القوة الحركة و المرجع 1 as
الوحدة : 3 القوة الحركة و المرجع
يبرز الأستاذ في هذه الوحدة دور المرجع في الدراسة حيث يكتشف التلميذ من خلال الأنشطة المقترحة أن وصف الحركة يختلف من ملاحظ لآخر و ذلك باختلاف المرجع الذي تسند إليه الحركة.
تحسيس التلميذ بأهمية معلم الدراسة و أن تغيير معلما عطاليا بمعلم عطالي آخر لا يغير من طبيعة الحركة.
الكفاءات المستهدفة:
1- يوظف مبدأ العطالة لتفسير وضعيات إشكالية مختلفة.
2- يتعرف على دور الملاحظ ( المرجع) في وصف الحركة.
3- يكتشف أن وصف الحركة يختلف من ملاحظ لآخر باختلاف المرجع الذي تسند إليه الحركة.
4- يتعرف على المعلم المعتمد في دراسة الحركات.
5- يدرك أن حركة متحرك تتعلق بالمرجع المختار و بالشرطين الإبتدائيين الخاصين بالموضع و السرعة.
6- يدرك أنه لا يمكن تعيين معلم عطالي مطلق لكن اعتبار المعلم عطالي في شروط معينة و كل معلم صالح لدراسة نوع معين من الحركات.
الوحدة رقم 3: القوة الحركة و المرجع
الجزء الأول:
العرض:
يقترح الأستاذ على القسم الوضعية التالية:
يسير درّاج بسرعة ثابتة على طريق أفقية، فيترك كرة تسقط من يده و من دون أن يقذفها
حسب رأيك، أين سيكون الدرّاج و درّاجته عندما تلمس الكرة الأرض؟
مثّل برسم، وكما تتخيّله، شكل مسار مركز الكرة وكذا المواضع المتتالية للكرة مأخوذة من أجل مجالات زمنية متساوية ومتعاقبة، وذلك ابتداء من اللحظة التي ترك فيها الدرّاج الكرة تسقط إلى اللحظة التي لمست فيها الكرة الأرض.
مرحلة الانطلاق: (10 دقائق)
يوزّع الأستاذ على التلاميذ البطاقة رقم 01. يعمل التلاميذ في أفواج من أربعة أفراد ويسجلون اقتراحاتهم على شفافية (يستنسخ الرسم المعطى في البطاقة رقم01 على الشفافية و يُكمل من طرف التلاميذ مرفوقا بشرح مختصر).
مرحلة الصياغة: (5 دقائق)
يتوجّب إذن على التلاميذ صياغة فرضية (أي توقُّع مُرفق بتعليل) بخصوص حركة سقوط الكرة. يدور كلّ العمل اللاّحق حول قيمة التعليل المعطى من طرف التلاميذ.
ننتظر من أغلبية الأفواج أن تُجيب بأن الكرة تسقط شاقوليا ( الشكل-2-) و أثناء سقوطها يواصل الدرّاج حركته أو في كل الأحوال لا تتقدّم الكرة كما يتقدم الدرّاج.
التصديق التجريبي: (15 دقائق)
كل فوج من أفواج التلاميذ بحوزته حاسوب به برنامج لتأشير صور الفيديو. تمثل وثيقة الفيديو المدروسة حركة كلّ من الدرّاج والكرة، المسجّلة في ظروف الوضعية السابقة (يمكن للأستاذ أن يحقق تصوير الفيديو أو أن يستغلّ تسجيلا لفيديو متوفّر لديه يحملّه على الحاسوب ).
باستعمال برنامج Avistep مثلا، نتحقّّق بتوقيف الصور، من أن الكرة تسقط و هي باقية على الشاقول المنطبق على يد الدراج .
يُتوقع من التلاميذ أن يبرّروا (وهم محقون) عدم بقاء الكرة تماما على شاقول الدرّاجة بوجود الاحتكاكات في الهواء. نقبل هذه الحجة.
ونلفت الانتباه أن ابتعاد الكرة عن الشاقول ضعيف في حالة كرة التنس، وأنه معدوم في حالة غياب الاحتكاك.
إن تحديد المواضع المتتالية التي يحتلّها مركز الكرة بالنسبة للمرجع الأرضي يسمح لكل فوج بالحصول على وثيقة كالتي هي في الأسفل، وبأن يلاحظ أن حركة الكرة منحنية ومتسارعة.
يوزّع عندئذ الأستاذ البطاقة رقم 02.
إن دراسة الحركة، على الوثيقة المتحصّل عليها بإسقاط الحركة أفقيا ثم شاقوليا(برسم خطوط متوازية شاقوليا وأفقيا ثمّ من مختلف النقاط)، تبيّن أن الحركة الأولى منتظمة وتتمّ بسرعة الدراجة بينما الحركة الثانية متسارعة نحو الأسفل.
الخلاصة
*إن الكرة والدراجة يشتركان في نفس الحركة الأفقية المنتظمة. فالقوة المسؤولة على حركة الكرة ليس لها فعل أفقي، إذا هي شاقولية: إنها قوة الثقالة المطبّقة من طرف الأرض على الكرة.
*في المرجع المنسوب إلى الدراجة، تسقط الكرة، المتروكة بدون سرعة ابتدائية، شاقوليا وفق حركة متسارعة. حركتها مماثلة لتلك التي يمكن مشاهدتها في مرجع أرضي، لو تركت الكرة بدون سرعة ابتدائية. قوة الثقالة هي المسؤولة عن الحركة.
الجزء الثاني:
العرض: يقترح الأستاذ حينئذ على التلاميذ التفكير في الوضعية التالية:
الآن، عوض أن نترك الكرة تسقط من على الدراجة، نقوم بقذفها أفقيا، ونحن على الأرض، هل نتحصّل على التسجيل نفسه ( السابق ) لحركة الكرة بالنسبة للأرض؟
إذا كان الجواب بنعم، في أي شرط( أو الشروط) يتم ذلك؟
إذا كان الجواب بالنفي فلماذا؟
يجب تقديم جواب دقيق مع التعليل.
مرحلة الانطلاق10 دقائق)
يعمل التلاميذ في أفواج من أربعة أفراد. يحرّر كلّ فوج على شفافية اقتراحه (الجواب الذي يقترحه والحجج الموافقة)
مرحلة الصياغة10 دقائق)
ننتظر أن يتصور بعض التلاميذ أن الأمور تكون مختلفة في هذه الحالة لأن الكرة قذفت.
مثال عن التوقعات المحتملة من طرف التلاميذ: تعليق:
يرتكز هذا التوقّع على التصوّر الخاطئ ( القوة العنيفة عند آرستو)الذي يستدل بوجود قوة أفقية قاذفة تخضع لها الكرة والتي يمكنها أن تضعف في الأخير.
يبين إسقاط الحركة أفقيا أنها متسارعة.
التصديق: (15 دقائق)
يقترح الأستاذ على التلاميذ دراسة حركة الكرة المقذوفة أفقيا وذلك باستعمال برنامج يثبت من خلاله مواضع متتالية للكرة. تفرض النتيجة نفسها: حركة الكرة منحنية ومتسارعة.
وعليه، يوزّع الأستاذ البطاقة رقم 03 ويطلب، هنا أيضا، تحديد الحركة المسقطة أفقيا وشاقوليا للكرة. نلاحظ أنّ:
- حركة الكرة تبقى دوما منتظمة أفقيا.لا تؤثر أي قوة أفقيا على الحركة.
- في المقابل، الحركة الشاقولية متسارعة. القوة التي تسرّع هذه
الحركة هي إذن شاقولية: إنّها القوة التي تؤثّر بها الأرض على الكرة.
الخلاصة:
- بالنسبة لملاحظ مرتبط بالأرض، لا يوجد فرق بين حركة الكرة المتروكة
من طرف الدرّاج، وهو يسير بسرعة ، وحركتها بقذفها أفقيا من الموضع نفسه وبسرعة الدرّاج . هنا أيضا القوة الوحيدة المؤثرة على الكرة هي قوة الثقالة الشاقولية. القذف لا يفيد إلا في منحها السرعة الابتدائية، وبمجرد مغادرة الكرة لليد، تصبح خاضعة للثقل فقط ولا تخضع لأية قوة أخرى.
التقنين النهائي: ( 5 دقائق)
إذا كان الشرطان الابتدائيان(الموضع والسرعة) نفسهما، فإن حركة الكرة هي نفسها في مرجع مرتبط بالأرض وفي مرجع مرتبط بدراجة تسير على خط مستقيم وبسرعة ثابتة. (ففي هذين المرجعين مثلا، إذا كانت السرعة الابتدائية معدومة، فإن الحركة الملاحظة هي حركة مستقيمة لسقوط شاقولي، تحت فعل القوة الوحيدة للجاذبية الأرضية).المرجع المرتبط بالدراجة،وكأي مرجع في حركة انسحابية مستقيمة منتظمة بالنسبة للأرض، يسمى غاليليا. في مرجع غاليلي، لا تتعلّق حركة جسم إلاّ:
- بالشرطين الابتدائيين للموضع والسرعة.
- بالقوى المطبّقة على هذا الجسم.
(نذكر بأن: إذا كان الجسم ساكنا أو متحركا بحركة مستقيمة منتظمة، فهو لا يخضع لأيّة قوة أو أنّ القوى المطبقة عليه تتعادل ولا يكون لها أي تأثير - القانون الأول لنيوتن).
ملاحظة:
إذا كان للدراج حركة مستقيمة متسارعة فإنه يسبق الكرة التي تصل إلى سطح الأرض خلف الدراجة، أما إذا كان للدراج حركة متباطئة فالكرة هي التي تسبقه و تسقط على الأرض في وضع لم تلتحق به الدراجة، و في كلتا الحالتين تكون للكرة سرعة ابتدائية أفقية تساوي سرعة الدراجة لحظة تركها و تحافظ عليها خلال حركتها.
نتيجة
عندما نقوم بدراسة حركة جسم في معلمين مرتبطين بمعلمين أحدهما يتحرك بحركة مستقيمة منتظمة بالنسبة للآخر فإن مسار حركة هذا الجسم يختلف من معلم لآخر و الشروط الإبتدائية ايضا تختلف معلم إلى آخر و لكن القوة المطبقة على الجسم تبقى نفسها أي أن القوة لا تتغير عند تغير معلم الدراسة إلى معلم يتحرك بالنسبة للأول بحركة مستقيمة منتظمة، نسمي هذا النوع من المعالم " المعالم الغاليلية" أو " المعالم العطالية".
II- المعلم (المرجع) العطالي (الغاليلي)
المعلم الغاليلي هو كل معلم يتحق فيه مبدأ العطالة و كل معلم يتحرك حركة مستقيمة منتظمة بالنسبة لمعلم غاليلي يعتبر معلما غاليليا أيضا و كل ما عدا ذلك فهو معلم ليس غاليليا ( لا يوجد معلم عطالي مطلق).
رأينا أن القوة هي السبب الأساسي لتغيير طبيعة الحركة ( حسب مبدأ العطالة) تغيير معلم الدراسة بمعلم متحرك بحركة مستقيمة منتظمة لا يغير من طبيعة الحركة
لدراسة حركة الأجسام المختلفة عرف الفيزيائيون معالم مخصصة تعتبر غاليلية حسب ظروف و نوع الحركات المدروسة.
1- المعلم الهيليومركزي: (Référentiel Héliocentrique)
إسمه مشتق من كلمة (hélios) التي تعني الشمس باليونانية، و يسمى أيضا مرجع كوبرنيك (Copernic). هو معلم ذو ثلاثة محاور موجهة نحو ثلاثة نجوم نعتبرها تقريبا ساكنة بالنسبة للشمس خلال مدة طويلة (قرون) و مبدأه مركز الشمس. يعتبر هذا المعلم معلما غاليليا إلى حد كبير و يعتمد في دراسة حركة الكواكب، المذنبات و بعض المركبات الفضائية.
ملاحظة:
تتحرك الشمس بحركة تقريبا دائرية حول مركزز مجرتنا دورها يقارب 240 مليون ستة تقريبا.
2- المعلم المركزي الأرضي: ( Référentiel Géocentrique)
هومعلم مبدأه في مركز الأرض و محاوره موازية لمحاور المعلم الشمسي أي موجهة لنفس النجوم الثابتة ( أي ثابتة لا تدورمع دوران الأرض).
واعتباره كمرجع غاليلي أقل دقة من حالة المرجع الشمسي إذ ليس لمركزه حركة مستقيمة (لأنه يدور حول الشمس) و هو عطالي كفاية لدراسة حركة القمر و الأقمار الإصطناعية التي تدور حول الأرض و بعض الحركات الأرضية.
3- المعلم السطحي الأرضي (Référentiel Terrestre)
وهو معلم مرتبط بسطح الأرض (ركن المخبر مثلا، شجرة، رصيف...) و اعتباره كمرجع عطالي أقل دقة من سابقيه و لكنه عطالي بكفاية لدراسة معظم الحركات التي ندرسها خلال مدة زمنية قصيرة جدا أمام مدة دوران الأرض حول نفسها.
تقــــويم
التمرين 1:
تراقب فاطمة من ضفة نهر باخرة صغيرة لها حركة مستقيمة منتظمة و بمتنها أخوها حمزة. عندما وصلت الباخرة أمامها سقطت كرية صغيرة من أعلى ساري الباخرة.
* مثل المواضع المتتالية للكرية الساقطة كما تراها فاطمة ثم كما يراها حمزة.
*هل الكرية خاضعة لقوة ؟ علل.
* ما هوالتفسير الذي يعطيه كل واحد منهما ليشرح شكل المسار الذي تحصل عليه؟
*هل مبدأ العطالة محقق في مرجع الباخرة ؟ و في مرجع الضفة ؟ علل.
التمرين الثاني:
تمر طائرة إغاثة في الصحراء على أناس ضلوا الطريق و لها حركة مستقيمة منتظمة. تركت الطائرة طردا فيه مؤونة يسقط دون قذفه.
* أرسم موضع الطائرة عندما يلمس الطرد الأرض.
* ما هو مسار الطرد كما يراه الطيار، ثم كما يراه الأشخاص من الأرض.
* ما هي القوة المطبقة على الطرد خلال حركته.
* لو كانت للطائرة حركة مستقيمة متسارعة، ما هو موضع الطائرة عندما يلمس الطرد الأرض ؟.
التمرين الثالث:
يقذف عمر بيده كرة بسرعة V أفقية. في نفس اللحظة يترك أحمد كرة مماثلة تسقط دون قذفها. يمثل الشكل المواضع المتتالية لكرة عمر.
1- مثل بدقة على ورق شفاف المواضع المتتالية لكرة أحمد
2- ما هي القوة المطبقة على كل كرة ؟
9/8/2017, 19:13
