ابــو الوليد
02-03-2008, 09:58 PM
السلام عليكم في هذا الموضوع سوف أكتب مواضيع فيزيائيه مختلفه
ونبدأ بأولاً:-
الإحتكاك
إمرر إصبعك جيئة وذهاباً فوق سطح ناعم مصقول، ثم على سطح حجرة. هل تشعر بالفرق ؟ انك تشعر في الحالة الثانية أن هناك قوة تحاول إيقاف حركة إصبعك، وهذه القوة هي الاحتكاك . فالاحتكاك هي القوة التي تحاول إيقاف الحركة بين أي سطحين يتحرك أحدهما فوق الآخر.
وتختلف شدة الاحتكاك في بعض السطوح عن بعضها الآخر. فمن السهل مثلاً الانزلاق على أرضية ناعمة صقيلة ،ولكن من الصعب الانزلاق إلى سطح خشن. ذلك أن الاحتكاك أشد علىالسطح الخشن منه إلى السطح المصقول.
وللاحتكاك فوائد مهمة في نواح مختلفة من حياتنا اليومية . فمكابح الدرجات مثلاً تعمل بالحتكاكا حيث تشد الكتل المطاطية على طوق العجلات فتوقف حركتها. وتتجلى فائدة الاحتكاكبين نعال أحذيتنا و سطح الأرض لكنا كالمتزلجين لدى أول خطوة نهم بها.
وعند دلك يديك ببعضهما فترة من الزمن تلاحظ انهما تسخنان ، فالحتكاك يولد حرارة ، وأحياناً تستخدم هذه الحرارة لإغراض مفيدة ، فقديماً كان الناس يستخدمون الاحتكاك لإشعال النار ،وذلك عن طريق فرك عيدان الخشب الجافة ببعضهما البعض حتى تشتعل ، كما انك تفرك يديك لتدفئتهما ، وحين يشعل الانسان المعاصر عود الكبريت بحك طرفه على سطح خشن تنتج حرارة كافية تلهب المواد الكيميائية في ذلك الطرف.
إلا أنه في أحيان أخرى ، قد تكون للحرارة الناتجة عن الاحتكاك عواقب وخيمة، فمثلاً عندما تعود سفينة فضائية وتدخل جو الارض ترتفع حرارتها كثيراً بتأثير الاحتكاك بين سطح السفينة أو المركبة والهواء . ولذا كان من الضروري تجهيز السفينة بدرع خاص لوقايتها وحمايتها ورواد الفضاء بداخلها من الحرارة العالية.
ولما كان محرك السيارة يشتمل على عدد كبير من السطوح المعدنية المتحركة ، فإن أحتكاك هذه السطوح ببعضها البعض ينتج حرارة كبيرة إن لم تزيت هذه السطوح.
وزيت التزييت يكون غشاء زيتي رقيق يفصل بين السطوح المتحركة ويمنع الاحتكاك المباشر بين هذه السطوح و بالتالي يمنع درجة حرارة المحرك من الأرتفاع .
وهنالك طريقة أخرى للتغلب على مشكلة الاحتكاك تعتمد على استعمال كرات المحامل واسطوانات الدروج . فالمعروف دائماً أن دحرجة جسم ما أسهل بكثير من جره والأجسام الكبيرة يمكن تحريكها بسهولة عن طريق دفعها فوق اسطوانات الدروج .
التوصيل والعزل
إذا طليت نصل سكين بالزبد ثم قربته من لهب شمعة فان الزبد ينصهر بسرعة ويحدث الانصهار أولا في طرف السكين المعرض للهب ثم ينتقل تدريجيا نحو الطرف الآخر . أي أن انتقال الحرارة هذه خلال أي جسم صلب ، كالسكين مثلا ، تسمي التوصيل .
ويعود انتقال الحرارة في الجسم الصلب إلى حركة الجزيئات والذرات . فعندما تسخن الجزيئات القريبة من اللهب يتزايد تذبذبها ( أي تهتز جيئة وذهابا بسرعة أكبر ) وهذا يزيد من طاقتها . وتصطدم هذه الجزيئات المجاورة لها فتزيد من سرعة تحركها ، وهكذا دواليك حتى تصبح جميع جزيئات الجسم الصلب في حالة اهتزاز سريع وتزداد تبعا لذلك طاقتها . هذه الطاقة هي طاقة حرارية ، وبانتقالها عبر نصل السكين ترتفع درجة الحرارة في كل أجزائه .
بعض الأجسام الصلبة أكثر موصلية للحرارة من بعضها الآخر . فالفلزات المعدنية كالنحاس والألمنيوم والفضة جيدة الموصلية . أما اللافلزات كالزجاج واللدائن ( البلاستيك ) فرديئة الموصلية ويطلق عليها أسم العوازل .
والمعروف أن المواد الجيدة التوصيل للحرارة ، كالنحاس مثلا ، هي أيضا جيدة التوصيل للكهرباء . وكذلك فان الجيدة العزل الحراري هي أيضا جيدة العزل الكهربائي .
يلاحظ عند تسخين السكين أن مقبضها لا يسخن والسبب في ذلك أن أغلب السكاكين ومماسك القدور مصنوعة من مواد عازلة . أما القدور والطناجر فتصنع من معادن تسمح بانتقال الحرارة بسهولة من الموقد إلى داخل القدر .
ومعظم السوائل رديئة التوصيل للحرارة . فيمكن مثلا حفظ الحليب باردا في الصيف بوضع زجاجة الحليب في سطل من الماء البارد . والغازات أيضا رديئة التوصيل للحرارة . فالملابس الصوفية تمنع فقدان الحرارة من الجسم لان الهواء المحتبس بين خيوط الصوف رديء التوصيل للحرارة . وتساعد الطبقة الهوائية المحتبسة بين قميصين داخليين على تحسين الزل أو حفظ حرارة الجسم من التسرب إلى الهواء الخارجي البارد .
تستخدم الموصلات الجيدة لتسهيل انسياب الحرارة ، أما العوازل فتستعمل لتقليل هذا الانسياب إلى الحد الأدنى . فجهاز تبريد محرك السيارة مثلاً مصنوع من معدن جيد التوصيل . و الماء الموجود بداخله يستخدم لتبريد المحرك ، فيسخن الماء نتيجة لذلك . لكن معدن جهاز التبريد يبدد تلك الحرارة ويبقي درجة حرارة الماء خفيضة نوعاً ما . كذلك يحفظ كيس المطاط الماء ساخناً لفترة طويلة . وتستعمل كمية الحرارة القليلة التي تتسرب منه لتدفئة الفراش . والفراش بدوره يبقى دافئاً لأن الهواء الساخن يبقى محتبساً بين البطانيات . وهناك تطبيقات أخرى على استخدام العزل الحراري كتغليف الأنابيب ومراجل المياه الساخنة بالمواد العزلة . فالتغليف يخفف من فقدان حرارة الماء الساخن و يوفر في استعمال الوقود. وكذلك تغلف أنابيب دورة المياه لوقايتها من التجمد خلال فترة فصل الشتاء البارد ، ( فالماء يزداد حجمه عند التجمد وهذا يؤدي إلى انفجار الأنابيب و تصدعها
الجاذبية الأرضية
إذا حملت طوبة ثم تركتها فأنها تسقط على الأرض , فما الذي يؤدى إلى هذا السقوط ؟ أن الطوبة كغيرها من الأشياء لا تتحرك جانبيا ما لم تدفع أو تجر كما أنها لا تتحرك إلى أعلى ما لم تقذف أو تسحب في ذلك الاتجاه . فحقيقة كون جميع الأجسام تسقط تعنى أنه لابد من وجود قوة ما تجذبها إلى الأرض . وباستطاعتك الإحساس بهذه القوة إذا حملت جسما ما بيدك أو إذا ما حاولت رفعه عن الأرض . هذه القوة تسمى الوزن .
وكان اسحق نيوتن أول من أكتشف أسرار سقوط الأجسام وثقلها وعلاقة جاذبية الأرض بذلك . ويقال انه بينما كان نيوتن جالسا في حديقة أمه رأى تفاحة تسقط من شجرة . فاخذ يفكر في السبب الذي يجعل التفاحة تسقط على هذا الشكل . وفسر ذلك بأن كلا من الأرض والتفاحة يتجاذبان فيما بينهما . فالأرض تجذب التفاحة والتفاحة تجذب الأرض . لكن ضخامة الأرض الهائلة تجعلها لا تتأثر بجذب التفاحة لها . بينما التفاحة تنجذب أي تسقط نحو الأرض . أن هذه القوة الجاذبة للأجسام تسمى الجاذبية الأرضية . وهي القوة التي تشد جميع الأجسام إلى سطح الأرض وتؤدى بالتالي إلى أن يكون لها وزن .
ولقد تحقق نيوتن أيضا من أن قوة الجاذبية الأرضية تتناقص بابتعاد الجسم عن الأرض . فالشخص في طائرة أو منطاد عال لا يزن على بقدر ما يزن على الأرض لان شد الجاذبية الأرضية له يكون أضعف . ونحن عادة لا نلاحظ هذا الفرق في الوزن لضالته في مثل هذه الحال .
ويلاحظ رواد الفضاء أن شدة الجاذبية الأرضية تضعف تدريجيا بارتفاعهم فى الفضاء . حتى أن أولئك الرواد الذين يذهبون بعيدا جدا في الفضاء يعيشون فترات تطول أو تقصر داخل كبسولتهم الفضائية في حالة انعدام الوزن . ويعود السبب في ذلك جزئيا إلى قلة تأثير الجاذبية الأرضية (وكذلك بتأثير القوة الناتجة عن دوران سفينتهم بسرعة حول الأرض ).
عندما تنطلق مركبة فضائية من الأرض إلى القمر تخرج تدريجيا من مجال جاذبية الأرض لتدخل جاذبية القمر ، حيث الجاذبية أضعف بحوالي 6 مرات . فالرجل الذي يزن 72 كيلو غرام على سطح الأرض لا يزن أكثر من 12 كيلو غراما على سطح القمر . وهذا ما يمكنه من رمى الأجسام أبعد ومن القفز إلى علو أكبر .
ويتعلق وزن الأجسام أيضا بعاملين أساسيين هما حجم الجسم ونوع المادة التي يتألف منها . والسؤال اللغز الذي يطرح كثيرا ، هو: أيهما يزن أكثر كيلو غرام من الريش أم كيلو غرام من الرصاص ؟ كثيرون هم الذين يجيبون دون تفكير بأن كيلو غرام الرصاص يزن أكثر .
والحقيقة أن الوزنين متساويين تماما . ولكن المتسرعين في الإجابة ينخدعون بحقيقة أن الريش أخف من الرصاص . كذلك إذا ما حملت كرة الكريكت بإحدى يديك ، وتفاحة من الحجم نفسه باليد الأخرى ، تلاحظ أن كرة الكريكت أثقل . ويعود ذلك إلى أن المادة في كرة الكريكت أكثر تراصا وأشد تماسكا من مادة التفاحة ، ويعبر الفيزيائيون عن ذلك بقولهم أن لكرة الكريكت كثافة أعلى من كثافة التفاحة ، وان الرصاص أعلى كثافة من الريش .
أن الكمية الكلية للمادة في أي جسم تسمى الكتلة وعليه فانه يمكن القول بأن كتلة كرة الكريكت أكبر من كتلة التفاحة بالرغم من أن لها نفس الحجم تقريبا . كذلك تساوى الكتلة في لغز الريش والرصاص لن حجم كومة الريش أكبر بكثير طبعا من حجم قطعة الرصاص .
الحرارة
ليست الحرارة فقط شعور بالدفء كالذي نحصل عليه من الشمس أو من النار ، بل هي طاقة حركة الجزيئات . فكلما ازدادت سرعة ذبذبة جزيئات الجسم تزداد سخونته . وحين تضع يديك فوق سخان ، فالدفء الذي تشعر به ناجم عن انقضاض البلايين من جزيئات الهواء السريعة ، تحفزها جزيئات السخان نفسه الأشد سخونة . فبانتشار الحرارة في كل مكان يسخن الهواء، والهواء يدفئك لأن الجسم الساخن ينقل من سخونته إلى محيطه ، فتنخفض حرارته بذلك , ونقيس مقدار سخونة الجسم بقياس درجة حرارته.
ومفهوم درجة الحرارة والحرارة مختلفان اختلافا كلياً ، فالحرارة هي شكل من أشكال الطاقة بينما درجة الحرارة هي مقياس لسرعة تحرك الجزيئات .
عند تسخين جسم ما ترتفع درجة حرارته ، لكن ارتفاع درجة حرارة المواد المختلفة بكمية الحرارة نفسها متباين . فلو تسخن كميتين متساويتين من الماء والنحاس بكميتين متساويتين من الحرارة ، تجد أن ارتفاع درجة حرارة النحاس تكون أكثر عشر مرات ، وذلك لأن لكل مادة (( حرارتها النوعية )) الخاصة .
تقاس الحرارة بالثرمومتر ، والذي يوجد عدة أنواع منه ، مثل الثرمومتر الزئبقي الذي يستخدم في قياس درجة حرارة المريض و الثرمومتر الكحولي المستخدم في قياس درجة حرارة الجو. وهناك أيضاً عدة تدريجات للثرمومتر فهناك السيليزي والفهرنهايتي و الكلفني.
ونحن نقيس غالباً درجات الحرارة للأغراض العادية بالمقياس المئوي أو المقياس الفهرنهايتي . فدرجة الصفر عند المقياس المئوي هي درجة تجمد الماء ، ودرجة 100 درجة سلسيوس هي درجة تبخره .
تسري الحرارة من الأجسام الساخنة الى الأجسام الأقل سخونة أو الأبرد ، وبعد ذلك يكون هناك أتزان حراري بين الأجسام.
الدوران
إذا دومت قطعة معدنية من النقود فوق طاولة فإنها تتخذ شكلين من الدوران : أولهما في مدارات فوق سطح الطاولة ، و الثاني دوران القطعة حول محورها الذاتي. كذلك عندما تنطلق كرة الغولف في الهواء وهي في مسارها المقذوف تدور حول نفسها فتغير نوعاً ما من مجرى مسارها .
تتميز الأجسام المدومة بخصائص محددة ، أهمها أن هذه الأجسام تميل إلى مقاومة كل ما يحاول تغيير اتجاه دورانها . ويمكن التوضيح باختبار بسيط على العجلة الأمامية للدراجة . ارفع مقدمة الدراجة ودور العجلة الأمامية بشدة . إنك إذا ما حاولت الآن تحريك مقود الدراجة من جهة إلى أخرى تشعر بقوة المقاومة تلك .
هذه القوة هي قوة عطالة العجلة ، وهي تقاوم تغيير اتجاه محور الدوران ، الذي هو هنا محور العجلة نفسها . وتكسب هذه العطالة العجلة ثباتاً يعرف بالعطالة الجيروسكوبية .
والجيروسكوب عبارة عن دولاب صغير ثقيل مركب في حامل يسمح له بالدوران حول أي محور . وهذا النوع من التركيب هو التركيب العام الحركة . ويحافظ دولاب الجيروسكوب على الدوران دائماً في اتجاه الدوران الذي بدأ به .
وتعمل البوصلة الجيروسكوبية التي تستخدم في الطائرات والسفن على مبدأ الجيروسكوب . وهي تتألف من دولاب يدور كهربائياً باستمرار و من بوصلة مركبة فوقه ، إن دولاب الجيروسكوب المدوم لا يتأثر ، بفعل عطالته ، بالحركات المختلفة للسفينة ، ويدل ذلك بالتالي على الشمال الحقيقي دائماً.
وثمة آلة مشابهة هي جهاز القيادة الجيروسكوبي المستخدم في التوجيه الإلكتروني الأوتوماتيكي للمركبات . فتغاير آلية الجهاز في الاتجاه المحدد للطائرة أو السفينة . و أي تغيير في الاتجاه يكشفه جهاز القيادة الجيروسكوبي الذي يظل يشير إلى الاتجاه الأصلي . ويبعث الجهاز تلقائياً برسالة إلى محرك التحكم في الدفة فيعيدها هذا إلى مسارها المحدد
ويطلق على هذه الخاصة للأجسام المدومة اسم الموازنة التدويمية . فالقرص الطائر يقذف دائماً مدوماً مما يمكنه من البقاء متوازناً أفقياً في الهواء ، وإلا لما استطاع البقاء طائراً ليقطع مسافة طويلة .
ولعلك شاهدت لاعبي السيرك وهم يقومون بتدوير الصحون على رؤوس عصي طويلة . أن هذه الصحون تبقى متوازنة و مستقرة أفقياً بفعل تدويمها وتميل إلى عدم تغيير اتجاه محور دورانها . لكن عندما تبدأ سرعة دورانها بالتناقص ، يتضاءل توازنها وتسقط بالتالي من فوق رؤوس العصي . و تنحصر مهارة لاعب السيرك بتحريك العصي بشكل يضمن استمرار دوران الصحون . وللسبب نفسه تبقى الدوامة ( الخذروفية ) متوازنة و هي تدور فوق سنها .
وتدور الكرة الأرضية أيضاً حول محورها . وهذا ما يبقي محورها دائماً في الاتجاه نفسه في الفضاء ، تماماً كما يبقي تدويم الجيروسكوب البوصلة في الاتجاه الأصلي نفسه .
السرعة والتسارع
إذا كانت المسافة بين مدينتين 100 كيلومتر وقامت سيارتان في الوقت نفسه لقطع المسافة بين المدينتين وانطلقت الأولى بسرعة 100 كيلومتر في الساعة بينما تسير السيارة الثانية بسرعة 50 كيلومتر في الساعة فمن الواضح أن السيارة الأسرع سوف تصل قبل الأخرى .
و عندما نقول أن سيارة ما تسير بسرعة 100 كم / س ، فذلك يعني أنه يلزمها ساعة كاملة لقطع مسافة 100 كيلومتر ، وهي المسافة بين المدينة الأولى والمـدينة الثـــانية . بينما يلزم الســـيارة الثـــانية التي ســـرعتها 50 كم / س ، ساعتان لقطع المسافة نفسها ، وهذا ما نعنيه بقولنا أن سرعة السيارة الأولى تفوق سرعة السيارة الثانية .
تقيس السرعة المسافة التي يجتازها جسم ما في وقت معين ، أو بمعنى آخر ، سرعة تحركه . وهناك وحــدات مختلفة لقــياس السـرعة مثل : ميل/ ساعة ، متر / ثانية ، وكيلومتر / ساعة .
أن حساب سرعة جسم متحرك هو أمر سهل . فإذا كانت السيارة ما تقطع 200 كيلومتر في أربع ساعات فإنا نجد سرعتها بقسمة 200 كيلومتر على أربع ساعات ، أي 50 كيلومتر / ساعة .
وهكذا ، فإنه يمكن حساب متوسط السرعة لأي سفرة تقوم بها في سيارة ، جد مقدار الكيلومترات المقطوعة بطرح قراءة عداد المسافات عند القيام من قراءته عند الوصول ، واستعن بساعتك لتحديد الوقت أو الزمن ، وحيث أن السرعة تساوي المسافة مقسومة على الزمن ، أقسم المسافة المقطوعة على الزمن المحسوب فتحصل على السرعة المطلوبة . إن قطع مسافة 200 كيلومتر على طريق دولي واسع قد يستغرق حوالي ساعتين ، فيكون متوسط السرعة 100 كيلومتر / ساعة . أما في المدينة فقد لا تستطيع اجتياز أكثر من 30 كيلومتر / ساعة .
إن مراقبة مقياس السرعة خلال سفرة ما تبين لك التغير المستمر في سرعة السيارة . فقد يسجل مؤشر المقياس حيناً 100 كيلومتر / ساعة ، و 60 كيلومتر / ساعة حيناً آخر ، كما يمكن أن يشير إلى الصفر عندما يتعرقل السير وتتوقف حركة المرور .
فمقياس السرعة يدل على سرعة السيارة في كل لحظة . وبالطبع تكون سرعة السيارة خلال الرحلة الكاملة مساوية لمتوسط ( أو لمعدل ) السرعة ، وهو طول المسافة مقسوماً على الزمن الذي استغرقته .
عندما تكون السيارة متوقفة فلا سرعة لها . وعندما تبدأ بالتحرك فإنها تنتقل من سرعة إلى سرعة أكبر . ويطلق على تزايد السرعة اسم التسارع . فبانتقال السيارة من سرعة الصفر كم \ سا إلى سرعة 80 كم \ سا تكون قد تسارعت . ويمكن لسيارة السباق مثلا أن تنتقل من سرعة الصفر إلى سرعة 100 كم \ سا بسرعة فائقة ، بينما تتطلب سيارة قديمة فترة أطول للوصول إلى تلك السرعة . أي أن تسارع سيارة السباق أكبر . ويعرف التسارع بأنه معدل سرعة جسم ما في وحدة الزمن . ومعكوس التسارع هو التقاصر أو التباطؤ وهو معدل تناقص سرعة جسم ما في وحدة الزمن.
والسلام خير مسك للختام
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
ونبدأ بأولاً:-
الإحتكاك
إمرر إصبعك جيئة وذهاباً فوق سطح ناعم مصقول، ثم على سطح حجرة. هل تشعر بالفرق ؟ انك تشعر في الحالة الثانية أن هناك قوة تحاول إيقاف حركة إصبعك، وهذه القوة هي الاحتكاك . فالاحتكاك هي القوة التي تحاول إيقاف الحركة بين أي سطحين يتحرك أحدهما فوق الآخر.
وتختلف شدة الاحتكاك في بعض السطوح عن بعضها الآخر. فمن السهل مثلاً الانزلاق على أرضية ناعمة صقيلة ،ولكن من الصعب الانزلاق إلى سطح خشن. ذلك أن الاحتكاك أشد علىالسطح الخشن منه إلى السطح المصقول.
وللاحتكاك فوائد مهمة في نواح مختلفة من حياتنا اليومية . فمكابح الدرجات مثلاً تعمل بالحتكاكا حيث تشد الكتل المطاطية على طوق العجلات فتوقف حركتها. وتتجلى فائدة الاحتكاكبين نعال أحذيتنا و سطح الأرض لكنا كالمتزلجين لدى أول خطوة نهم بها.
وعند دلك يديك ببعضهما فترة من الزمن تلاحظ انهما تسخنان ، فالحتكاك يولد حرارة ، وأحياناً تستخدم هذه الحرارة لإغراض مفيدة ، فقديماً كان الناس يستخدمون الاحتكاك لإشعال النار ،وذلك عن طريق فرك عيدان الخشب الجافة ببعضهما البعض حتى تشتعل ، كما انك تفرك يديك لتدفئتهما ، وحين يشعل الانسان المعاصر عود الكبريت بحك طرفه على سطح خشن تنتج حرارة كافية تلهب المواد الكيميائية في ذلك الطرف.
إلا أنه في أحيان أخرى ، قد تكون للحرارة الناتجة عن الاحتكاك عواقب وخيمة، فمثلاً عندما تعود سفينة فضائية وتدخل جو الارض ترتفع حرارتها كثيراً بتأثير الاحتكاك بين سطح السفينة أو المركبة والهواء . ولذا كان من الضروري تجهيز السفينة بدرع خاص لوقايتها وحمايتها ورواد الفضاء بداخلها من الحرارة العالية.
ولما كان محرك السيارة يشتمل على عدد كبير من السطوح المعدنية المتحركة ، فإن أحتكاك هذه السطوح ببعضها البعض ينتج حرارة كبيرة إن لم تزيت هذه السطوح.
وزيت التزييت يكون غشاء زيتي رقيق يفصل بين السطوح المتحركة ويمنع الاحتكاك المباشر بين هذه السطوح و بالتالي يمنع درجة حرارة المحرك من الأرتفاع .
وهنالك طريقة أخرى للتغلب على مشكلة الاحتكاك تعتمد على استعمال كرات المحامل واسطوانات الدروج . فالمعروف دائماً أن دحرجة جسم ما أسهل بكثير من جره والأجسام الكبيرة يمكن تحريكها بسهولة عن طريق دفعها فوق اسطوانات الدروج .
التوصيل والعزل
إذا طليت نصل سكين بالزبد ثم قربته من لهب شمعة فان الزبد ينصهر بسرعة ويحدث الانصهار أولا في طرف السكين المعرض للهب ثم ينتقل تدريجيا نحو الطرف الآخر . أي أن انتقال الحرارة هذه خلال أي جسم صلب ، كالسكين مثلا ، تسمي التوصيل .
ويعود انتقال الحرارة في الجسم الصلب إلى حركة الجزيئات والذرات . فعندما تسخن الجزيئات القريبة من اللهب يتزايد تذبذبها ( أي تهتز جيئة وذهابا بسرعة أكبر ) وهذا يزيد من طاقتها . وتصطدم هذه الجزيئات المجاورة لها فتزيد من سرعة تحركها ، وهكذا دواليك حتى تصبح جميع جزيئات الجسم الصلب في حالة اهتزاز سريع وتزداد تبعا لذلك طاقتها . هذه الطاقة هي طاقة حرارية ، وبانتقالها عبر نصل السكين ترتفع درجة الحرارة في كل أجزائه .
بعض الأجسام الصلبة أكثر موصلية للحرارة من بعضها الآخر . فالفلزات المعدنية كالنحاس والألمنيوم والفضة جيدة الموصلية . أما اللافلزات كالزجاج واللدائن ( البلاستيك ) فرديئة الموصلية ويطلق عليها أسم العوازل .
والمعروف أن المواد الجيدة التوصيل للحرارة ، كالنحاس مثلا ، هي أيضا جيدة التوصيل للكهرباء . وكذلك فان الجيدة العزل الحراري هي أيضا جيدة العزل الكهربائي .
يلاحظ عند تسخين السكين أن مقبضها لا يسخن والسبب في ذلك أن أغلب السكاكين ومماسك القدور مصنوعة من مواد عازلة . أما القدور والطناجر فتصنع من معادن تسمح بانتقال الحرارة بسهولة من الموقد إلى داخل القدر .
ومعظم السوائل رديئة التوصيل للحرارة . فيمكن مثلا حفظ الحليب باردا في الصيف بوضع زجاجة الحليب في سطل من الماء البارد . والغازات أيضا رديئة التوصيل للحرارة . فالملابس الصوفية تمنع فقدان الحرارة من الجسم لان الهواء المحتبس بين خيوط الصوف رديء التوصيل للحرارة . وتساعد الطبقة الهوائية المحتبسة بين قميصين داخليين على تحسين الزل أو حفظ حرارة الجسم من التسرب إلى الهواء الخارجي البارد .
تستخدم الموصلات الجيدة لتسهيل انسياب الحرارة ، أما العوازل فتستعمل لتقليل هذا الانسياب إلى الحد الأدنى . فجهاز تبريد محرك السيارة مثلاً مصنوع من معدن جيد التوصيل . و الماء الموجود بداخله يستخدم لتبريد المحرك ، فيسخن الماء نتيجة لذلك . لكن معدن جهاز التبريد يبدد تلك الحرارة ويبقي درجة حرارة الماء خفيضة نوعاً ما . كذلك يحفظ كيس المطاط الماء ساخناً لفترة طويلة . وتستعمل كمية الحرارة القليلة التي تتسرب منه لتدفئة الفراش . والفراش بدوره يبقى دافئاً لأن الهواء الساخن يبقى محتبساً بين البطانيات . وهناك تطبيقات أخرى على استخدام العزل الحراري كتغليف الأنابيب ومراجل المياه الساخنة بالمواد العزلة . فالتغليف يخفف من فقدان حرارة الماء الساخن و يوفر في استعمال الوقود. وكذلك تغلف أنابيب دورة المياه لوقايتها من التجمد خلال فترة فصل الشتاء البارد ، ( فالماء يزداد حجمه عند التجمد وهذا يؤدي إلى انفجار الأنابيب و تصدعها
الجاذبية الأرضية
إذا حملت طوبة ثم تركتها فأنها تسقط على الأرض , فما الذي يؤدى إلى هذا السقوط ؟ أن الطوبة كغيرها من الأشياء لا تتحرك جانبيا ما لم تدفع أو تجر كما أنها لا تتحرك إلى أعلى ما لم تقذف أو تسحب في ذلك الاتجاه . فحقيقة كون جميع الأجسام تسقط تعنى أنه لابد من وجود قوة ما تجذبها إلى الأرض . وباستطاعتك الإحساس بهذه القوة إذا حملت جسما ما بيدك أو إذا ما حاولت رفعه عن الأرض . هذه القوة تسمى الوزن .
وكان اسحق نيوتن أول من أكتشف أسرار سقوط الأجسام وثقلها وعلاقة جاذبية الأرض بذلك . ويقال انه بينما كان نيوتن جالسا في حديقة أمه رأى تفاحة تسقط من شجرة . فاخذ يفكر في السبب الذي يجعل التفاحة تسقط على هذا الشكل . وفسر ذلك بأن كلا من الأرض والتفاحة يتجاذبان فيما بينهما . فالأرض تجذب التفاحة والتفاحة تجذب الأرض . لكن ضخامة الأرض الهائلة تجعلها لا تتأثر بجذب التفاحة لها . بينما التفاحة تنجذب أي تسقط نحو الأرض . أن هذه القوة الجاذبة للأجسام تسمى الجاذبية الأرضية . وهي القوة التي تشد جميع الأجسام إلى سطح الأرض وتؤدى بالتالي إلى أن يكون لها وزن .
ولقد تحقق نيوتن أيضا من أن قوة الجاذبية الأرضية تتناقص بابتعاد الجسم عن الأرض . فالشخص في طائرة أو منطاد عال لا يزن على بقدر ما يزن على الأرض لان شد الجاذبية الأرضية له يكون أضعف . ونحن عادة لا نلاحظ هذا الفرق في الوزن لضالته في مثل هذه الحال .
ويلاحظ رواد الفضاء أن شدة الجاذبية الأرضية تضعف تدريجيا بارتفاعهم فى الفضاء . حتى أن أولئك الرواد الذين يذهبون بعيدا جدا في الفضاء يعيشون فترات تطول أو تقصر داخل كبسولتهم الفضائية في حالة انعدام الوزن . ويعود السبب في ذلك جزئيا إلى قلة تأثير الجاذبية الأرضية (وكذلك بتأثير القوة الناتجة عن دوران سفينتهم بسرعة حول الأرض ).
عندما تنطلق مركبة فضائية من الأرض إلى القمر تخرج تدريجيا من مجال جاذبية الأرض لتدخل جاذبية القمر ، حيث الجاذبية أضعف بحوالي 6 مرات . فالرجل الذي يزن 72 كيلو غرام على سطح الأرض لا يزن أكثر من 12 كيلو غراما على سطح القمر . وهذا ما يمكنه من رمى الأجسام أبعد ومن القفز إلى علو أكبر .
ويتعلق وزن الأجسام أيضا بعاملين أساسيين هما حجم الجسم ونوع المادة التي يتألف منها . والسؤال اللغز الذي يطرح كثيرا ، هو: أيهما يزن أكثر كيلو غرام من الريش أم كيلو غرام من الرصاص ؟ كثيرون هم الذين يجيبون دون تفكير بأن كيلو غرام الرصاص يزن أكثر .
والحقيقة أن الوزنين متساويين تماما . ولكن المتسرعين في الإجابة ينخدعون بحقيقة أن الريش أخف من الرصاص . كذلك إذا ما حملت كرة الكريكت بإحدى يديك ، وتفاحة من الحجم نفسه باليد الأخرى ، تلاحظ أن كرة الكريكت أثقل . ويعود ذلك إلى أن المادة في كرة الكريكت أكثر تراصا وأشد تماسكا من مادة التفاحة ، ويعبر الفيزيائيون عن ذلك بقولهم أن لكرة الكريكت كثافة أعلى من كثافة التفاحة ، وان الرصاص أعلى كثافة من الريش .
أن الكمية الكلية للمادة في أي جسم تسمى الكتلة وعليه فانه يمكن القول بأن كتلة كرة الكريكت أكبر من كتلة التفاحة بالرغم من أن لها نفس الحجم تقريبا . كذلك تساوى الكتلة في لغز الريش والرصاص لن حجم كومة الريش أكبر بكثير طبعا من حجم قطعة الرصاص .
الحرارة
ليست الحرارة فقط شعور بالدفء كالذي نحصل عليه من الشمس أو من النار ، بل هي طاقة حركة الجزيئات . فكلما ازدادت سرعة ذبذبة جزيئات الجسم تزداد سخونته . وحين تضع يديك فوق سخان ، فالدفء الذي تشعر به ناجم عن انقضاض البلايين من جزيئات الهواء السريعة ، تحفزها جزيئات السخان نفسه الأشد سخونة . فبانتشار الحرارة في كل مكان يسخن الهواء، والهواء يدفئك لأن الجسم الساخن ينقل من سخونته إلى محيطه ، فتنخفض حرارته بذلك , ونقيس مقدار سخونة الجسم بقياس درجة حرارته.
ومفهوم درجة الحرارة والحرارة مختلفان اختلافا كلياً ، فالحرارة هي شكل من أشكال الطاقة بينما درجة الحرارة هي مقياس لسرعة تحرك الجزيئات .
عند تسخين جسم ما ترتفع درجة حرارته ، لكن ارتفاع درجة حرارة المواد المختلفة بكمية الحرارة نفسها متباين . فلو تسخن كميتين متساويتين من الماء والنحاس بكميتين متساويتين من الحرارة ، تجد أن ارتفاع درجة حرارة النحاس تكون أكثر عشر مرات ، وذلك لأن لكل مادة (( حرارتها النوعية )) الخاصة .
تقاس الحرارة بالثرمومتر ، والذي يوجد عدة أنواع منه ، مثل الثرمومتر الزئبقي الذي يستخدم في قياس درجة حرارة المريض و الثرمومتر الكحولي المستخدم في قياس درجة حرارة الجو. وهناك أيضاً عدة تدريجات للثرمومتر فهناك السيليزي والفهرنهايتي و الكلفني.
ونحن نقيس غالباً درجات الحرارة للأغراض العادية بالمقياس المئوي أو المقياس الفهرنهايتي . فدرجة الصفر عند المقياس المئوي هي درجة تجمد الماء ، ودرجة 100 درجة سلسيوس هي درجة تبخره .
تسري الحرارة من الأجسام الساخنة الى الأجسام الأقل سخونة أو الأبرد ، وبعد ذلك يكون هناك أتزان حراري بين الأجسام.
الدوران
إذا دومت قطعة معدنية من النقود فوق طاولة فإنها تتخذ شكلين من الدوران : أولهما في مدارات فوق سطح الطاولة ، و الثاني دوران القطعة حول محورها الذاتي. كذلك عندما تنطلق كرة الغولف في الهواء وهي في مسارها المقذوف تدور حول نفسها فتغير نوعاً ما من مجرى مسارها .
تتميز الأجسام المدومة بخصائص محددة ، أهمها أن هذه الأجسام تميل إلى مقاومة كل ما يحاول تغيير اتجاه دورانها . ويمكن التوضيح باختبار بسيط على العجلة الأمامية للدراجة . ارفع مقدمة الدراجة ودور العجلة الأمامية بشدة . إنك إذا ما حاولت الآن تحريك مقود الدراجة من جهة إلى أخرى تشعر بقوة المقاومة تلك .
هذه القوة هي قوة عطالة العجلة ، وهي تقاوم تغيير اتجاه محور الدوران ، الذي هو هنا محور العجلة نفسها . وتكسب هذه العطالة العجلة ثباتاً يعرف بالعطالة الجيروسكوبية .
والجيروسكوب عبارة عن دولاب صغير ثقيل مركب في حامل يسمح له بالدوران حول أي محور . وهذا النوع من التركيب هو التركيب العام الحركة . ويحافظ دولاب الجيروسكوب على الدوران دائماً في اتجاه الدوران الذي بدأ به .
وتعمل البوصلة الجيروسكوبية التي تستخدم في الطائرات والسفن على مبدأ الجيروسكوب . وهي تتألف من دولاب يدور كهربائياً باستمرار و من بوصلة مركبة فوقه ، إن دولاب الجيروسكوب المدوم لا يتأثر ، بفعل عطالته ، بالحركات المختلفة للسفينة ، ويدل ذلك بالتالي على الشمال الحقيقي دائماً.
وثمة آلة مشابهة هي جهاز القيادة الجيروسكوبي المستخدم في التوجيه الإلكتروني الأوتوماتيكي للمركبات . فتغاير آلية الجهاز في الاتجاه المحدد للطائرة أو السفينة . و أي تغيير في الاتجاه يكشفه جهاز القيادة الجيروسكوبي الذي يظل يشير إلى الاتجاه الأصلي . ويبعث الجهاز تلقائياً برسالة إلى محرك التحكم في الدفة فيعيدها هذا إلى مسارها المحدد
ويطلق على هذه الخاصة للأجسام المدومة اسم الموازنة التدويمية . فالقرص الطائر يقذف دائماً مدوماً مما يمكنه من البقاء متوازناً أفقياً في الهواء ، وإلا لما استطاع البقاء طائراً ليقطع مسافة طويلة .
ولعلك شاهدت لاعبي السيرك وهم يقومون بتدوير الصحون على رؤوس عصي طويلة . أن هذه الصحون تبقى متوازنة و مستقرة أفقياً بفعل تدويمها وتميل إلى عدم تغيير اتجاه محور دورانها . لكن عندما تبدأ سرعة دورانها بالتناقص ، يتضاءل توازنها وتسقط بالتالي من فوق رؤوس العصي . و تنحصر مهارة لاعب السيرك بتحريك العصي بشكل يضمن استمرار دوران الصحون . وللسبب نفسه تبقى الدوامة ( الخذروفية ) متوازنة و هي تدور فوق سنها .
وتدور الكرة الأرضية أيضاً حول محورها . وهذا ما يبقي محورها دائماً في الاتجاه نفسه في الفضاء ، تماماً كما يبقي تدويم الجيروسكوب البوصلة في الاتجاه الأصلي نفسه .
السرعة والتسارع
إذا كانت المسافة بين مدينتين 100 كيلومتر وقامت سيارتان في الوقت نفسه لقطع المسافة بين المدينتين وانطلقت الأولى بسرعة 100 كيلومتر في الساعة بينما تسير السيارة الثانية بسرعة 50 كيلومتر في الساعة فمن الواضح أن السيارة الأسرع سوف تصل قبل الأخرى .
و عندما نقول أن سيارة ما تسير بسرعة 100 كم / س ، فذلك يعني أنه يلزمها ساعة كاملة لقطع مسافة 100 كيلومتر ، وهي المسافة بين المدينة الأولى والمـدينة الثـــانية . بينما يلزم الســـيارة الثـــانية التي ســـرعتها 50 كم / س ، ساعتان لقطع المسافة نفسها ، وهذا ما نعنيه بقولنا أن سرعة السيارة الأولى تفوق سرعة السيارة الثانية .
تقيس السرعة المسافة التي يجتازها جسم ما في وقت معين ، أو بمعنى آخر ، سرعة تحركه . وهناك وحــدات مختلفة لقــياس السـرعة مثل : ميل/ ساعة ، متر / ثانية ، وكيلومتر / ساعة .
أن حساب سرعة جسم متحرك هو أمر سهل . فإذا كانت السيارة ما تقطع 200 كيلومتر في أربع ساعات فإنا نجد سرعتها بقسمة 200 كيلومتر على أربع ساعات ، أي 50 كيلومتر / ساعة .
وهكذا ، فإنه يمكن حساب متوسط السرعة لأي سفرة تقوم بها في سيارة ، جد مقدار الكيلومترات المقطوعة بطرح قراءة عداد المسافات عند القيام من قراءته عند الوصول ، واستعن بساعتك لتحديد الوقت أو الزمن ، وحيث أن السرعة تساوي المسافة مقسومة على الزمن ، أقسم المسافة المقطوعة على الزمن المحسوب فتحصل على السرعة المطلوبة . إن قطع مسافة 200 كيلومتر على طريق دولي واسع قد يستغرق حوالي ساعتين ، فيكون متوسط السرعة 100 كيلومتر / ساعة . أما في المدينة فقد لا تستطيع اجتياز أكثر من 30 كيلومتر / ساعة .
إن مراقبة مقياس السرعة خلال سفرة ما تبين لك التغير المستمر في سرعة السيارة . فقد يسجل مؤشر المقياس حيناً 100 كيلومتر / ساعة ، و 60 كيلومتر / ساعة حيناً آخر ، كما يمكن أن يشير إلى الصفر عندما يتعرقل السير وتتوقف حركة المرور .
فمقياس السرعة يدل على سرعة السيارة في كل لحظة . وبالطبع تكون سرعة السيارة خلال الرحلة الكاملة مساوية لمتوسط ( أو لمعدل ) السرعة ، وهو طول المسافة مقسوماً على الزمن الذي استغرقته .
عندما تكون السيارة متوقفة فلا سرعة لها . وعندما تبدأ بالتحرك فإنها تنتقل من سرعة إلى سرعة أكبر . ويطلق على تزايد السرعة اسم التسارع . فبانتقال السيارة من سرعة الصفر كم \ سا إلى سرعة 80 كم \ سا تكون قد تسارعت . ويمكن لسيارة السباق مثلا أن تنتقل من سرعة الصفر إلى سرعة 100 كم \ سا بسرعة فائقة ، بينما تتطلب سيارة قديمة فترة أطول للوصول إلى تلك السرعة . أي أن تسارع سيارة السباق أكبر . ويعرف التسارع بأنه معدل سرعة جسم ما في وحدة الزمن . ومعكوس التسارع هو التقاصر أو التباطؤ وهو معدل تناقص سرعة جسم ما في وحدة الزمن.
والسلام خير مسك للختام
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته