc2 وبتحويل كتلة متناهية في الصغر امكن الحصول على طاقة هائلة (الطاقة النووية)..في العام 1921 حصل أينشتين على جائزة نوبل لأكشتافه قانون الظاهرة الكهروضوئية التي حيرت هذه الظاهرة علماء عصره.
** وضع اينشتين الاسس العلمية للعديد من المجالات الحديثة في الفيزياء هي:
النظرية النسيبة الخاصة
النظرية النسبية العامة
ميكانيكا الكم
نظرية المجال الموحد
وحتى يومنا هذا يقف العلماء عاجزين عن تخيل كيف توصل اينشتين لهذا النظريات ولا سيما وأن التجارب التي تجرى حتى الأن تؤكد صحة نظريات اينشتين وينشر ما يقارب 1000 بحث سنوياً حول النظرية النسبية..
قبل الحديث عن النظرية النسبية الخاصة وتطبيقاتها سوف نلقي بعض الضوء على حياة اينشتين…
قال عنه زميله في برلين العالم الفيزيائي لندتبورغ ((كان يوجد في برلين نوعان من الفيزيائيين: النوع الأول آينشتين، والنوع الآخر سائر الفيزيائيين)).
مع اندلاع الحرب العالمية ظل آينشتين يتابع اعماله العلمية في برلين وركز نشاطه على التوسع في نظرية الجاذبية التي نشرها في العام 1916 وهو في الثامنة والثلاثين من عمره. حاول الكثير من الاحزاب السياسية زجه في نشاطاتهم ولكنه كان دائما يقول انني لم اخلق للسياسة وفضل الانعزال والوحدة قائلاً ((ان الفرد المنعزل هو وحده الذي يستطيع أن يفكر وبالتالي أن يخلق قيما جديدة تتكامل بها الجماعة)) هذا ادى إلى دفع معارضيه للنيل منه. احيكت له المؤامرات والدسائس مما زاع صيته في مختلف انحاء العالم ووجهت له الدعوات من العديد من الجامعات للتعرف عليه وسافر إلى ليدن بهولندا وعين استاذاً في جامعتها. وأسف الكثيرون في ألمانيا رحيله لأن شهرته العظيمة في الخارج من شأنها ان تعيد إلى المانيا هيبتها التي فقدتها في الحرب. وتلقى كتب ودعوات من وزير التربية ليعود إلى بلده فعاد وحصل على الجنسية الألمانية لانه في ذلك الوقت كان لايزال محتفظاً بجنسيته السويسرية.
كثرت الدعوات التي تلقاها اينشتين بسبب شهرة نظريته النسبية وكان يقابل في كل مرة يلقي فيها محاضرة باحتفال هائل يحضره عامة الناس ليتعرفوا على هذا الرجل بالرغم من عدم المامهم بفحوى النظرية النسبية ولكن اهتمام الناس به لم يسبق لعالم ان حظي به من قبل فكان يستقبل استقبال المعجبين لفنان مشهور. لقد كان تقرير صادر عن البعثة الفلكية الانجليزية عام 1919 الذي تؤيد فيه صحة نبوءة آينشتين عن انحراف الضوء عند مروره بالجو الجاذبي من اهم دواعي شهرته العالمية. ولكن لكونه الماني الجنسية كان صيته في انجلترا قليل وبدعوة من اللورد هالدين توجه آينشتين إلى انجلترا وقدمه هالدين قائلا ((إن ما صنعه نيوتن بالنسبة إلى القرن الثامن عشر يصنعه آينشتين بالنسبة إلى القرن العشرين)).
يروى أنه تم الاعلان عن جائزة قدرها خمسة آلاف دولار لكاتب احسن ملخص للنظرية النسبية في حدود ثلاثة آلاف كلمة فتقدم ثلاثمائة شخص وحصل على الجائزة رجل من محبي الفيزياء ايرلاندي الجنسية عمره 61 عاماً في 1921.
ظل آينشتين يسافر بين بلدان العالم من فرنسا إلى اسبانيا إلى فلسطين وإلى الصين واليابان وحصل على جائزة نوبل في 1923 وسلمه اياها ملك السويد وبعدها استقر في برلين وكان الزوار من مختلف انحاء العالم يأتون له ويستمتعون بحديثه ولقاءه حتى عام 1929 والتي فيها بلغ من العمر الخمسين عاماً قرر الاختفاء عن الانظار ولم يكن احد يعلم اين يقيم.
كان آينشتين محبا للسلم ويكره الحرب وفي نداء تلفزيوني إلى تورمان رئيس الولايات المتحدة الاسبق قال ((لقد كان من المفروض أول الامر أن يكون سباق التسلح من قبيل التدابير الدفاعية. ولكنه اصبح اليوم ذا طابع جنوني. لأنه لو سارت الامور على هذا المنوال فسيأتي يوم يزول فيه كل أثر للحياة على وجه البسيطة)).
في 18 ابريل من العام 1955 وفي مدينة برنستون مات ذلك العبقري وأخذ الناس يتحدثون عن آينشتين من جديد وتنافست الجامعات للاستئثار بدماغ ذلك الرجل عساها تقف من فحصه على اسرار عبقريته.. كان آينشتين يعيش بخياله في عالم اخر له فيه الشطحات والسبحات وكانت الموسيقى سبيله الوحيد للتنفيس عن ثورته العارمة وكان الكون بالنسبة له مسرحا ينتزع منه الحكمة فغاص في ابعاده السحيقة وبهذا نكون قد لخصنا قصة حياة اسطورة القرن العشرين .
الحسن بن الهيثم
هو أبو علي الحسن بن الهيثم، والمهندس البصري المتوفى عام 430 هـ، ولد في البصرة سنة 354 هـ على الأرجح. وقد انتقل إلى مصر حيث أقام بها حتى وفاته. جاء في كتاب (أخبار الحكماء) للقفطي على لسان ابن الهيثم: ( لو كنت بمصر لعملت بنيلها عملاً يحصل النفع في كل حالة من حالاته من زيادة و نقصان ). فوصل قوله هذا إلى صاحب مصر، الحاكم بأمر الله الفاطمي، فأرسل إليه بعض الأموال سراً، وطلب منه الحضور إلى مصر. فلبى ابن الهيثم الطلب وارتحل إلى مصر حيث كلفه الحاكم بأمر الله إنجاز ما وعد به. فباشر ابن الهيثم دراسة النهر على طول مجراه، ولما وصل إلى قرب أسوان تنحدر مياه النيل منه تفحصه في جوانبه كافة، أدرك أنه كان واهماً متسرعاً في ما ادعى المقدرة عليه، وأنه عاجز على البرّ بوعده.
حينئذ عاد إلى الحاكم بالله معتذراً، فقبل عذره وولاه أحد المناصب. غير أن ابن الهيثم ظن رضى الحاكم بالله تظاهراً بالرضى، فخشي أن يكيد له، وتظاهر بالجنون، وثابر على التظاهر به حتى وفاة الحاكم الفاطمي. وبعد وفاته عاد على التظاهر بالجنون، وخرج من داره، وسكن قبة على باب الجامع الأزهر، وطوى ما تبقى من حياته مؤلفاً ومحققاً وباحثاً في حقول العلم، فكانت له إنجازات هائلة
ويصفه ابن أبي أصيبعة في كتابه (عيون الأنباء في طبقات الأطباء) فيقول: (كان ابن الهيثم فاضل النفس، قوي الذكاء، متفنناً في العلوم، لم يماثله أحد من أهل زمانه في العلم الرياضي، ولا يقرب منه. وكان دائم الاشتغال، كثير التصنيف، وافر التزهد…)
لابن الهيثم عدد كبير من المؤلفات شملت مختلف أغراض العلوم.
وأهم هذه المؤلفات: كتاب المناظر، كتاب الجامع في أصول الحساب، كتاب في حساب المعاملات، كتاب شرح أصول إقليدس في الهندسة والعدد، كتاب في تحليل المسائل الهندسية، كتاب في الأشكال الهلالية، مقالة في التحليل والتركيب، مقالة في بركار الدوائر العظام، مقالة في خواص المثلث من جهة العمود، مقالة في الضوء، مقالة في المرايا المحرقة بالقطوع، مقالة في المرايا المحرقة بالدوائر، مقالة في الكرة المحرقة، مقالة في كيفية الظلال، مقالة في الحساب الهندي، مسألة في المساحة، مسألة في الكرة، كتاب في الهالة وقوس قزح، كتاب صورة الكسوف، اختلاف مناظر القمر، رؤية الكواكب ومنظر القمر، سمْت القبلة بالحساب، ارتفاعات الكواكب، كتاب في هيئة العالم.
ويرى البعض أن ابن الهيثم ترك مؤلفات في الإلهيات والطب والفلسفة وغيرها إن كتاب المناظر كان ثورة في عالم البصريات، فابن الهيثم لم يتبن نظريات بطليموس ليشرحها ويجري عليها بعض التعديل، بل إنه رفض عدداً من نظرياته في علم الضوء، بعدما توصل إلى نظريات جديدة غدت نواة علم البصريات الحديث. ونحاول فيما يلي التوقف عند أهم الآراء الواردة في الكتاب زعم بطليموس أن الرؤية تتم بواسطة أشعة تنبعث من العين إلى الجسم المرئي، وقد تبنى العلماء اللاحقون هذه النظرية. ولما جاء ابن الهيثم نسف هذه النظرية في كتاب المناظر، فبين أن الرؤية تتم بواسطة الأشعة التي تنبعث من الجسم المرئي باتجاه عين المبصر.
بعد سلسلة من اختبارات أجراها ابن الهيثم بيّن أن الشعاع الضوئي ينتشر في خط مستقيم ضمن وسط متجانس اكتشف ابن الهيثم ظاهرة انعكاس الضوء، وظاهرة انعطاف الضوء أي انحراف الصورة عن مكانها في حال مرور الأشعة الضوئية في وسط معين إلى وسط غير متجانس معه. كما اكتشف أن الانعطاف يكون معدوماً إذا مرت الأشعة الضوئية وفقاً لزاوية قائمة من وسط إلى وسط آخر غير متجانس معه.
وضع ابن الهيثم بحوثاً في ما يتعلق بتكبير العدسات، وبذلك مهّد لاستعمال العدسات المتنوعة في معالجة عيوب العين من أهم منجزات ابن الهيثم أنه شرّح العين تشريحاً كاملاً، وبين وظيفة كل قسم منها
توصل ابن الهيثم إلى اكتشاف وهم بصري مراده أن المبصر، إذا ما أراد أن يقارن بين بعد جسمين عنه أحدهما غير متصل ببصره بواسطة جسم مرئي، فقد يبدو له وهماً أن الأقرب هو الأبعد، والأبعد هو الأقرب. مثلاً، إذا كان واقفاً في سهل شاسع يمتد حتى الأفق، وإذا كان يبصر مدينة في هذا الأفق (الأرض جسم مرئي يصل أداة بصره بالمدينة)، وإذا كان يبصر في الوقت نفسه القمر مطلاً من فوق جبل قريب منه (ما من جسم مرئي يصل أداة بصره بالقمر)، فالقمر في هذه الحالة يبدو وهماً أقرب إليه من المدينة.
أوائل في الفيزياء
~ أول من استعمل الأشعة الشمسية سلاحا .
~ أرخميدس الصقلي ولد في سيراتوسيا عام 287 ق . م من أعظم علماء الرياضيات .
~ أول من اخترع البندول .
~ أبو سعيد عبد الرحمن بن أحمد بن يونس المصري توفي عام 399 هـ .
~ أول من بنى تلسكوبا .
~ غاليليو غاليلي عالم فلك ورياضيات وطبعة ومؤسس علم الفيزياء الكلاسيكية ( 1564 – 1642 م ) .
~ أول من اكتشف الجاذبية الأرضية .
~ إسحق نيوتن المولود عام 1642 م في قرية إنجليزية .
~ أول من وضع فرضا علميا للنظرية الموجبة عن الضوء .
~ كريستيان هوكرز ( 1629 – 1695 م )عالم فيزيائي هولندي .
~ أول من لاحظ الكهرباء .
~ تاليس الميليني الفيلسوف الإغريقي ( 600 ق . م ) .
~ أول ضوء كهربائي.
~ الإنجليزي فرانسيس هوكسبي عام 1700. م
~ أول من ولد الموجات الكهرومغناطيسية.
~ هنريك رودولف هرتز الألماني (1857 – 1894 م).
~ أول من قال بأن المادة مؤلفة من جسيمات منفصلة.
~ لوكيبوس الميليتي في القرن الخامس ق . م .
~ أول من اكتشف عنصر الراديوم .
~ مدام ماريا كوري مع زوجها بييركوري وهي أول من يفوز بجائزة نوبل مرتين.
~ أول من اكتشف الأشعة الكونية.
~ الدكتور هيس عام 1911 م.
~ أول من حاول أن يقدر مقدار الأرانيوم للقنبلة الذرية.
~ البريطانيون عام 1941 .
~ أول قنبلة ذرية ألقيت.
~ ألقيت على هيروشيما باليابان في 6 أغسطس 1945 م.
~ أول مرة استخدمت الطاقة الشمسية.
~ في شيلي عام 1882 م ، عندما بني أول جهاز للطاقة الشمسية.
~ أول من اكتشف الليزر.
~ تاونس وجوردن وزيجر في معهد ماساتشوستس بكامبرج في الولايات المتحدة الأمريكية عام 1951 م
~ أول من اخترع ترمومتر زئبقي.
~ المخترع الألماني جابرييل فاهرنهايت عام 1715 م
~ أول من ابتكر المكيف الهوائي.
~ العرب في العصر العباسي اخترعوا جهاز البادهنج ومعناه فوهة الهواء.
طرائف علمية
تعتبر الطرائف العلمية مدخل لتدريس العلوم فهي تثير الإنتباه و الدهشة لدى الطالب و هذا أمر مهم يحتاج إليه المعلم كي يصل إلى هدفه بسهولة و يسر و هنا سوف نتعرض لبعض الطرائف العلمية و النوادر المدهشة التي يمكن اتخاذها عونا بعد الله في مساعدة معلم الفيزياء لإيصال المعلومة للطالب في المرحلة الثانوية بوجه الخصوص و طلابنا في جميع المراحل عامة .
أتحداك أن تزحزح الأرض … يا أرخميدس:ـ ( الروافع) :ـ
قال أرخميدس لو وجدت نقطة ارتكاز لرفعت الأرض ، و لو وجدت هناك أرضاَ ثانية لأنتقلت إليها و حركت أرضنا من مكانها ـ نعم يمكن ذلك من الناحية النظرية و لكن هناك اعتبارات أخطأ فيها أرخميدس هل تعرفها ؟
و الأرض تسقط على التفاحة أيضاً يانيوتن ( قانون نيوتن الثالث للحركة ) :ـ
سأل الطالب المعلم بعد أن فهم نص قانون نيوتن الثالث و قال يا أستاذ إذا كان الحصان يجر العربة و العربة تجر الحصان بالقوة نفسها و لكن باتجاه معاكس فمعنى ذلك أن العربة لن تتحرك فلماذا نراها تتحرك اذن ؟
فأجاب المعلم لقد نسي زميلكم أن القوتين غير متعادلتين لأنهما تؤثران على جسمين مختلفين : فالأولى تؤثر على العربة وتؤثر الثانية على الحصان لذا فإن القوى المتساوية إذا أثرت على الجسم نفسة فإن قانون نيوتن الثالث ينطبق عليها تماماً ـ أما إذا أثرت على أجسام مختلفة فإن لكل تأثير يختلف بإختلاف الجسم و طبيعته و على مقدار المقاومة التي يبديها ضد تلك القوة .
رحم الله الاحتكاك :ـ
بعد أن شرح المعلم معنى الاحتكاك و أهميته في المشي و الوقوف و اهتراء الملابس و تفتت الجبال و غيرها الكثير ‘ سأل الطالب قائلا ماذا لو لم يكن هناك احتكاك ؟ قال المعلم لو اختفى الاحتكاك لما استطعت أن تمسك بالقلم و لزلت بك قدمك فتقع على الأرض … و هناك من الأمثلة الكثير.
الجاذبية …في اجازة ( قانون الجاذبية العام ) :ـ
عندما فكر كولومبس أن يعبر المحيط الأطلسي كان كثير من الناس يعتقدون أن الأرض منبسطة فقالو ان كولومبس سوف يسقط فور و صوله لحافتها و لم يعلموا ان الأرض كروية أو شبه كروية فما أن انتهى المعلم من كلامه حتى باذره سؤال من بعيد يقول نعم و إلا لكان الناس الذين في أسفل الكرة الأرضية سائرين و رؤوسهم إلى أسفل و لا يمكن هذا قطعا فكيف تكون حياتهم اذن؟
فقال المعلم للطالب تعال و أشر أمام زملائك إلى أسفل فأشار بأصبعة إلى الأرض ثم قال له أشر إلى أعلى فأشار الى السماء فقال المعلم لو سألنا نفس السؤال لأحد الطلاب في بلاد بعيدة عنا فهل يتفق معك في الاجابة ـ قال نعم ـ قال المعلم اذن اسفل الذي تشير اليه و يشير اليه اي طالب أخر هو مركز الأرض كما أن فوق هو بعيدا عن مركز الأرض و هذا هو الخطأ الذي لا يعرفه كثير من الناس.
(خواص السوائل بحر لا يغرق فيه أحد.
سأل الطالب هل هناك بحر لا يغرق فيه أحد فعلاً يا أستاذ فقال المعلم نعم يقع هذا البحر في الأرض المحتلة فلسطين و يسمى البحر الميت و لكن ما تفسير ذلك علميا؟ إن مياه البحر الميت مالحة جداً لذا فإن مياهه أثقل من مياه البحار الأخرى و هذا سبب استحالة الغرق فيه.
تعاريف فيزيائية:
المصطلح الفيزيائي التعريف
المائع هو كل مادة لها خاصية الجريان كالسوائل أو الانتشار كالغازات
الضغط (ض) هو القوة العمودية المؤثرة على وحدة المساحات .
نص مبدأ باسكال إذا سلط ضغط إضافي على سائل محصور فإن هذا الضغط سوف ينتقل إلى جميع أجزاء السائل بالتساوي
نص قاعدة أرخميدس إن الجسم المغمور في مائع يتعرض إلى قوة تدفعه رأسياً نحو الأعلى مقدارها يساوي ثقل المائع الذي يزيحه هذا الجسم
المائع المثالي هو المائع الذي يمتاز بما يلي:غير قابل للانضغاط – عديم اللزوجة – جريانه غير دوامي (دوراني) – جريانه منتظم
نص مبدأ برنولي إن ضغط المائع المثالي يقل إذا زادت سرعته .
معادلة برنولي مجموع الضغط و الطاقة الحركية و طاقة الوضع لوحدة الحجوم يساوي مقدار ثابت
مقياس فنتوري هو جهاز بسيط يستخدم لحساب سرعة التدفق لسائل معين خلال أنبوب ما
تعريف اللزوجة هي مقياس لمقدار قوة الاحتكاك الداخلي بين طبقات المائع مع بعضها أثناء الجريان وجدران الوعاء الذي يجري بداخله المائع
معامل اللزوجة ( مل ) هو النسبة بين إجهاد القص و معدل التغير في مطاوعة القص للمائع .
إجهاد القص هو النسبة بين القوة الأفقية الموازية للسطح و مساحة السطح
معدل المطاوعة هو النسبة بين التغير في السرعة للطبقة العلوية إلى سمك المادة اللزجة (السائل)
قانون ستوكس قوة مقاومة المائع لكرة تسقط سقوطاً حراً فيه تتناسب طردياً مع لزوجة هذا المائع ، و قطر الكرة و سرعتها الحدية
تعريف الديناميكا الحرارية هو العلم الذي يهتم بالعلاقة بين الحرارة و الشغل .
النظام الديناميكي الحراري هو كمية معينة (ثابتة) من المادة معزولة عن الوسط المحيط بها .
الاتزان الحراري تصل الأجسام المتلامسة لحالة الاتزان الحراري عندما ينعدم انتقال الحرارة بينها .
الإجراء الديناميكي الحراري هو عبارة عن تغير في حالة النظام من حالة لأخرى بسبب إضافة ( أو سحب ) حرارة أو شغل .
المسار هو عبارة عن الحالات التي تمر بها خواص النظام مثل : الضغط ، الحجم ، درجة الحرارة )
الدورة الديناميكية الحرارية و هي مرور النظام بعدة اجراءات بحيث تتطابق بداية و نهاية الاجراءات .
النظام المغلق هو النظام الذي حدوده لا تسمح بتبادل المادة مع محيط النظام و لكن تسمح بتبادل الشغل و الحرارة ، أي أن كتلة المادة ثابتة
النظام المعزول هو النظام الذي حدوده لا تسمح بتبادل المادة أو الطاقة مع محيط النظام
النظام المفتوح هو النظام الذي يسمح بتبادل المادة و الطاقة مع محيط النظام ، أي أن كتلة المادة غير ثابتة إلا في حالة السريان المستقر
القانون الأول للديناميكا كمية الحرارة التي يمتصها(أو يخرجها) النظام تساوي مجموع التغير في الطاقة الداخلية للنظام ، و الشغل الذي يبذله النظام
الإجراء العكوس لنظام هو الإجراء الذي يمكن عكس اتجاهه بعد حدوثه دون التسبب في إحداث أي تغيير على النظام و الجو المحيط به .
الآلة الحرارية هي جهاز يقوم بتحويل الحرارة إلى شغل ميكانيكي و ذلك نتيجة انتقال الحرارة إلى هذا الجهاز من مصدر حراري (مستودع حراري) ذي درجة حرارة عالية ، و طرده الحرارة إلى خزان ذي درجة حرارة منخفضة
كفاءة الآلة الحرارية النسبة بين ما تبذله من شغل خارجي إلى الطاقة الحرارية الكلية التي تأخذها من المستودع الساخن خلال دورة كاملة
صيغة كلفن- بلانك من المستحيل بناء آله حرارية تعمل بحيث تمتص الحرارة من مستودع حراري واحد و تحويلها كلياً إلى شغل ميكانيكي
صيغة كلاوزيوس من المستحيل بناء آله حرارية تعمل بحيث تمتص الحرارة من مستودع حراري ذي درجة حرارة منخفضة ، و تطردها إلى مستودع آخر ذي درجة حرارة أعلى دو الحاجة إلى بذل شغل ميكانيكي
قانون التوصيل الحراري كمية الحرارة المنقولة بالتوصيل خلال جسم جامد تتناسب عكسياً مع طوله و طردياً مع كل من مساحة مقطعه و الفرق في درجة الحرارة بين طرفيه و الزمن الذي تم فيه انتقال الحرارة .
الممال الحراري (الانحدار) هو تغير في درجة حرارة الموصل لكل متر من طوله عندما تنتقل الحرارة عمودياً على مساحة مقطعه العرضي .
معدل انتقال الحرارة بالتوصيل هي كمية الطاقة الحرارية التي تنفذ من سطح معين في الثانية الواحدة .
العزل الحراري للمباني هو محاولة لتقليل الحرارة التي تدخل للمبنى صيفاً أو تخرج منه شتاءً .
معامل انتقال الحرارة بالحمل هو معدل الطاقة الحرارية المنقولة عبر سطح مساحته 1م2 بتأثير فرق في درجة الحرارة قدره 1 °م .
معامل الامتصاص النسبة بين الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجسم و الطاقة الإشعاعية الساقطة على هذا الجسم .
الجسم الأسود المثالي هو الجسم الذي يمتص جميع الطاقة الإشعاعية الساقطة عليه . أي أن معامل امتصاصه 100%
نص قانون فين يتناسب طول موجة التردد الأكثر كثافة (ل) في طيف الإشعاع الصادر عن جسم ما عكسياً مع درجة حرارته المطلقة (كـ) .
شدة المجال الكهربائي عند أي نقطة ( ح ) مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة
المجال الكهربائي المنتظم هو المجال الذي يكون ثابت الشدة و الانتجاه (تكون خطوطه مستقيمة و متوازية) .
الجهد الكهربائي لجسم هو الضغط الكهربائي للجسم الذي يحدد انتقال الشحنات الكهربائية منه أو إليه عند ملامسته لجسم آخر .
الإلكترون فولت هو مقدار الطاقة التي يكتسبها أو يفقدها إلكترون يتحرك بين نقطتين فرق الجهد بينهما واحد فولت .
الفاراد السعة الكهربائية لموصل إذا أعطي شحنة مقدارها 1 كولوم تغير جهده بمقدار 1 فولت .
المكثف الكهربائي هو جهاز يعمل على تخزين الشحنات الكهربائية .
التيار الكهربائي هو حركة الشحنات الكهربائية في ناقل باتجاه معين و بتأثير مجال كهربائي .
شدة التيار الكهربائي (ت) معدل الشحنات الكهربائية (ش) المارةخلال مقطع ما من الموصل في الثانية الواحدة .
التحليل الكهربائي هو تغير كيميائي يحدثه التيار الكهربائي
نص قانون فراداي الأول كتلة المادة المتحررة( أو المترسبة) بالتحليل الكهربائي تتناسب طردياً مع كمية لكهرباء المارة في وعاء التحليل .
المكافئ الكهروكيميائي (هـ) هو كتلة المادة المترسبة بالتحليل الكهربائي عند مرور كمية من الكهرباء قدرها 1 كولوم .
قانون فراداي الثاني أن كتلة المادة المتحررة في عملية التحليل الكهربائي تتناسب طردياً مع الوزن المكافئ الجرامي (م)
كيف و لماذا ؟
سوف تجد أيها القاريء العزيز في هذه الصفحة اجابات لبعض الأسئلة التي تهمنا في مجال الفيزياء و هي تعليلات لضواهر طبيعية أو تفسيرات لقوانين فيزيائية وجدت أنها مفيدة لك سواء كنت طالباً أو معلماً ولكن إحذر أن :ـ تعتبر هذه الايجابات هي الحقيقة التي لا تقبل النقض و لكن إعتبرها محاولة جادة بذلها العلماء للتفسير تنظر إلى الاجابات قبل قرأءة التساؤلات التي تعتبر هي الأهم إذا أردت أن تتعلم فحاول أن تفكر في الاجابة
فكر ثم فكر … خذ الوقت الكافي للتفكير … أعد النظر أكثر في التساؤلات
السماء الزرقاء :ـ
هل تستطيع تفسير ذلك التنوع الجميل في شفق السماء عند الغروب و ذلك اللون الأزرق الجميل و ما هو جزء السماء الأكثر زرقة و لماذا لا يكون لون السماء جميعها منتظماً و لماذا لا تكون السماء زرقاء في الليل
الطباشير ذو الصرير :ـ
لماذا تحدث قطعة الطباشير صريراً بشعاً إذا أنت أمسكتها بطريقة غير سليمة ؟ و ما السبب في اهمية الإتجاه في ذلك ؟ لماذا تحدث بعض الابواب صريراً و لماذا تحدث إطارات السيارات صريراً أثناء زحفها على الأرض بعد توقفها المفاجئ
إصبع على حافة كأس العصير :ـ
لماذا تصدر كأس العصير نغمة عندما تجر إصبعك مبتلة على حافتها دائرياً ؟ ما الذي يثير الزجاج بالضبط؟ و لماذا يتحتم أن تكون الإصبع مبتلة و ليس بها آثار دهنية ؟ ما الذي يحدد النغمة ؟ و هل يكون اهتزاز الحافة طولياً أم مستعرضاً ؟ و أخيراً لماذا يظهر بطن في نموذج اهتزاز العصير مختلفاً عن موقع الإصبع بمقدار 45 درجة
اهتزاز الطبلة ذات الغشاءين :ـ
إذا قرعت طبلة ذات غشاءين على أحد غشاءيها ، فإن كلا الغشاءين يتذبذبان و لو أنه من الممكن أن لا يهتز الغشاءان معا عند أي لحظة معينة ، و الظاهر أن كلا الغشاءين يغذي الآخر بالذبذبات و تسكن حركة الغشاءين تقريباً ، بصورة دورية . ما السبب في حدوث ذلك ؟ ألم يخطر ببالك الظن بوجوب توافق ذبذبات الغشاءين ؟ ما الذي يحدد التردد الذي تنتقل به الطاقة من أحد الغشاءين إلى الآخر ذهاباً وجيئة ؟
تسجيل الأصوات على الاسطوانات :ـ
إذا أدرت مفتاح الصوت في الحاكي ( الفونوغراف) ليخفف الصوت تماماً و استمعت إلى الصوت الصادر عن الإبرة مباشرة ، فيمكنك سماع النغمات العالية حيثما وجدت في المعزوفة الموسيقية .
التلفون الخيطي:ـ
كيف يعمل التلفون الخيطي الذي يلعب به الأطفال الصغار ؟ و كيف تتوقف النغمة التي تسمع في علبة الاستقبال على شدة توتر الخيط و كثافته و على حجم العلبة و ما مقدار الطاقة الاضافية بالتقريب التي تنتقل خلال الخيط في التلفون الخيطي زيادة عما ينقل منها بدونه
نقر شريط المطاط :ـ
ترتفع نغمة وتر الجيتار بزيادة شده فماذا يحدث إذا زيد شد شريط من المطاط مشدود بين السبابة و الابهام هل تتغير نغمته بزيادة الشد ؟ الجواب لا فإنها تبقى على ما هي تقريباً و إذا تغيرت فعلاً فإنها تنخفض بدلاً من أن ترتفع ، ما السبب في هذا الاختلاف بين شريط المطاط و وتر الجيتار .
أصوات الماء في غليانه :ـ
عندما نسخن الماء لصنع القهوة أو الشاي فإن صوت الماء ينبئنا ببدء غليانه و يبدأ هذا الصوت بهسيس ينمو ثم يخفت ليحل محله صوت أجش أكثر خشونه و عندما يبدأ الماء في الغليان فعلاً يصير الصوت رقيقاً ، فهل يمكنك تفسير هذه الأصوات و بصفة خاصة رقة الصوت عندما يبدأ الماء بالغليان فعلاً ؟
تمزيق القماش :ـ
ما السبب في أنه كلما زادت السرعة التي تمزق بها قطعة من القماش ارتفعت نغمة صوت التمزيق ؟
فرقعة الأصابع :ـ
ما سبب الفرقعة التي تحدث عندما تفرقع أصابعك ؟ و لماذا يلزم الانتظار مدة من الزمن قبل أن تفرقعها مرة أخرى ؟
الأذن تتوسد الأرض :ـ
لماذا كان الكشافة في الجيش يتوسدون الأرض و يضعون آذانهم عليها لاستبيان قدوم راكبي الخيل غير المرئيين من مسافة بعيدة؟ وإذا كان باستطاعتهم سماع ذبيب حوافر الخيل من خلال الأرض فما سبب عدم استطاعتهم سماعه من خلال الهواء ؟
المراجع:
www.hazemsakeek.8m.com
https://www.hsphysics.net/phyhoway.htm
https://www.phy4all.net/physics/physics.htm
كتاب الفيزياء العامة 1 ( الدكتور شمس الدين علي ) + كتاب الفيزياء العامة 1 ( الدكتورين : زكريا حسني ظلام و أيمن كسيبي )
كتاب أساسيات الفيزياء
صراحة طررر تستاهل احلى تقييم ++
جزاك الله كل ألف خير
يعطيك العافيه
مجهوود رااائع
تستحق التقييم