فرحت بنتيجتك؟ فرحنا معك. ابعتلنا نتيجتك وصورة عنها على ارقامنا لنحتفل فيك

درس الدرس الثالث : القوة المركزية

الفكرة الرئيسة :

تؤثر قوة مركزية في الأجسام التي تتحرك حركة دائرية . وللحركة الدائرية تطبيقات كثيرة في حياتنا اليومية.


القوة المركزية والحركة الدائرية المنتظمة

وتعرف الحركة الدائرية المنتظمة بأنها حركة جسم بسرعة ثابتة المقدار في مسار دائري نصف قطره r حول محور ، ويحدد موقعه بالنسبة إلى هذا المحور (محور الدورات).


- إن متجه السرعة المماسية عند أية نقطة على المسار يكون مماسيا للمسار عند تلك النقطة ، ومتعامدا مع متجه الموقع الخاص بها.


لندرس حركة إحدى هذه السيارات عند المنعطق ، ونفترض أنها تتحرك بسرعة ثابتة مقدارا. إن اتجاه هذه السرعة يتغير بشكل مستمر، ويدل تغيرها على وجود تسارع، وبحسب القانون الثاني لنيوتن، فإن وجود التسارع يعني وجود قوة محصلة تؤثر فيها.

- لكي تتحرك السيارات في المنعطف يلزم تأثير قوة محصلة فيها نحو مركز المسار الدائري الذي يشكله المنعطف.


القوة المركزية ومنشؤها

يبين الشكل منظر علوي لكرة مربوطة بنهاية خيط تتحرك حركة دائرية منتظمة في مسار دائري أفقي.


أ تؤثر قوة مركزية في الكرة نحو مركز مسارها الدائري . ب عند انقطاع الخيط تنعدم القوة المركزية ، وتتحرك الكرة في اتجاه سرعتها المماسية للمسار الدائري عند نقطة انقطاع الخيط.

بحسب القانون الأول لنيوتن تميل الكرة إلى الحركة في مسار مستقيم مماسي للمسار الدائري؛ بسبب قصورها الذاتي. وللمحافظة على استمرار حركتها حركة دائرية منتظمة يلزم تأثير قوة محصلة فيها نحو مركز المسار الدائري، يكون اتجاهها عموديا على اتجاه سرعتها المماسية ، تسمى القوة المركزية ورمزها Fc ، تسبب تغيرا في سرعتها المتجهة ، أي تكسبها تسارعا مركزيا. وإذا انقطع الخيط عند نقطة معينة على المسار الدائري ستتحرك الكرة في مسار مستقيم مماسيا للمسار الدائري عند تلك النقطة بحسب القانون الأول لنيوتن.


- إن القوة المركزية ليست نوعا جديدا من القوى ، وإنما هي اسم يطلق على القوة المحصلة المؤثرة عموديا على متجه السرعة المماسية لجسم يتحرك في مسار دائري.


أما أصل هذه القوة ومنشؤها فيعتمد على الحالة الفيزيائية قيد الدراسة. فمثلا القوة المركزية المسببة لدوران القمر الصناعي في مدار حول الأرض ناتجة عن قوة تجاذب كتلي بين القمر والأرض.


والقوة المركزية المسببة لدوران الإلكترونات حول النواة ناتجة عن قوة جذب كهروسكونية بين النواة والإلكترونات.


حساب القوة المركزية

يمكن حساب مقدار القوة المركزية لجسم يتحرك حركة دائرية منتظمة في مسار دائري نصف قطره r ، وبسرعة مماسية v ، وتسارع مركزي ac ، كما يأتي :


ويكون مقدار القوة المركزية ثابتا في الحركة الدائرية المنتظمة ، واتجاهها عموديا على متجه السرعة المماسية.

يعتمد مقدار القوة المركزية المؤثرة في جسم كتلتة m يتحرك حركة دائرية منتظمة على :
- نصف قطر المسار الدائري عند ثبات مقدار السرعة المماسية.

- مربع مقدار السرعة المماسية عند ثبات نصف قطر المسار الدائري.

  

instagram youtube whatsapp