عرض تحوّلات الطاقة في مخطّط جريان

عرض تحوّلات الطاقة في مخطّط جريان

30) استعملوا مخطّط الجريان لوصف تحوّلات الطاقة في ثلاثة الأحداث المعروضة فيما يلي:

أ. تسخين ماء في طنجرة بواسطة لهبة غاز طبخ غني بالطاقة الكيميائية.

ب. سيّارة تسير على شارع سريع وخلال ذلك تحوّل الطاقة الكيميائية للوقود.

ج. تيّار كهربائي يُنتَج في محطّة لتوليد الكهرباء عن طريق حرق الفحم. التيّار الكهربائي يمرّ في بيت السيّدة لطيف التي تشغّل إبريقًا كهربائيًا لتسخين سريع للماء (ترغب في إعداد فنجان قهوة).

31) أكملوا تحوّلات الطاقة لجسم يُرمى إلى الأعلى في مخطّط الجريان التالي.

32) أيّة جملة من الجمل التالية تلائم تسلسل تحوّلات الطاقة التالي:

أ. رياضي يدرّب عضلات يديه بواسطة شدّ نابض.

ب. سيّارة لعب تعمل بواسطة نابض، تتحرّك في مرتقى سفح مائل وتتوقّف.

ج. ميزان نابض يشير إلى وزن ثقل موضوع عليه.

د. عجلة تدور وتتوقّف بواسطة شدّ نابض.

. عرض تحوّلات الطاقة في مخطّط دائري

33) تصف المخطّطات الدائرية التي أمامكم سلسلة تحوّلات للطاقة لسهم أُطلق من قوس.

أيّة جملة من الجمل التالية تلائم هذا الوصف؟

	السهم بعد إطلاقه

 

طاقة الارتفاع       الطاقة الحركية

أ. أُطلق السهم باتّجاه الأعلى من الملعب.

ب. أُطلق السهم باتّجاه الأسفل من سطح عالٍ.

ج. أُطلق السهم أفقيًا (إلى الأمام) من تلّة.

د. تحرّر السهم من القوس أثناء الإطلاق وسقط على الأرض.

34) أيّة جملة من الجمل التالية أكثر ملاءمة لسلسلة تحوّلات الطاقة لكرة في لعبة كرة قدم في الحيّ، الموصوفة في المخطّطات الدائرية التالية؟

طاقة الارتفاع       الطاقة الحركية

أ. رُكلت الكرة باتّجاه الأعلى من قِبل حارس المرمى.

ب. سقطت الكرة من السطح إلى الأرض بعد أن وصلت إلى هناك خطأً.

ج. رُكلت الكرة أفقيًا (على عرض الملعب).

د. الكرة في حركة أفقية وأصابت الجدار وعادت منه.

35) أمامكم مخطّطان دائريان يعرضان كرتين متطابقتين تسقطان من نفس الارتفاع إلى الأرض (انظروا مفتاح المخطّطين).

أيّة كرة أقرب من الأرض؟ (أشيروا إلى الإجابة الصحيحة.)

الكرة "أ"/ الكرة "ب"/ لا يمكن المعرفة.

طاقة الارتفاع       الطاقة الحركية

ب

أ

فسّروا لماذا اخترتم هذه الإجابة.

36) أيّة جملة من الجمل التالية تلائم سلسلة تحوّلات الطاقة الموصوفة في المخطّطين الدائريين التاليين (انظروا مفتاح الألوان في الجانب الأيسر من المخطّطين).

الطاقة الحركية      الطاقة الكيميائية

أ. شخص في السوبرماركت يدفع عربة محمّلة بمنتجات ويقودها باتّجاه الخروج.

ب. سيّارة تقف في جانب الطريق.

ج. كرة تسقط من سطح البيت.

د. كتاب موضوع على الطاولة.

37) رمى لاعب معيّن كرة سلّة مباشرةً باتّجاه الأعلى. صعدت الكرة حتّى وصلت إلى ارتفاع معيّن وعندها هبطت عائدة إلى الملعب. تطرّقوا إلى الحالات التالية للكرة خلال حركتها باتّجاه الأعلى:

     (1) مباشرةً بعد الرمي؛  (2) في وسط الطريق؛  (3) عندما وصلت إلى أوج ارتفاعها.

أ. أكملوا الجدول الذي أمامكم مع التطرّق إلى الحالات الثلاث المختلفة للكرة التي وُصفت في مقدّمة السؤال. انظروا مثالاً للانتقال من الحالة (1)  إلى الحالة (2).

المرحلة في العملية	التغيّرات في حالة الكرة
	الارتفاع فوق الأرض	السرعة
من الحالة (1)  إلى الحالة (2)	يزداد	تقلّ
من الحالة (2)  إلى الحالة (3)

ب. اشرحوا التغيّرات في حركة الكرة بواسطة قانون حفظ الطاقة (أكملوا الناقص):
حسب قانون _________ في الانتقال من الحالة (1)  إلى الحالة (2) الطاقة _____ للكرة تقلّ، بينما طاقة الارتفاع ______ بنفس المدى تقريبًا (هذا بافتراض أنّ الهواء لا يسخن تقريبًا). في أوج الارتفاع الطاقة ______ تصبح صفرًا، بينما طاقة ________ تبلغ أقصى قيمتها.

ج. صفوا بواسطة مخطّط دائري الكرة في حالتين: (أ) مباشرةً بعد أن رماها اللاعب باتّجاه الأعلى، (ب) في أوج ارتفاعها.

38) يصف الرسم التوضيحي الذي أمامكم كرة قدم ومكانها بالنسبة للأرض من اللحظة التي ركلها فيها حارس المرمى وحتّى وصلت إلى أوج ارتفاعها. ارسموا في كلّ واحد من المخطّطات الدائرية التوزيع النسبي لطاقة الارتفاع وللطاقة الحركية. استعملوا الإشارات التالية:

								طاقة الارتفاع     الطاقة الحركية
		كرة				مخطّطات دائرية
	الحالة 4
	الحالة 3
	الحالة 2
	الحالة 1
									الأرض

 

يصف الرسم التوضيحي الذي أمامكم كرة قدم ومكانها بالنسبة للأرض خلال سقوطها إلى الأرض من اللحظة التي كانت فيها في أوج ارتفاعها وحتّى توقّفها المطلق على الأرض. لاحظوا أنّ الحالة 4 تصف الكرة زمنًا قصيرًا قبل إصابتها للأرض، بينما الحالة 5 تصف الكرة بعد توقّفها المطلق.

أ. ارسموا في كلّ واحد من المخطّطات الدائرية التوزيع النسبي لطاقة الارتفاع وللطاقة الحركية وللطاقة الحرارية. استعملوا الإشارات التالية:

							طاقة الارتفاع     الطاقة الحركية    الطاقة الحرارية
						مخطّطات دائرية
	الحالة 2
	الحالة 3
										الأرض

 

ب. اشرحوا التغيّرات التي طرأت على حركة الكرة اعتمادًا على قانون حفظ الطاقة.

ج. الكرة التي تسقط تصيب الأرض، وتقفز عدّة مرّات، وفي النهاية تتوقّف على العشب الأخضر. هل تحقّق قانون حفظ الطاقة؟ فسّروا.

ما هي أفضلية استعمال المخطّط الدائري لوصف تحوّلات الطاقة؟

41) متى يجدر استعمال مخطّط الجريان ومتى يجدر استعمال المخطّط الدائري لوصف تحوّلات الطاقة؟ علّلوا.

42) أمامكم رسم توضيحي يبيّن سبع حالات لحظية في حدث يولَج فيه خيط معدني أملس جدًّا في خرزة. رُسمت دائرة بجانب كلّ حالة للخرزة في الخيط. جزء من الدوائر فارغة والجزء الآخر مليئة وتصف طاقة الارتفاع النسبية (بالنسبة لأسفل الخيط المعدني) والطاقة الحركية النسبية للخرزة (مخطّط دائري) في الحالة المعيّنة.   

أ. أكملوا في الدوائر الفارغة طاقة الارتفاع والطاقة الحركية النسبيتين للخرزة ،كما هو موصوف في الدوائر المليئة.

	طاقة الارتفاع  الطاقة الحركية

 

ب. أكملوا الجدول الذي أمامكم مع التطرّق إلى الانتقالات بين الحالات المختلفة للخرزة التي في الرسم التوضيحي الذي في البند "أ". انظروا المثال الذي يبيّن الانتقال من الحالة 1 إلى الحالة 2.

المرحلة في العملية	التغيّرات في حالة الخرزة		التغيّرات في طاقة الخرزة
	الارتفاع فوق الأرض	السرعة	طاقة الارتفاع	الطاقة الحركية
من الحالة 1 إلى الحالة 2	يقلّ	تزداد	تقلّ	تزداد
من الحالة 2 إلى الحالة 3
من الحالة 3 إلى الحالة 4
من الحالة 4 إلى الحالة 5
من الحالة 5 إلى الحالة 6
من الحالة 6 إلى الحالة 7

43) كرة مرنة تسقط من ارتفاع منخفض، وتصيب الأرض، "وتمّعس" قليلاً وتقفز مرّة ثانية باتّجاه الأعلى. بإمكانكم رؤية فيلم قصير عن قفز الكرة في الموقع:

http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/basketball_bounce.wmv

أ. ارسموا خمسة مخطّطات دائرية على الأقلّ تصف الكرة: (أ) مباشرةً عند بداية سقوطها؛ (ب) زمنًا قصيرًا قبل إصابتها للأرض (ج) عندما تصيب الأرض ويمعّس قسم منها وتتوقّف (د) مباشرةً بعد أن بدأت في القفز باتّجاه الأعلى (عندما تكون في الهواء) (ه) في أوج ارتفاعها بعد القفز.

ب. اشرحوا التغيّرات التي طرأت على حركة الكرة بواسطة قانون حفظ الطاقة.

أسئلة للتوسّع وللتعمّق

44) مولّد طاقة يدوي موصول بلامبة. ندير المولّد فتضيء اللامبة بضوء قوي. هل تتأثّر شدّة إضاءة اللامبة بسرعة دوران مولّد الطاقة؟ فسّروا.  

45) أمامكم نابضان متطابقان موضوعان على طاولة. نضغط النابض 1 بمدى معيّن ونثبّته. في مرحلة لاحقة، نضغط النابض 2 بمدى أكبر من النابض 1 ونثبّته هو أيضًا (انظروا الرسم التوضيحي).

في أيّ نابض طرأ تغيّر أكبر على الطاقة المرنة؟

 أ. في النابض 1.

ب. في النابض 2.

ج. طرأ في النابضين نفس التغيّر في الطاقة المرنة.

د. لا يمكن المعرفة، لأنّنا لا نعرف من أيّة مادّة صُنع النابضان.

46) رانية وسعاد على وشك الصعود إلى الطائرة التي ستقلّهما إلى عطلة في الجزر اليونانية الساحرة. قالت رانية لسعاد إنّ الطائرة عندما تحلّق في الهواء تزداد طاقة ارتفاعها وكذلك طاقتها الحركية. هل رانية على حقّ؟ علّلوا.

47) مقدار التغيّر في الطاقة الحركية للجسم يتعلّق:

أ. بكتلة الجسم فقط.

ب. بارتفاعه فوق الأرض.

ج. بكتلة الجسم وبالتغيّر في سرعته.

د. بالتغيّر في سرعة الجسم فقط.

48) شجرة سرو تقف منتصبة. فجأة، بدأت ريح في الهبوب بشدّة وأدّت إلى انحناء قمّة شجرة السرو. أشيروا إلى الجملة الصحيحة من بين الجمل التالية:

أ. طاقة ارتفاع شجرة السرو ازدادت.

ب. الطاقة المرنة لشجرة السرو ازدادت.

ج. طاقة ارتفاع شجرة السرو لم تتغيّر.

د. الطاقة المرنة لشجرة السرو قلّت.

49) تيّار يدفع سيّارتَي لعب ويحرّرهما إلى طريقهما بنفس السرعة. السيّارة "أ" أثقل من السيّارة "ب". لأيّ سيّارة توجد طاقة حركية أكبر في لحظة التحرّر بالمقارنة مع الحالة الابتدائية؟

أ. لا يمكن المعرفة.

ب. للسيّارة "ب".

ج. مقدار الطاقة الحركية للسيّارتين متساوٍ.

د. للسيّارة "أ".

ترغب سامية في فحص تعلّق مقدار طاقة ارتفاع جسم معيّن بالنسبة للأرض، بارتفاع تحريره فوق الأرض وبوزنه. اقترحت سامية عدّة تجارب تعتمد على إسقاط عُلَب أغذية محفوظة مليئة على سطح رملي ليّن، وقياس عمق الحفرة التي تتكوّن في الرمل نتيجة إصابة العلب. الأسئلة 50-53 تتطرّق إلى التجارب التي أجرتها سامية.

50) تفترض سامية أنّه يمكن من قياس عمق الحفرة الاستنتاج بالنسبة للتغيّر في طاقة ارتفاع العلبة بالنسبة للأرض بالطريقة التالية (أشيروا إلى الإجابة الصحيحة):

أ. كلّما كان عمق الحفرة أكبر، كان مدى التغيّر في طاقة ارتفاع العلبة أثناء التحرير أكبر.

ب. كلّما كان عمق الحفرة أكبر، كان مدى التغيّر في طاقة ارتفاع العلبة أثناء التحرير أقلّ.

51) في التجربة الأولى أخذت سامية علبتين متطابقتين وأسقطت العلبة "أ" من ارتفاع هو ضعف ارتفاع العلبة "ب".

51.1 ساعدوا سامية في عرض نتائج التجربة التي أجرتها، في الجدول التالي. أكملوا الأماكن الناقصة في الجدول، وفسّروا لماذا أدخلتم هذه القيم.

	أ		ب

 

العلبة	الارتفاع بالنسبة للأرض (سم)	عمق الحفرة (ملم)
	80	5
ب		3

51.2 ما الذي يمكن أن تستنتجه سامية من نتائج التجربة؟ (أشيروا إلى الجملة الصحيحة):

أ. مدى التغيّر في طاقة ارتفاع العلبة "أ" أكبر من ذلك الذي للعلبة "ب".

ب

ب. مدى التغيّر في طاقة ارتفاع العلبة "ب" أكبر من ذلك الذي للعلبة "أ".

أ

ج. مدى التغيّر في طاقة ارتفاع العلبتين متساوٍ.

د. لا يمكن المعرفة في أيّ من الحالتين طرأ تغيّر أكبر على طاقة الارتفاع.

      فسّروا لماذا اخترتم إجابتكم.

52) في التجربة الثانية أخذت سامية علبتين مختلفتين (العلبة "أ" أثقل من العلبة "ب") وأسقطتهما من نفس الارتفاع.

52.1) ماذا كانت نتائج التجربة، حسب رأيكم؟ (أشيروا إلى الجملة الصحيحة.)

أ. عمق الحفرة التي كوّنتها العلبة "أ" كان أكبر من عمق الحفرة التي كوّنتها العلبة "ب".

ب. عمق الحفرة التي كوّنتها العلبة "ب" كان أكبر من عمق الحفرة التي كوّنتها العلبة "أ".

ج. عمق الحفرة التي كوّنتها العلبتان كان متساويًا.

د. لا يمكن المعرفة.

فسّروا إجابتكم.

52.2) أجرت سامية تجربة أخرى حرّرت فيها  كرتين مختلفتين من نفس الارتفاع بالنسبة للأرض. نتائج التجربة معروضة في الجدول التالي: 

كتلة الكرة (غرام)	ارتفاع تحرير الكرة فوق للأرض (سم)	عمق الحفرة في الرمل (ملم)
300	80	5
600	80	8

52.2.1 لو أسقطت سامية كرة كتلتها 500 غرام من نفس الارتفاع، يكون عمق الحفرة بالتقريب:

أ.   9 ملم.

ب. 4 ملم.

ج. 7 ملم.

د. 5 ملم.

فسّروا إجابتكم بعدّة جمل.

52.2.2 أكملوا السطر الناقص في الجدول التالي الذي يعرض إجابتكم عن السؤال الأخير  (53.2.1).

كتلة الكرة (غرام)	ارتفاع تحرير الكرة فوق الأرض (سم)	عمق الحفرة في الرمل (ملم)
300	80	5
600	80	8

52.2.3. لو أسقطت سامية كرة كتلتها 900 غرام، يكون عمق الحفرة بالتقريب:

أ.   10 ملم.

ب. 4 ملم.

ج. 7 ملم.

د. 30 ملم.

فسّروا إجابتكم.

53) في التجربة الثالثة أخذت سامية علبتين مختلفتين (العلبة "أ" أثقل من العلبة "ب") وأسقطت العلبة "أ" من ارتفاع هو ضعف ارتفاع العلبة "ب". وجدت سامية أنّ الحفرة كانت أعمق بالنسبة للعلبة "أ". ما هي الاستنتاجات التي يمكن أن تستنتجها سامية من التجربة بالنسبة للتغيّر في طاقة ارتفاع العلبتين؟ (أشيروا إلى الجملة الصحيحة.)

أ

ب

أ. لا يمكن المعرفة في أيّ من الحالتين كان التغيّر في طاقة الارتفاع أكبر.

ب. مدى التغيّر في طاقة ارتفاع العلبة "ب" كان أكبر من مدى التغيّر في طاقة ارتفاع العلبة "أ".

ج. مدى التغيّر في طاقة ارتفاع العلبتين كان متساويًا.

د. مدى التغيّر في طاقة ارتفاع العلبة "أ" كان أكبر من مدى التغيّر في طاقة ارتفاع العلبة "ب".

54) يمسك رامي مطّاطة مرخية ويشدّها. هل تتغيّر الطاقة المرنة للمطّاطة نتيجة الشدّ؟   نعم/ لا/ لا يمكن المعرفة. أشيروا إلى الإجابة الصحيحة.

55) في منافسة للرمي بواسطة السهم والقوس تتنافس رانية وسامية مع قوس وسهم متطابقين. تشدّ رانية القوس بمدى أكبر من سامية. ما الذي يمكن قوله عن الطاقة المرنة للقوسين بالمقارنة مع الحالة الابتدائية؟

أ. لقوس رانية طاقة مرنة أكبر ممّا لقوس سامية.

ب. لقوس رانية طاقة مرنة أصغر ممّا لقوس سامية.

ج. للقوسين طاقة مرنة متساوية.

د. لا يمكن المعرفة.

56) أمامكم علبة صغيرة ومحكمة الإغلاق. ندحرج العلبة على طاولة أفقية (الحالة 1). تتقدّم العلبة قليلاً، وتتوقّف

(الحالة 2)، وتعود (الحالة 3).

أ. اعرضوا بواسطة مخطّطات دائرية المراحل الثلاث الموصوفة في السؤال. تطرّقوا في إجابتكم إلى أنواع الطاقة التالية: طاقة الارتفاع، الطاقة الحركية، الطاقة المرنة، الطاقة الحرارية، الطاقة الصوتية، الطاقة الضوئية. (نوصي بالتطرّق إلى السؤال بعد إجراء تجربة العلبة التي تتدحرج الموصوفة أعلاه.)

ب. أكملوا الجدول الذي أمامكم مع التطرّق إلى الانتقالات بين الحالات المختلفة للعلبة التي في الرسم التوضيحي في السؤال 56، وإلى أنواع الطاقة الواردة في الجدول.

المرحلة في العملية	التغيّرات في حالة العلبة		التغيّرات في طاقة العلبة
	الارتفاع فوق الأرض	السرعة	طاقة الارتفاع	الطاقة الحركية	الطاقة المرنة
من الحالة 1 إلى الحالة 2
من الحالة 2 إلى الحالة 3

ج. فسّروا التغيّرات التي طرات على حركة العلبة بواسطة قانون حفظ الطاقة من خلال التطرّق إلى المنظومة الكلّية للعلبة وبيئتها.

57) عندما يتأرجح البندول، تُحوَّل طاقة الارتفاع إلى طاقة حركية التي تُحوَّل إلى طاقة ارتفاع مرّة أخرى وهكذا دواليك. الرسوم البيانية التالية تبيّن طاقة الارتفاع والطاقة الحركية للبندول في النقطتين A وَ B بعد ثوانٍ من تحرير البندول (بالنسبة لأوطأ نقطة لكرة البندول).

لاحظوا أنّ النقطة A لا تتواجد في أعلى مكان يصل إليه البندول.

في الرسم البياني الذي يصف البندول في النقطة B لم يُرسم المستطيل الذي يصف الطاقة الحركية.

		الحالة B				الحالة A
	طاقة الارتفاع      الطاقة الحركية                   ط				طاقة الارتفاع      الطاقة الحركية                   ط

 

57.1. ما هو مقدار طاقة الارتفاع في النقطة A بالنسبة لطاقة الارتفاع في النقطة B ؟

أ. A أكبر من .B

ب. A أقلّ من .B

ج. A تساوي .B

د. لا توجد طاقة ارتفاع في النقطتين A وَ B.

57.2. تزداد طاقة ارتفاع البندول عندما:

أ. يقلّ ارتفاع البندول.

ب. يتحرّك البندول بسرعة أكبر.

ج. تقلّ كتلة البندول.

د. يتحرّك البندول بسرعة أبطأ.

57.3. ارسموا الطاقة الحركية الناقصة في الرسم البياني B.

57.4. بعد عدّة دقائق من حركة البندول، يمرّ مرّة ثانية في النقطة A. أيّ رسم بياني ( IV- I ) يصف بأصحّ صورة طاقة الارتفاع والطاقة الحركية في هذا الزمن؟ ضعوا دائرة حول رقم الرسم البياني الصحيح.

الحالة A بعد عدّة دقائق

الحالة A بعد عدّة دقائق

 

57.5   فسّروا لماذا اخترتم هذا الرسم البياني بالذات؟

57.6      لماذا اختير مخطّط الأعمدة لعرض نتائج التجربة؟ هل هناك طرق عرض بيانية أخرى لعرض المعطيات؟ ما هي أفضليات وسلبيات كلّ واحدة من طرق العرض البياني؟