دليل مجاني لدراسة مادة الفيزياء المتقدمة 1: القوى والحركة

ما هي الأسئلة التي عادةً ما تتضمنها اختبارات الفيزياء التمهيدية؟

تُبنى مقررات مثل AP Physics 1 عادةً حول مجموعة صغيرة من الأفكار الكبرى، وتعود الأفكار نفسها بأشكال مختلفة. وتشمل الموضوعات التي تتناولها هذه المقررات عادةً:

• علم الحركة: وصف الحركة باستخدام الموضع والسرعة والتسارع، بما في ذلك السقوط الحر والمقذوفات.
• القوى وقوانين نيوتن: مخططات الجسم الحر، والقوة المحصلة، والاحتكاك، والشد، والقوة العمودية.
• الطاقة والزخم: الانحفاظ، والشغل، والتصادمات.
• الدوران وعزم الدوران: الروافع، والتوازن، والحركة الدورانية.
• الجاذبية والحركة الدائرية: المدارات والقوة الجاذبة المركزية.
• الاهتزازات والموائع، وهي موضوعات تتضمنها الإصدارات الحديثة من المقرر.

راجع منهجك الدراسي لمعرفة القائمة الدقيقة. إذ تغيّر جهات إعداد الاختبارات التفاصيل، ولا يعرف هذا الموقع أي إصدار ستتقدم له. أما ما لا يتغير فهو الأسلوب: سيُطلب منك أن تشرح وتتنبأ وتبرر، لا أن تعوّض الأعداد في صيغة فحسب.

AP علامة تجارية مسجلة لـ College Board، وهي جهة غير تابعة لـ Novareka.

علم الحركة: انظر إلى الحركة قبل كتابة المعادلة.

يعتمد النجاح في مسائل الحركة على الوضوح بشأن الكمية التي تتعامل معها. الموضع والسرعة المتجهة والتسارع أمور مختلفة، والخلط بينها هو السبب الأكثر شيوعًا لخسارة الدرجات.

تساعدك ثلاث عادات:

1. اختر اتجاهًا موجبًا والتزم به في المسألة كلها.
2. اكتب ما تعرفه وما تريد إيجاده قبل اختيار معادلة.
3. اسأل نفسك إن كانت الإجابة منطقية: إذا كان الاتجاه إلى الأعلى موجبًا، فستكون عجلة الكرة المقذوفة إلى الأعلى سالبة طوال حركتها، حتى عند أعلى نقطة.

تتيح لك الدروسان المجانيان السقوط الحر والسرعة بمرور الزمن مشاهدة جسم يتسارع ورؤية كيف تتغير سرعته ثانيةً بعد ثانية. واربط ذلك بدرس مسافة السقوط للتحقق من النمط d = ½gt² بمقارنته بما تفعله المحاكاة فعلًا.

المقذوفات: حركتان مستقلتان.

قد تبدو مسألة المقذوفات مخيفة، لكنها في الواقع مسألتان سهلتان تجريان في الوقت نفسه. أفقيًا، مع إهمال مقاومة الهواء، تبقى السرعة ثابتة. وعموديًا، يتسارع الجسم نحو الأسفل بمقدار g. والشيء الوحيد الذي يربط بينهما هو الزمن.

هذه هي الفكرة وراء نتيجتين كلاسيكيتين: تسقط الكرة التي تُطلق أفقيًا في اللحظة نفسها التي تسقط فيها كرة أُسقطت من الارتفاع نفسه، والجسم الأثقل لا يسقط أسرع من الجسم الأخف عندما تكون مقاومة الهواء مهملة. تختبر الإطلاق الأفقي، ومدى المقذوف، والكتلة لا تهم هذه الادعاءات تحديدًا.

تجعل المتجهات الأمر أسهل

تحليل سرعة الإطلاق إلى مركبتين أفقية ورأسية مهارة في المتجهات، لا في الفيزياء. إذا كنت غير واثق منها، فاقضِ عشر دقائق أولًا مع من الرأس إلى الذيل.

القوى، والروافع، وعزم الدوران

لا يفيد قانون نيوتن الثاني، F = ma، إلا إذا عرفت أي القوى تجمع. ارسم مخطط الجسم الحر أولًا، بسهم واحد لكل قوة، وستتبعه الحسابات الجبرية. من الأخطاء الشائعة اختلاق قوة ليس لها مصدر (مثل «قوة دفع» تجعل الجسم يواصل الحركة)، ونسيان أن القوة العمودية لا تساوي الوزن دائمًا.

عزم الدوران هو الجانب الدوراني للقصة نفسها: يزداد تأثير القوة كلما ابتعد موضع تأثيرها عن نقطة الارتكاز. في الرافعة المتوازنة، تتساوى آثار الدوران على الجانبين، ويمكنك التعبير عن ذلك بضرب القوة في المسافة على كل جانب. يتيح لك درس المختبر لعبة التوازن تحريك الأحمال على طول عارضة حتى تستوي، وهي طريقة سريعة لتدرك أهمية المسافة.

الجاذبية والحركة الدائرية

تتمحور مسائل الحركة الدائرية حول فكرة واحدة: يحتاج الجسم الذي يتحرك في دائرة إلى محصلة قوة تتجه نحو المركز. وهذه القوة ليست نوعًا جديدًا من القوى؛ بل هي قوة موجودة أصلًا، مثل الشد أو الاحتكاك أو الجاذبية، تتجه نحو المركز.

المدار أوضح مثال على ذلك. فالجاذبية وحدها توفر القوة المتجهة إلى الداخل، لذا تُستنتج سرعة المدار الدائري من v = √(GM / r). في سرعة المدار الدائري يمكنك تغيير نصف القطر وملاحظة كيف تتغير السرعة المطلوبة.

تذكّر أن المحاكاة في هذا الموقع نماذج تعليمية مبسطة. فهي تتجاهل مقاومة الهواء والتعقيدات الأخرى في العالم الحقيقي عن قصد، لذا استخدمها لتكوين تصور أولي، ثم راجع التفاصيل في كتابك المدرسي.

خطة دراسية لمدة أربعة أسابيع.

اضبط التوقيت بما يناسب جدولك، مع الحفاظ على الترتيب.

1. الأسبوع 1، الحركة: ادرس دروس علم الحركة، ثم ارسم مخططات السرعة-الزمن من الذاكرة.
2. الأسبوع 2، القوى: ارسم مخططات الجسم الحر لعشر حالات، ثم ادرس دروس الرافعة.
3. الأسبوع 3، المقذوفات والحركة الدائرية: ادرس دروس الإطلاق، ودرس المدار، وتحليل المتجهات إلى مركبات.
4. الأسبوع 4، تدريب متنوع: حل مجموعات أسئلة محددة بوقت، وحوّل كل إجابة خاطئة إلى قاعدة من سطر واحد.

استخدام الاختبارات التدريبية

لكل مختبر اختباره التدريبي الخاص، مثل الاختبار التدريبي للقوى والحركة. خض أحدها دون تحضير، وصححه بإنصاف، ثم ارجع إلى الدرس المطابق لكل إجابة خاطئة. الاختبار التدريبي أداة تشخيص أولًا، والدرجة تأتي ثانيًا.

كيفية استكشاف ذلك في المختبر.

اتبع هذه الدروس بالترتيب. لا يكتمل الدرس إلا عندما تصل إلى الهدف في المحاكاة.

1. السقوط الحر وإلى أي مسافة يسقط؟ لفهم التسارع.
2. الإطلاق الأفقي ومدى المقذوف لفهم الحركة على مرحلتين.
3. التوازن لفهم عزم الدوران.
4. سرعة المدار الدائري لفهم الجاذبية والحركة الدائرية.

عندما تستطيع توقّع النتيجة قبل الضغط على تشغيل، تكون مستعدًا للانتقال إلى الدرس التالي.