Browsing as a guest — you can read this lesson freely, but you'll need to sign in to save notes or track progress.

Sign In
1.1.2

١-٢ حركة المقذوفات الأفقية

الفيزياء · الفصل الأول — الميكانيكا (القوى والحركة)

الدرس ١-٢ص ٨ – ١٣

حركة المقذوفات الأفقية

سؤال الدرس

عندما تُقذف عملة معدنية أفقيًا من حافة طاولة بينما تسقط أخرى رأسيًا بجانبها في نفس اللحظة، أيهما تصل الأرض أولًا — وما الذي يحدد النتيجة؟

ستتعلم أن

بنهاية هذا الدرس، ستكون قادرًا على أن:

  1. ١
    تشرح لماذا تحدث الحركتان الأفقية والرأسية للمقذوف بشكل مستقل.
  2. ٢
    تحسب زمن الطيران ومدى مقذوف أُطلق أفقيًا.
  3. ٣
    تحدِّد سرعة المقذوف في أي لحظة بإعادة تركيب مركبتيه.

الظاهرة — توقَّع قبل أن تستمر

ضع عملتين معدنيتين عند حافة طاولة تمامًا. ادفع إحدى العملتين أفقيًا لتخرج من فوق الطاولة، وفي اللحظة نفسها دع العملة الأخرى تسقط بشكل رأسي من فوق الحافة مباشرة. تهبط العملة المقذوفة على مسافة بعيدة، بينما تهبط الأخرى أسفل الحافة تقريبًا.

( أ ) أي العملتين تصل إلى الأرض أولًا — تلك التي يتم قذفها أفقيًا، أم التي تُركت تسقط رأسيًا، أم لا تصل أي واحدة منهما؟
(ب) إذا قُذفت العملة الأولى بقوة ضعف السابقة، هل تبقى في الهواء لزمن أطول، أم أقصر، أم نفس الزمن؟

سجِّل توقُّعك أولًا. لا يظهر الشرح قبل ذلك — وهذه هي طريقة الكتاب نفسه: «ابدأ بالظاهرة، دع الأدلة تبني التفسير».

استكشف

ما ستفعله
تُطلق أجسامًا مألوفة في حياتنا اليومية، وتقيس زمن حركتها، وتبحث عن نمط.
الزمن
١٠ دقائق
الأدوات
عملتان متماثلتان · مسطرة مسطحة · قلم رصاص · طاولة

الخطوات

  1. ١
    ضع مسطرة بلاستيكية مسطَّحة على طاولة، بحيث يبرز أحد طرفيها خارج الحافة. أمسك المسطرة بإحكام بالقرب من مركزها. ضع عملة على الطاولة بجانب المسطرة وعملة ثانية على الطرف البارز.
  2. ٢
    انقر الطرف البارز بشكل حاد. تُطلق المسطرة العملة الأولى أفقيًا بينما تنسحب من أسفل العملة الثانية، فتسمح لها بالسقوط رأسيًا. تبدأ العملتان حركتهما في نفس اللحظة تقريبًا.
  3. ٣
    استمع: هل تسمع ارتطامًا واحدًا بالأرض أم اثنين؟ سجِّل ما تسمعه.
  4. ٤
    كرِّر التجربة خمس مرات، من نقرة خفيفة إلى أقوى نقرة ممكنة. سجِّل كل محاولة.
المحاولةقوة النقر (خفيفة ← قوية)ارتطام واحد أم اثنان؟
١
٢
٣
٤
٥

حلّل ما جمعته

( أ ) هل ينقسم صوت الارتطام إلى نقرتين مع زيادة قوة النقر؟ ما النمط الذي يُظهره العمود؟

(ب) تقطع العملة المقذوفة مسارًا منحنيًا أطول بكثير، لكن الارتطامين يبقيان متزامنين. لماذا لا يؤدي المسار الأطول إلى زيادة الزمن اللازم للوصول إلى الأرض؟

✍️ اكتب تفسيرك في سطرين قبل أن تقرأ الصفحة التالية.

جرِّب: العملتان

العملة A تُقذف أفقيًا، والعملة B تُترك تسقط رأسيًا في اللحظة نفسها.

AB

الخط الواصل بين العملتين أفقي دائمًا: هما على الارتفاع نفسه في كل لحظة.

زمن الطيران (للعملتين معًا)

٢٫٠٠ s

لا يتأثر بسرعة القذف إطلاقًا

المدى الأفقي

٢٩٫٤ m

هذا وحده ما تفعله سرعة القذف

سرعة الارتطام

٢٤٫٥ m/s

vₓ ١٤٫٧ · v_y ١٩٫٦

اضبط السرعة على 14.7 والارتفاع على 19.6 — ستقرأ 2.00 s و29.4 m و 24.5 m/s، وهي إجابات المثال المحلول المطبوعة (ص ١١).

من الملاحظة إلى النموذج

في نشاط الاستكشاف، ارتطمت العملتان بالأرض في نفس الوقت تقريبًا، حتى عندما أُعطيت العملة المقذوفة أفقيًا سرعات ابتدائية مختلفة. وأدت زيادة سرعتها الأفقية إلى زيادة المسافة الأفقية المقطوعة لكنها لم تغيِّر زمن سقوطها. ولعلك توقعت أن العملة الأسرع ستهبط لاحقًا، لكن الملاحظات لم تؤيد هذا التوقع.

حركتان تجتمعان في جسم واحد

الجسم المقذوف أفقيًا يأخذ مسار قطع مكافئ وله حركتان مستقلتان. أفقيًا، لا يدفعه أو يجذبه شيء على طول الحركة (بإهمال مقاومة الهواء)، فيحافظ الجسم على سرعة ثابتة: x = v₀t.

ورأسيًا، تجذبه الجاذبية تمامًا كما تجذب أي جسم يسقط، فيكون الجسم في سقوط حر: v = gt وy = ½gt².

وتكون الحركتان الأفقية والرأسية مستقلتين — ولا تشتركان إلا في الزمن t. فالجاذبية تؤثر فقط في الحركة الرأسية، بينما تحدِّد السرعة الأفقية الابتدائية وحدها المسافة الأفقية المقطوعة.

القطع المكافئ، وما الذي يحدد الزمن

ينتج عن تراكب مركبتَي الحركة مسارٌ على شكل قطع مكافئ. ومع ذلك، يمكن تحليل كل جزء من الحركة على حدة. تخضع الحركة الرأسية للعلاقة y = ½gt²، حيث y هي المركبة الرأسية لإزاحة الجسم، ولذلك يُعطى زمن الطيران t بالعلاقة t = √(2y/g). وتخضع الحركة الأفقية للعلاقة x = v₀t.

الارتفاع يحدد الزمن: يعتمد الزمن من العلاقة t = √(2y/g) على الارتفاع الرأسي y وعجلة الجاذبية g فقط. فمضاعفة سرعة الإطلاق الأفقية تضاعف المدى الأفقي بينما يبقى زمن الطيران دون تغيير.

نقطة

  • تُعرف حركة الجسم المقذوف أفقيًا باسم «حركة المقذوف الأفقي»، وتُحلَّل هذه الحركة إلى مركبتين: أفقية ورأسية، وتُعامل بوصفها حركتين خطيتين مستقلتين تشتركان فقط في الزمن t نفسه.
  • المركبة الأفقية: يحافظ الجسم على سرعة ثابتة مقدارها v₀، لذا فإن المركبة الأفقية للإزاحة x تُعطى بالعلاقة x = v₀t.
  • المركبة الرأسية: يخضع الجسم لحالة سقوط حر. فإذا رمزنا لتسارع الجاذبية الأرضية بالرمز g، تكون المركبة الرأسية للسرعة v = gt، وتكون المركبة الرأسية للإزاحة y = ½gt².

صندوق المعادلات

الحركة الأفقية (حركة منتظمة)

d = v₀t + ½at² → a = 0 → x = v₀t

الحركة الرأسية (سقوط حر من السكون)

d = v₀t + ½at² → u = 0 → y = ½gt² , v = gt

زمن الطيران من الارتفاع

t = √( 2y / g )

سرعة الهبوط

v = √( (vₓ)² + (v_y)² )

مثال محلول

الموقف

قُذف جسم أفقيًا بسرعة 14.7 m s⁻¹ من ارتفاع 19.6 m فوق الأرض. بافتراض أن عجلة الجاذبية الأرضية تساوي 9.8 m s⁻²، أوجد ما يلي: ( أ ) الزمن اللازم بالثانية ليصل الجسم إلى الأرض. (ب) المدى الأفقي للجسم بالمتر. (جـ) سرعة الجسم قُبيل ارتطامه بالأرض.

المعطيات والمطلوب

المعطيات: v₀ = 14.7 m s⁻¹، y = 19.6 m، g = 9.8 m s⁻².
المطلوب: t، x، v.

التمثيل

تُقسم الحركة في جزأين:
— أفقيًا: يتحرك الجسم بسرعة ثابتة v₀ = 14.7 m s⁻¹.
— رأسيًا: يسقط سقوطًا حرًّا مسافة y = 19.6 m تحت تأثير الجاذبية. والمسار قطع مكافئ.

الاستراتيجية

أولًا: استخدم الحركة الرأسية لإيجاد الزمن y = ½gt².
ثانيًا: استخدم الحركة الأفقية لإيجاد المدى x = v₀t.
ثالثًا: أوجد السرعة الرأسية قبل الارتطام باستخدام v = gt.

الحل الموضح

( أ ) بما أن الجسم في سقوط حر رأسيًا، لكن زمن السقوط من مسافة 19.6 m:
y = ½gt² → 19.6 = ½ × 9.8 × t² → 19.6 = 4.9 t² → t² = 4 → t = 2 s
(ب) السرعة الأفقية ثابتة:
x = v₀t = 14.7 × 2.0 = 29.4 m ≈ 29 m
(جـ) عند t = 2.0 s: المركبة الأفقية للسرعة vₓ = v₀ = 14.7 m s⁻¹، والمركبة الرأسية v_y = gt = 9.8 × 2.0 = 19.6 m s⁻¹.
v = √((14.7)² + (19.6)²) = √600.25 = 24.5 m s⁻¹ ≈ 25 m s⁻¹

منطقية الحل

يسقط الجسم مدة 2.0 s، ويقطع مسافة 29.4 m أفقيًا، وتكون سرعته النهائية أكبر من سرعته الابتدائية لأن الجاذبية تزيد فقط المركبة الرأسية للسرعة.

🙂 فسِّرها بنفسك

فسِّر النتائج التي حصلت عليها بكلماتك الخاصة.

تطبيق سريع

⚡
ينزلق هاتف من حافة نافذة على ارتفاع 4.9 m فوق الرصيف. أوجد زمن سقوطه.

جرِّب بنفسك

🪙
قُذف جسم أفقيًا بسرعة 3.0 m s⁻¹ من ارتفاع معين، فيصل إلى الأرض خلال 3.0 s. احسب الارتفاع الابتدائي والمدى الأفقي للجسم.
أ
قُذف جسم أفقيًا بسرعة 19.6 m s⁻¹ من ارتفاع 58.8 m فوق الأرض. (i) أوجد الزمن اللازم (بالثانية) ليصل الجسم إلى الأرض. (ii) أوجد المدى الأفقي للجسم بالمتر. (iii) أوجد سرعة الجسم قبل ارتطامه بالأرض.
ب
يُقذف جسم أفقيًا بسرعة 3.0 m s⁻¹ من ارتفاع معيَّن، فيصل إلى الأرض خلال 3.0 s. (i) أوجد الارتفاع الابتدائي للجسم بالمتر. (ii) أوجد المدى الأفقي للجسم بالمتر.

الإسقاط قبل الهدف

تحلِّق طائرة إغاثة أفقيًا بسرعة 60 m s⁻¹ على ارتفاع 80 m فوق قرية غمرتها الفيضانات (قرية منكوبة). تُسقَط أكياس الحبوب المعبَّأة في أكياس مزدوجة التغليف إسقاطًا حرًّا فوق حقل محدَّد بعلامة. لا يستطيع الطيار الإسقاط فوق العلامة بالضبط: يغادر كل كيس بسرعة الطائرة الأفقية، ويحافظ على هذه السرعة أفقيًا (بغض النظر عن مقاومة الهواء) بينما يسقط رأسيًا تحت تأثير الجاذبية في الوقت نفسه.

ويستغرق السقوط 4.0 s، يتحرك خلالها الكيس أفقيًا مسافة قدرها 60 × 4.0 ≈ 240 m. لذا يجب أن يحدث الإسقاط قبل نحو 240 m من وصول الطائرة إلى الهدف.

من أين جاء الرقمان؟

t = √(2 × 80 / 9.8) = √16.33 = 4.04 s، يقرِّبه الكتاب إلى 4.0 s، ثم x = 60 × 4.04 = 242 m ≈ 240 m. ولاحظ أن سرعة الطائرة لم تدخل حساب الزمن إطلاقًا: هي تحدِّد أين يقع الكيس لا متى.

✍️ دورك الآن

إذا حافظت الطائرة على سرعتها الأفقية الثابتة، يهبط الكيس تقريبًا مباشرة أسفل الطائرة — رغم أنه بعيد جدًّا عن نقطة إسقاطه. فسِّر كيف تكون العبارتان صحيحتين في آنٍ واحد.

سؤال للربط

هل يمكن حل مسائل حركة المقذوفات باستخدام الطاقة بدلًا من معادلات الحركة؟

فكِّر أولًا، ثم افتح

نعم، لجزء من المسألة: حفظ الطاقة يعطي مقدار سرعة الهبوط مباشرة، لأن طاقة الوضع المفقودة تتحول إلى طاقة حركة. لكنه لا يعطي الزمن ولا المدى، لأن الطاقة كمية قياسية لا تعرف الاتجاه ولا تحمل معلومة عن الزمن. ولهذا تبقى معادلات الحركة ضرورية هنا — وهذه بالضبط هي حدود كل نموذج: يجيب عن سؤال ويصمت عن آخر.

طبيعة العلم — التجارب: إبطاء أثر الجاذبية لتسهيل قياس زمن الحركة

كان السقوط الحر أسرع من أن يتمكن جاليليو من قياس زمنه مباشرة، لذا قام بإبطاء الحركة عن طريق دحرجة كرات على أخاديد ناعمة قليلة الميل (مستوى مائل أملس عديم الاحتكاك)، وقاس زمنها بساعة مائية. وفي كتابه «علمان جديدان» (١٦٣٨)، أثبت أنه بإهمال مقاومة الهواء، فإن الجسم المقذوف يجمع بين الحركة الأفقية المنتظمة والحركة الرأسية تحت تأثير الجاذبية، لتكوِّنا معًا مسارًا على شكل قطع مكافئ. وتجربة العملتين التي أجريتها تتبع نفس الفكرة.

✍️ دورك الآن

فسِّر لماذا تُعَد دراسة الحركة أسفل منحدر أملس عديم الاحتكاك مكافئة فيزيائيًا لدراسة السقوط الحر الرأسي المباشر.

سؤال الدرس، وإجابته

لا تصل أي منهما أولًا، فهما تصلان في نفس اللحظة. فعند إهمال مقاومة الهواء، تحدِّد الجاذبية الحركة الرأسية بشكل مستقل عن الحركة الأفقية. وزيادة السرعة الأفقية تزيد المسافة الأفقية المقطوعة لكنها لا تغيِّر زمن الطيران من نفس الارتفاع.

وعُد الآن إلى توقُّعك: الجواب عن الجزأين واحد. ما يحدد الزمن هو الارتفاع وحده، فمهما ضاعفت قوة القذف بقي زمن الطيران كما هو — وهو المبدأ نفسه الذي رأيته في الدرس السابق حين لم يغيِّر التيار زمن العبور.

تمرين

أ
يُقذف جسم أفقيًا بسرعة 9.8 m s⁻¹ من ارتفاع 14.7 m فوق الأرض. (i) أوجد الزمن اللازم (بالثانية) ليصل الجسم إلى الأرض. (ii) أوجد المدى الأفقي للجسم بالمتر. (iii) أوجد سرعة الجسم قُبيل ارتطامه بالأرض.
ب
يُقذف جسم أفقيًا بسرعة 6.0 m s⁻¹ من ارتفاع معيَّن، فيصل إلى الأرض خلال 2.0 s. (i) أوجد الارتفاع الابتدائي للجسم بالمتر. (ii) أوجد المدى الأفقي للجسم بالمتر.
ج
يُقذف جسم أفقيًا من ارتفاع 0.40 m ويهبط عند النقطة A، الواقعة على مسافة أفقية 0.40 m. (i) أوجد الزمن بالثانية من لحظة القذف حتى وصول الجسم إلى الأرض. (ii) أوجد السرعة الابتدائية للجسم. (iii) أوجد الارتفاع الابتدائي اللازم بالمتر ليسقط الجسم عند النقطة B الواقعة على مسافة أفقية 0.80 m، بافتراض السرعة الابتدائية نفسها.
📝
سؤال بأسلوب الامتحان (ص ١٣): تندرج كرة من فوق منضدة أفقية ارتفاعها 1.25 m بسرعة 2.0 m s⁻¹. ( أ ) احسب الزمن الذي تستغرقه الكرة لتصل إلى الأرض. (ب) أوجد المسافة الأفقية من المنضدة التي تهبط عندها الكرة.

📝 تدريبات الدرس — على هيئة الامتحان

٥٠٪

أسئلة الاختيار من متعدد

تقيسُ المعرفةَ والدقةَ: كلمةٌ واحدةٌ تُغيِّرُ الإجابة.

٥٠٪

الأسئلة المقالية

تقيسُ الفهمَ: لا تُقبلُ إجابةٌ بلا دليلٍ وتعليلٍ.

١تذكُّرمن إعدادنا

ما الكمية الوحيدة التي تشترك فيها الحركتان الأفقية والرأسية للمقذوف؟

٢فهمٌ واستيعابٌمن إعدادنا

عملتان تتركان حافة الطاولة معًا: A تُقذف أفقيًا وB تسقط رأسيًا. ماذا تسمع؟

٣تطبيقٌمن إعدادنا

جسم قُذف أفقيًا من ارتفاع 4.9 m. كم زمن طيرانه؟

٤تحليلٌ واستنتاجٌمن إعدادنا

ضوعفت سرعة القذف الأفقية لجسم من نفس الارتفاع. ماذا يحدث للمدى ولزمن الطيران؟

٥تطبيقٌمن إعدادنا

جسم قُذف أفقيًا بسرعة 14.7 m s⁻¹ وارتطم بالأرض بعد 2.0 s. ما مقدار سرعته قُبيل الارتطام؟

٦تقويمٌ وإبداءُ رأيٍمن إعدادنا

لماذا اضطر جاليليو إلى دحرجة الكرات على مستوى مائل بدل دراسة السقوط الحر مباشرة؟

٧فهمٌ واستيعابٌمن إعدادنا٣ درجات درجات

اشرح لماذا تصل العملتان إلى الأرض في اللحظة نفسها رغم اختلاف طول مساريهما.

  • خطَّةُ الإجابة:
  • • اذكر أن حركة المقذوف تُحلَّل إلى مركبتين مستقلتين.
  • • بيِّن أن المركبة الرأسية للعملتين متطابقة: سقوط حر من السكون بالعجلة g.
  • • اربط بأن طول المسار لا يدخل معادلة الزمن، وأن الارتفاع وحده يحددها.
٠ كلمةاكتب أولًا، ثم قارن.
٨تطبيقٌمن إعدادنا٤ درجات درجات

قُذف جسم أفقيًا بسرعة 20 m s⁻¹ من ارتفاع 45 m. أوجد زمن الطيران، والمدى الأفقي، ومقدار سرعة الارتطام.

  • خطَّةُ الإجابة:
  • • الزمن من الحركة الرأسية وحدها.
  • • المدى من الحركة الأفقية بالزمن غير المقرَّب.
  • • سرعة الارتطام بتركيب المركبتين.
٠ كلمةاكتب أولًا، ثم قارن.
٩تحليلٌ واستنتاجٌمن إعدادنا٤ درجات درجات

بيِّن، بالحساب، أن مضاعفة المدى الأفقي بالسرعة الابتدائية نفسها تستلزم أربعة أمثال الارتفاع.

  • خطَّةُ الإجابة:
  • • اكتب x = v₀t فمضاعفة x بالسرعة نفسها تضاعف t.
  • • اكتب y = ½gt² فمضاعفة t تضرب y في أربعة.
  • • ادعم بمثال عددي من التمرين (ج).
٠ كلمةاكتب أولًا، ثم قارن.
١٠تطبيقٌمن إعدادنا٣ درجات درجات

طائرة تحلق أفقيًا بسرعة 50 m s⁻¹ على ارتفاع 125 m وتسقط طردًا. على أي مسافة أفقية قبل الهدف يجب أن يتم الإسقاط؟

  • خطَّةُ الإجابة:
  • • الزمن من الارتفاع.
  • • المسافة الأفقية من السرعة والزمن.
  • • اذكر أن سرعة الطائرة لا تؤثر في الزمن.
٠ كلمةاكتب أولًا، ثم قارن.
١١فهمٌ واستيعابٌمن إعدادنا٣ درجات درجات

ما الفرضية التي يقوم عليها نموذج المقذوف في هذا الدرس، وكيف تتغيَّر النتائج لو أُسقطت؟

  • خطَّةُ الإجابة:
  • • سمِّ الفرضية: إهمال مقاومة الهواء.
  • • بيِّن أثرها على المركبة الأفقية وعلى الرأسية.
  • • اذكر أن النموذج يبقى صالحًا للأجسام الكثيفة والسرعات المعتدلة.
٠ كلمةاكتب أولًا، ثم قارن.
١٢تقويمٌ وإبداءُ رأيٍمن إعدادنا٤ درجات درجات

قال طالب: «الجسم المقذوف أفقيًا يظل يتحرك أفقيًا أولًا ثم يبدأ في السقوط». قوِّم هذه العبارة.

  • خطَّةُ الإجابة:
  • • اذكر مصدر الانطباع: شكل المسار قرب البداية.
  • • بيِّن الخطأ: السقوط يبدأ في اللحظة صفر.
  • • ادعم بالأرقام من الشكل (١.٢.١) أو بحساب y عند أزمنة قصيرة.
٠ كلمةاكتب أولًا، ثم قارن.

لماذا يصوِّب لاعب كرة السلة إلى أعلى دائمًا؟

الفكرة نفسها، خارج نص الكتاب: كل تصويبة أفقية بحتة تسقط قبل السلة، مهما بلغت قوتها، لأن زمن الطيران يحدده الارتفاع وحده. فاللاعب لا يزيد القوة الأفقية بل يضيف مركبة رأسية لأعلى، فيشتري زمنًا في الهواء — وهو ما تعالجه حركة المقذوفات بزاوية في الدرس ١-٣.

معلومة برة المنهجbeyond the official book
هذا التطبيق ليس من نص الكتاب، وإنما أضفناه لأنه يوضح حدود درسنا: هنا الزمن مفروض علينا، وفي الدرس التالي يصير قابلًا للاختيار.

📌 خلاصةُ الدرسِ في سطورٍ

  • المقذوف جسم تخضع حركته بعد إطلاقه لتأثير الجاذبية وحدها (بإهمال مقاومة الهواء).
  • الحركتان الأفقية والرأسية مستقلتان ولا تشتركان إلا في الزمن t.
  • أفقيًا سرعة ثابتة: x = v₀t. ورأسيًا سقوط حر: y = ½gt² وv = gt.
  • الارتفاع وحده يحدد زمن الطيران: t = √(2y/g) — ولا تظهر فيه سرعة القذف.
  • سرعة الهبوط بتركيب المركبتين: v = √(vₓ² + v_y²)، وهي أكبر من الابتدائية وأصغر من مجموعهما الجبري.

Keep reading — this lesson marks itself done automatically.