مشرروع فيزياء عن المقلاع و الحركة الدورانية الصف الحادي عشر العلمي للصف الحادي عشر

وزارة التربية و التعليم
منطقة العين التعليمية
مدارس الخليل الدولية الخاصة

الحركة هي حالة لجسم غير ثابت إما أن ينتقل من نقطة إلى أخرى وتعرف هذه المسافة المقطوعة بالإزاحة أو أن يدور حول نفسه. ولوصف حركة جسم معين وصفا كاملا، فلا بد من معرفة اتجاه الإزاحة، و هناك عدة أشكال للحركة منها الحركة الخطية و الحركة الدورانية سأتناول في موضوعي هذا وصفاً للحركة الدائرية، و شرحاً لتجربة قمت بها.
الحركة الدورانية هي حركة التفاف حول مركز الجسم مع الحفاظ على مسافة ثابتة منه، مشكلاً مساراً دائريا. وتكون الحركة دورانية منتظمة إذا كانت سرعة الدوران ثابتة، وإلا فهي حركة دورانية غير منتظمة لتغير سرعة الدوران، لا يمكننا الحديث عن الحركة الدورانية لشيء إلا إذا أهملنا حجمه، ويتم اعتبار هذا الشيء جسما نقطيا.
خطوات المشروع:
الكل يعلم أن أكبر و أبسط مثال على الحركة الدورانية هو المقلاع، المقلاع هو أداة من أدوات القتال و الحروب البسيطة التي يعتمد مبدأها على الحركة الدورانية و صنعها بسيط يتكون من :
· قطعة جلدية مثقوبة من طرفيها.
· خيطان لربطهما بكل طرف.
· حجر أوأي جسم صغير لتدويره

يعتمد المقلاع في حركته على الحركة الدورانية حيث يوضع الحجر في وسط الخيطين و يدور بسرعة شديدة إلى أن يفلت أحد الخيطين فينطلق الحجر إثر اكتسابه سرعة مماسية تعطى بالعلاقة :
فكلما زاد طول الخيط أو السرعة الزاوية التي يتحرك بها الحجر أو الجسم زادت سرعته المماسية و السرعة المماسية هي سرعة الجسم اللحظية في مساره الرئري و تكون عامودية علىنصف قطر مساره.
حسب قانون نيوتن يمل الجسم إلى الحركة في مساره المعتاد إلى أن تؤثر عليه قوة تغير من مساره و القوة هنا هي التي تجعل الجسم يتحرك بمسار دائري و تسمى القوة المركزية، إذاً فلماذا يتحرك الحجر أو الجسم حركة دائرية؟

مثل أي قوة تعطى بالعلاقة
القوة المركزية = أو
فإذا أدير المقلاع الذي طول خيطه 2 متر و يحوي حجر كتلته 2 kg و يدور بسرعة زاوية 5 rad/s2فإن القوة المركزية تساوي
[ = 100N
و تعتمد القوة المركزية في المقلاع على نصف القطر و سرعة التدوير و كتلة الحجر .و تمثل قوة الشد في الخيط و تكون دائما القوة المركزية نحو مركز الدوران بما أن العجلة المركزية نحو المركز أيضا ، و العجلة المركزية هي العجلة التي تنتج من تغير اتجاه السرعة المماسية .
إذا انعدمت هذه القوة (المركزية) يستمر الجسم متحركاً بسرعته الخطية وفي نفس اتجاه هذهالسرعة ما لم تتدخل قوة أخرى تؤثر فيه. فهذا ما يفسر انطلاق الحجر في المقلاع ، فعندما يفلت الشخص الذي يدور المقلاع احد الخيوط تنعدم القوة المركزية فيتابع الحجر حركته المعتادة ، و هذا سبب انقلاب المركبات السريعة عند المنعطفات التي تمثل حركة دورانية و القوة المركزية هنا تمثل قوة الاحتكاك بين عجلات السيارة و الأرض فتكمن الخطورة في السرعة الزائدة لأن قوة الاحتكاك تصبح غير كافية لإحداث القوة المركزية المناسبة .
هناك الكثير من التطبيقات على الحركة الدورانية غير المقلاع منها دوائر الانعطاف في الأسفلت وزوايا ميل المنعطف لتفادي انزلاق السيارات نتيجة السرعة المحددة لها. تجدها كذلك في الألعاب والمسابقات حين تستطيع دراجة أو سيارة أو قطار الألعاب الدوران والانقلاب مع حركته في مسارات دائرية ولولبية دون السقوط نحو الأسفل. كذلك في الأرجوحة الدورانية حيث تحسب السرعات الدورانية اللازمة لضمان صعود العربة على الجدران الدائرية وكذلك حساب السرعة المقبولة التي لا تؤثر على سلاسل الشد في كراسي الركاب الدوارة.
الخاتمة
تطبيقات الحركة الدائرية دخلت جميع نواحي حياتنا من و سائل نقل و ترفيه و حرب، كل شيء تقريباً أصبح له علاقة بالحركة الدورانية
و بعد أن شرحت بعض من عناصر الحركة الدائرية و تناولت في هذا المشروع بعضا من الأمثلة و أبرزها المقلاع الذي يعتمد اعتماد كلياً على الحركة الدائرية و القوة المركزية التي تجعله يتحرك بحرية تامة عند انعدام القوة المركزية .