sciences تجارب مادة العلوم لطلاب المرحلة الأساسية
نقدم لكم اليوم سلسلة من المقالات لطلاب المرحلة الأساسية عن sciences وبعض تجارب
مادة العلوم ، نتمنى أن يستفيد منها طلابنا.
علم الفيزياء
يعد علم الفيزياء العلم الأكثر أهمية بين جميع العلوم ، حيث ينظم مسلك المادة والطاقة في
المرحلة الأولية , من الكواركات والجسيمات غير الذرية الأصغر منها والتي تشكل الحياة اليومية
حتى الأشكال الغريبة من الكتلة والطاقة التي عمت الكون بعد فترة وجيزة من إنشائه في
الانفجار الكبير والتي قد لا تزال كامنة في الفضاء اليوم.
تقليديا، تم تقسيم الفيزياء إلى تخصصات مثل المیکانیکا وهو علم حركة الأجسام المادية في
ظل تطبيق القوی ، بالإضافة إلى الحرارة والضوء والصوت والكهرباء والمغناطيسية.
ومع ذلك ، فقد جلب القرن العشرون ثورة في فهمنا للقانون الفيزيائي مع اكتشاف نظرية
الكم (تناول جوهرا جديدا السلوك الأجسام الصغيرة)، والنسبية (تناول جوهري بنفس الدرجة
السلوك الأجسام المتحركة بسرعة قريبة من سرعة الضوء).
وقد أدى الجمع بين هذه التخصصات لنظرية مجال الكم "، التي أحدثت تحولا كبيرا في الطريقة
التي ننظر بها إلى الجسيمات غير الذرية التي تتحرك بسرعة، والتي تحمل القوى الأساسية
للطبيعة في الكون.
وتكشف نظرية مجال الكم الآن عن وحدة جديدة داعمة للفيزياء ، حيث تكشف كل من قوى
الطبيعة عن نفسها ، لتكون مجرد جوانب مختلفة من نفس الكيان الأساسي .
ويأمل العلماء أن هذا قد يؤدي قريبا إلى الكأس المقدسة للفيزياء : شاملة "نظرية كل شيء".
علم الميكانيكا
السرعة والتسارع :
يتم إعطاء معدل حركة الجسم عن طريق سرعته , حيث يتم تقسيم المسافة التي تحركها علي
الزمن الذي استغرقه للقيام بذلك .
وبناء على ذلك يتم قياس السرعة بالمسافة المقطوعة لكل وحدة زمنية - على سبيل المثال ،
كيلومتر في الساعة (كم/س) أو متر في الثانية (م/ث).
التسارع هو معدل تغيير السرعة ، يتم إعطاؤها من خلال قسمة التغير في السرعة على الفترة
الزمنية .
لذلك إذا كان العداء يأخذ خمس ثوان لينتقل من وضع الوقوف إلى الجري بسرعة 10م/ث , فإن
متوسط تسارعه هو 5م/ث والتي عادة ما تكون مكتوبة بالطريقة التالية 5م/ث
القصور والزخم:
القصور هو مقاومة الجسم للتحرك ، ويقاس عادة بواسطة كتلة الجسم ، كلما كان للجسم
كتلة قصور أكبر كان من الصعب تحریکه , وذلك هو السبب في سهولة دفع عربة التسوق بينما
عليك أن تكافح من أجل دفع شاحنة.
يتم إعطاء زخم الجسم عن طريق سرعته مضروبة في كتلته ، وهو مقياس لقوة الدفع لدى
الجسم المتحرك .
وهذا هو السبب الذي يجعل الاصطدام بشاحنة يؤذي بدرجة أكبر من الاصطدام بعربة التسوق
التي تتحرك بنفس السرعة .
ابتكر العالم الفيزيائي في القرن السابع عشر السير إسحاق نیوتن (Sir Isaac Newton ) ثلاثة
قوانين تحيط سلوك الأجسام المتحركة .
يلخص القانون الأول القصور قائلا : إنه في حالة غياب أي قوة خارجية ، فإن الجسم يظل في
حالة الاستراحة أو الاستمرار في حالته من الحركة في خط مستقيم بسرعة ثابتة .
ماذا يعني نیوتن با "قوة خارجية"؟
لقد أوضح ذلك في القانون الثاني ، وهو أن القوة الخارجية المؤثرة على الجسم تعطى عن
طريق كتلة الجسم مضروبة في التسارع الذي يقوم به .
ضع الأرقام وسيمكنك أن ترى أنك تحتاج إلى تطبيق المزيد من القوة لتسريع شاحنة عشر من
أكثر من القوة التي تحتاجها لتسريع عربة تسوق 15 كجم بنفس الكمية .
يقول قانون نيوتن الثالث أن لكل فعل هناك رد فعل معاكس ومساو له (وهذا يكون في كل
القوة) ، وبعبارة أخرى ، قوة دفع إلى الوراء. ذلك هو السبب وراء طيران الصواريخ - ان عادم
الصاروخ هو انبثاق من الغاز الساخن الذي يضطر للهبوط إلى أسفل ( الفعل ) وهذا يرسل
الصواريخ لأعلي ( رد فعل ).
قوانين الحفظ :
تعلم الكميات المحمولة من الأفكار الرئيسة في الفيزياء ، وهي الكميات التي لا يمكن أن تتغير
مع تطور النظام الفيزيائي .
ومن الأمثلة الجيدة على ذلك كمية التحرك ( الزخم ) ، فيجب أن يكون الزخم الكلي قبل حصول
حدث ما - مثلا تصادم کرتي بلياردو - هو نفسه الزخم الكلي بعد الحدث ، ومعرفة قوانين
الحفظ يتمكن العلماء من توقع سلوك نظام ما .
لنعد إلى كرات البلياردو ، لنفرض أن كرة انطلقت وصدمت الكرة الأخرى ثم توقفت يعني ( حفظ
الزخم ) أن الكرة الثانية ستنطلق بنفس الزخم الذي كان في الكرة الأولى قبيل التصادم ، وإذا
كانت الكرتان لهما نفس الكتلة ، فإن الكرة الثانية ستنطلق بنفس سرعة الكرة الأولى .
الشغل والطاقة:
يعد كل من الشغل والطاقة بمثابة حجر الزاوية في العلوم . وبالنسبة للعلماء يتم تعريف
الشغل على أنه القوة التي يتم تطبيقها على جسم ما مضروبة في المسافة التي يتحركها
الجسم بسبب القوة.
ومن ناحية أخري يمكن النظر للطاقة التي يمتکلها نظام ما على أنها قدرته على أداء الشغل .
على سبيل المثال ، محرك الشاحنة قادر على تحرير الطاقة الكيميائية المخزونة في الوقود ،
واستخدامها لتطبيق شغل على الشاحنة وجعلها تتحرك.
ويقاس كل من الشغل والطاقة بوحدة الجول ( نسبة إلى الفيزيائي چیمس چول James Joule
الذي عاش في القرن التاسع عشر)، وبلغة أسهل : الجول الواحد كافي لرفع 100 جم من المادة
مسافة متر واحد فوق سطح الأرض.
وكما هو الحال في كمية التحرك (الزخم)، تخضع الطاقة لقانون الحفظ ، فهي لا تفنى ولا
تستحدث، فمثلا الشاحنة المتحركة لها طاقة حركية ( الطاقة الناجمة عن حركتها )، هذه الطاقة
الحركية جاءت من طاقة الوقود الكيميائية .
وبالمثل فإن الشاحنة عندما تتوقف يكون السائق قد ضغطت على الكوابح التي تصبح ساخنة
بسبب تحول الطاقة الحركية للشاحنة إلى شكل آخر من الطاقة هو الطاقة الحرارية.
وتأتي الطاقة بعدة أشكال : منها الطاقة الصوتية ، وطاقة الجاذبية ، والطاقة الكهربائية ،
والطاقة المغناطيسية ، والطاقة النووية.
الاحتكاك :
يعد الاحتكاك هو القوة المقاومة التي تبطئ من حركة الأجسام المادية ، ومن الناحية المثالية
تكون كل الطاقة الموجودة في نظام ما متوفرة لبذل شغل مفید ، لكن الواقع بخلاف ذلك .
فعندما ينزلق سطحان على بعضهما البعض فإن كلا منهما يتأثر بقوة الاحتكاك ، ذلك عندما
تحتك النتوءات والكتل الميكروسكوبية ( الدقيقة ) في كل منهما.
ويوجد الاحتكاك في كل مكان ، حتى في أفضل الاتجاهات أو مواد التشحيم والتزييت ، وتوجد
قوة احتكاك بين الأجزاء المتحركة في محرك السيارة ، وفي حركة التروس ، وفي محور العجلات ،
وغير ذلك.
فلابد من بذل طاقة للتغلب على هذه القوة .
وبالرغم من ذلك فليس الاحتكاك دائما شيئا سيئا، فهو المسئول عن تماسك إطارات السيارة
على الطريق ، وهو المسئول عن إمساكك الأشياء بقبضة يدك ، إذا لم يكن الاحتكاك موجودا
فإن الأشياء سوف تنزلق من بين أصابعك ، وهذا يفسر کیف أنك عندما تدلك يديك ببعضهما
في يوم بارد فإنك تشعر بقدر لا بأس به من الدفء.