حلول اتقان المفاهيم وتطبيق المفاهيم

خريطة المفاهيم:

24. أكمل خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات والرموز الآتية: السعة، التردد، T ،λ ،v.

إتقان المفاهيم:

(1 -7)

25. ما الحركة الدورية؟ أعط ثلاثة أمثلة عليها.

حركة تعيد نفسها بشكل دوري منتظم ومن الأمثلة عليها: اهتزاز نابض معلق في نهايته كتلة، وتأرجح بندول بسيط، والحركة الدائرية المنتظمة.

26. ما الفرق بين الزمن الدوري والتردد؟ وكيف يرتبطان؟

التردد هو عدد الدورات أو التكرارات في الثانية والزمن الدوري هو الزمن الذي يتطلبه إكمال دورة واحدة والتردد يساوي مقلوب الزمن الدوري.

27. إذا حقق نابض قانون هوك؛ فكيف يكون سلوكه؟

ينضغط النابض أو يستطيل مسافة تتناسب طردياً مع القوة المؤثرة فيه.

28.كيف يمكن أن نستخلص من رسم بياني للقوة والإزاحة لنابضٍ ما قيمة ثابت النابض؟

ثابت النابض يساوي ميل المنحني البياني لتغير F مع x.

29. كيف يمكن أن نستخلص من الرسم البياني للقوة والازاحة طاقة الوضع في نابضٍِ ما؟

طاقة الوضع تساوي المساحة تحت المنحني البياني لتغير F مع x.

30. هل يعتمد الزمن الدوري لبندول على كتلة ثقله؟ وهل يعتمد على طول خيطه؟ وعلامَ يعتمد الزمن الدوري للبندول أيضاً؟

لا، نعم يعتمد على تسارع الجاذبية g.

(2 - 7)

31. ما الطرائق العامة لانتقال الطاقة؟ أعط مثالين على كل منها.

طريقتان تنتقل الطاقة بانتقال الجسيمات والموجات وهناك أكثر من مثال على كل منهما البيسبول والرصاصة لانتقال الجسيمات وموجات الصوت والضوء لانتقال الموجات.

32. ما الفرق الرئيس بين الموجات الميكانيكية والموجات الكهرومغناطيسية؟

الاختلاف الرئيسي هو أن الموجات الميكانيكية تحتاج إلى وسط مادي لكي تنتقل خلاله، أما الموجات الكهرومغناطيسية لا تحتاج إلى وسط لكي تنتقل خلاله.

33. ما الفروق بين كلٍّ من: الموجة المستعرضة، والموجة الطولية والموجة السطحية؟

الموجة المستعرضة يكون اهتزاز جسيمات الوسط الناقل في اتجاه عمودي على اتجاه انتشار الموجة، أما الموجة الطولية فتسبب اهتزاز جسيمات الوسط في اتجاه موازي لاتجاه انتشار الموجة، أما الموجات السطحية فلها صفات الموجتان الطولية والعرضية.

34. ما الفرق بين النبضة الموجية والموجة الدورية؟

النبضة الموجية عبارة عن اضراب مفرد في الوسط، أما الموجة الدورية عبارة عن عدة اضطرابات متجاورة.

35. انتقلت موجات خلال نابض طوله ثابت، أجب عن السؤالين الآتيين:

a. هل تتغير سرعة الموجات في النابض؟ وضح ذلك.

لا تتغير سرعه الموجات لأن سرعة الموجة تعتمد فقط على الوسط الناقل.

b. هل يتغير تردد الموجة في النابض؟ وضح ذلك.

يمكن تغيير التردد عن طريق تغيير تردد مولد الموجات.

36. افترض أنك ولدت نبضة خلال حبل، فكيف تقارن موضع نقطة على الحبل قبل وصول النبضة بموضعها بعد مرور النبضة؟

بعد مرور النبضة فإن هذه النقطة تعود تماماً كما كانت قبل وصول النبضة.

37. افترض أنك ولّدت موجة مستعرضة بهز أحد طرفي نابض جانباً فكيف يكون تردد يدك مقارنة بتردد الموجة؟

يكونا متساويان.

38. متى تكون النقاط في موجة في الطور نفسه؟ ومتى على تكون في حالة اختلاف في الطور؟ أعط مثالاً على كل حالة.

تكون النقاط في الطور نفسه لهما نفس الإزاحة والسرعة المتجهة وخلاف ذلك فتكون النقاط في حال اختلاف في الطور فمثلاً تكون قمتان في الموجة في الطور نفسه إحداهما بالنسبة إلى الأُخرى، أما القمة والقاع فلا يكونا في الطور نفسه إحداهما بالنسبة للآخر.

39. صِف العلاقة بين سعة موجة والطاقة التي تحملها.

تتناسب الطاقة التي تحملها الموجة طردياً مع مربع سعتها.

40. عندما تمر موجة خلال حد فاصل بين حبل رفيع وآخر سميك، كما في الشكل 18-7، ستتغير سرعتها وطولها الموجي، ولن يتغير ترددها، فسر لماذا يبقى التردد ثابتاً.

يعتمد التردد فقط على معدل الاهتزاز في الحبل الرفيع والذي بدوره يؤدي إلى اهتزاز الحبل السميك بالتردد نفسه.

(3 - 7)

41. ثُبتت شريحة فلزية رقيقة من مركزها، ونُثر عليها سكر، فإذا نقر على قوس بالقرب منها فإن أحد طرفيها يبدأ في الاهتزاز، ويبدأ السكر في التجمع في مساحات محددة، ويتحرك مبتعداً عن مساحات أخرى صِف هذه المناطق بدلالة الموجات الموقوفة.

المساحات الخالية هي مناطق البطون حيث يكون فيها أكبر اهتزاز، أما المساحات التي يتجمع فيها السكر فهي مناطق العقد والتي لا يكون عندها اهتزاز.

42. إذا أهتز حبل مشكّلاً أربعة أجزاء أو أقسام فإنك تستطيع أن تلمس عدداً من النقاط عليه دون أن تحُدث اضطراباً في حركته. بيّن عدد هذه النقاط.

تتكون موجة موقفة وتتكون خمس نقاط.

43. مرت مقدمات موجات بزاوية من وسط إلى آخر وتحركت فيه بسرعة مختلفة، صف تغيرين في هذه المقدمات، وما الذي لم يتغير؟

يتغبر كل من الطول الموجي واتجاه مقدمات الموجة، أما التردد فلا يتغير.

تطبيق المفاهيم:

44. تهتز كرة إلى أعلى وإلى أسفل عند طرف نابض مثبت رأسياً صِف تغيرات الطاقة التي تحدث خلال دورة كاملة، وهل تغيرت الطاقة الميكانيكية الكلية؟

تكون طاقة الوضع المرونية عند أسفل الحركة عند قيمتها العظمى وطاقة الوضع الجاذبة عند قيمتها الصغرى والطاقة الحركية تساوي صفراً، أما عند وضع الاتزان فتكون الطاقة الحركية (kE) عند قيمتها العظمى وطاقة الوضع المرونية صفر وعند أعلى نقطة في مسار الحركة لحظة الارتداد إلى أسفل تكون الطاقة الحركية (kE) صفراً وطاقة الوضع الجاذبة عند قيمتها العظمى وطاقة الوضع المرونية عند قيمتها العظمى وتكون الطاقة الميكانيكية الكلية محفوظة.

45. هل يمكن استخدام ساعة بندول في محطة فضائية دولية تتحرك في مدارها؟ وضح ذلك.

لا تكون المحصلة الفضائية في حال سقوط حر ولذلك تكون القيمة الظاهرية لثابت الجاذبية g صفراً ولا يتأرجح البندول.

46. افترض أنك أمسكت قضيباً فلزياً طوله 1 وضربت أحد طرفيه بمطرقة، في اتجاه موازي لطوله أولاً ثم في اتجاه يصنع زاوية قائمة مع طوله ثانياً صف الموجات المتولدة في الحالتين.

تتولد في الحالة الأولى موجات طولية، أما في الحالة الثانية تتولد موجات مستعرضة.

47. افترض أنك غمست إصبعك بشكل متكرّر في حوض مملوء بالماء لتوليد موجات دائرية، فماذا يحدث لطول الموجة إذا حركت إصبعك بسرعة؟

يزداد تردد الموجات وتبقى السرعة نفسها ويقل الطول الموجي.

48. افترض أنك أحدثت نبضة واحدة في نابض مشدود، فما الطاقة التي يتطلبها إحداث نبضة لها ضعف السعة؟

تقريباً أربعة أضعاف.

49. تكون النبضة اليسرى في كل واحدة من الموجات الموضحة في الشكل 19-7 هي النبضة الأصلية، وتتحرك إلى اليمين، وتكون النبضة التي في المركز هي النبضة المنعكسة، بينما تكون النبضة اليمنى هي النبضة النافذة صِف صلابة الحد الفاصل عند النقاط A ،B ،C،D.

يكون الحد الفاصل A أكثر صلابة، بينما يكون الحد الفاصل B أقل صلابة ويكون الحد الفاصل c أقل صلابة ويكون الحد الفاصل D أكثر صلابة.