المواد الصلبة

 المواد الصلبة

مسائل تدريبية

.39 قطعة من الألومنيوم طولها 3.66 m عند درجة حرارة 28 ˚C. كم يزداد طول القطعة عندما تصبح درجة حرارتها 39 ˚C؟ 6.1 mm

.40 قطعة من الفولاذ طولها 11.5 m عند 22 ˚C, فإذا سخنت حتى أصبحت درجة حرارتها 1221 ˚C, وهي قريبة من درجة حرارة انصهارها, فكم يبلغ طولها بعد التسخين؟ 11.7 cm

41. ملئ وعاء زجاجي سعته 400 m1 عند درجة حرارة الغرفة بماء بارد درجة حرارته 4.4 ˚C. ما مقدار الماء المسكوب من الوعاء عندما يسخن الماء إلى 30.0 ˚C ؟ 2 mL

.42 مُلئ خزان شاحنة لنقل البنزين سعته 725 L, 45 بالبنزين لينقله من مدينة الدمام نهاراً حيث كانت درجة الحرارة 38.0 ˚C, إلى مدينة تبوك ليلاً حيث درجة الحرارة -2.0 ˚C.

.a كم لتراً من البنزين سيكون في خزان الشاحنة في تبوك؟ 4.4x104 L

b. ماذا حدث للبنزين؟

يتناقص حجم البنزين لان درجة الحرارة انخفضت في حين تبقي كتلة البنزين كما هي

43. حُفر ثقب نصف قطره 0.85 m في صفيحة من الفولاذ عند 30.0 ˚C فكان الثقب يتسع بالضبط لقضيب من الألومنيوم له نصف القطر نفسه. ما مقدار الفراغ بين الصفيحة والقضيب عندما يبردان لدرجة حرارة 0.0 ˚C؟ 1.6x10-4 cm

.44 دُرجت مسطرة من الفولاذ بوحدة الملمترات, بحيث تكون دقيقة بصورة مطلقة عند 30.0 ˚C. فما النسبة المئوية التي تمثل عدم دقة المسطرة عند -30.0 ˚C؟ -0.072%

6-4 مراجعة

.45 التقلص الحراري النسبي إذا ركبت باباً من الألومنيوم في يوم حار على إطار باب من الأسمنت, وأردت أن يكون الباب محكم الإغلاق تماماً في أيام الشتاء الباردة, فهل ينبغي أن تجعل الباب محكماً في الإطار أم تترك فراغاً إضافياً؟

احكم إغلاق الباب

.46 حالات المادة لماذا يعد الشمع مادة صلبة؟ ولماذا يعد أيضاً سائلاً لزجاً؟

يمكن أن يعد الشمع مادة صلبة لان حجمه وشكله محددان ويمكن اعتباره مائعا لزجا لان جسيماته لا تشكل نمطا بلوريا ثابتا

47. التمدد الحراري هل يمكنك تسخين قطعة من النحاس بحيث يتضاعف طولها؟

لمضاعفة طول قطعة النحاس يجب ان تزداد درجة حرارتها بمقدار 6.3x104 درجة سيليزية وعند تلك الدرجة يتبخر النحاس

48. حالات المادة هل يزودنا الجدول 6-2 بطريقة للتمييز بين المواد الصلبة والسوائل؟

معاملات التمدد الحجمي للسوائل اكبر كثيرا من معاملات التمدد الحجمي للمواد الصلبة

.49 المواد الصلبة والسوائل يمكن تعريف المادة الصلبة على أنها تلك المادة التي يمكن ثنيها على الرغم من أنها تقاوم الانحناء. فسر كيف ترتبط هذه الخصائص مع ترابط الذرات في المواد الصلبة لكنها لا تنطبق على السوائل؟

جسيمات المادة السائلة متباعدة واقل ارتباطا وبما أن الجسيمات حرة التدفق بعضها فوق بعض فان السوائل لا تنحني

.50 التفكير الناقد قُطع من الحلقة الحديدية الصلبة في الشكل 6-23 قطعة صغيرة. فإذا سخنت الحلقة التي في الشكل, فهل تصبح الفجوة أكبر أم أصغر؟ وضح إجابتك.

ستصبح الفجوة أكثر اتساعا

التقويم

.51 أكمل خريطة المفاهيم أدناه مستخدماً المصطلحات التالية: الكثافة, اللزوجة, المرونة, الضغط.

ويمكن استخدام المفهوم الواحد أكثر من مرة.

حالات المادة

المواد الصلبة-الموائع

الكثافة-المرونة-الكثافة-اللزوجة

الضغط

اتقان المفاهيم

52 كيف تختلف القوة عن الضغط؟

تعتمد القوة فقط علي دفع الجسم أو سحبه في حين يعتمد الضغط على القوة كما يعتمد على المساحة التي تؤثر فيها القوة

53. حصر غاز في وعاء مغلق بإحكام, ووضع سائل في وعاء له الحجم نفسه وكان لكل من الغاز والسائل حجم محدد, فكيف يختلف أحدهما عن الآخر؟

لن يتغير حجم السائل وسيتمدد الغاز حسب حجم الوعاء الذي يحويه

54. ما أوجه التشابه والاختلاف بين الغازات والبلازما؟

كلاهما ليس له حجم أو شكل محدد أن جسيمات البلازما ذات طاقة عالي جدا وتستطيع البلازما إيصال الكهرباء

55. تتكون الشمس من البلازما, فكيف تختلف بلازما الشمس عن تلك التي على الأرض؟

بلازما الشمس حارة جدا والأكثر أهمية من ذلك أن كثافتها عالية جدا لدرجة أن كثافتها اكبر من كثافة اغلب المواد الصلبة على الأرض

56. تنصهر البحيرات المتجمدة خلال فصل الربيع, فما تأثير ذلك في درجة حرارة الهواء فوق البحيرة؟

لكي ينصهر الجليد يجب أن يمتص كمية من الطاقة الحرارية اللازمة لانصهاره من الهواء والماء مما يؤدي الي تبريد الهواء فوقه

57. الكشافة تغطي المطرات التي يستخدمها الكشافة أحياناً بكيس من قماش الكتان. إذا رطبت الكيس الذي يغطي المطرة فإن الماء في المطرة سيبرد. فسر ذلك.

يتبخر الماء الموجود في كيس القماش ممتصا الطاقة من المطرة ومن الماء الذي داخلها

58. ماذا يحدث للضغط عند قمة الإناء إذا ازداد الضغط عند قاعه اعتماداً على مبدأ باسكال؟

تتوزع التغيرات في الضغط بالتساوي على جميع أجزاء الإناء حيث يتزايد الضغط عند الأعلى

.59 ينتقل تيار مائي خلال خرطوم ويخرج من فوهته. فماذا يحدث لضغط الماء عندما تزداد سعته؟

يتناقص ضغط الماء حسب مبدأ برنولي

60. بم تخبرك الأواني المستطرقة الموضحة في الشكل 6-24 عن الضغط المؤثر بواسطة السائل؟

توضح أنابيب الاتزان أن الضغط لا يعتمد علي شكل الوعاء

61. قارن بين ضغط الماء على عمق 1 m تحت سطح بركة صغيرة وضغط الماء عند العمق نفسه تحت سطح بحيرة؟

حجم الماء أو شكله غير مهمين بل المهم هو العمق فقط لذلك يكون الضغط متساويا في كلتا الحالتين

.62 كيف يختلف ترتيب الذرات في المادة البلورية عن ترتيبها في المادة غير البلورية؟

تترتب الذرات في المادة البلورية في نمط مرتب أما في المادة غير البلورية فتكون الذرات عشوائية أي ليس لها نمط مرتب

63. هل يعتمد معامل التمدد الطولي على وحدة الطول المستخدمة؟ فسر ذلك.

لا، فمعامل التمدد مقياس لتمدد الجسم بالنسبة لطوله الكلي اما الوحدات والطول الكلي فلا يغيران من قيمةα

تطبيق المفاهيم

64. يستقر صندوق على شكل متوازي مستطيلات على وجهة الأكبر على طاولة. فإذا أدير الصندوق بحيث أصبح يستقر على وجهة الأصغر, فهل يزداد الضغط على الطاولة, أم ينقص أم يبقى دون تغيير؟

يزداد الضغط ويبقي الوزن كما هو فالضغط هو الوزن المؤثر في وحدة المساحة

65. بين أن وحدة الباسكال تكافئ وحدة kg/m.s2.

1Pa= 2 N/m2= 1 kg/m.s2

.66 شحن البضائع أيهما تغطس لمسافة أعمق في الماء: باخرة مملوءة بكرات تنس طاولة أم باخرة فارغة مماثلة لها؟ فسر إجابتك.

سوف تغطس الباخرة المملوءة بكرات التنس إلي عمق اكبر داخل الماء لان لها وزنا اكبر

67. ما عمق وعاء من الماء الضغط عند قاعه يساوي قيمة الضغط في قاع وعاء مملوء بالزئبق, وعمقه 10.0 cm, علماً بأن كثافة الزئبق تزيد 13.55 مرة على كثافة الماء؟

136 cm

68. وضعت قطرا من الزئبق, والماء, والإيثانول والأسيتون على سطح مستو أملس, كما في الشكل 6-25. ماذا تستنتج عن قوى التماسك في هذه السوائل من خلال هذا الشكل؟

تكون قوي التماسك الأقوى في الزئبق في حين تكون الأضعف في الاسيتون وكلما كانت قوة التماسك اكبر اتخذت القطرة شكلا كرويا أكثر

69. يتبخر الكحول بمعدل أسرع من تبخر الماء عند درجة الحرارة نفسها, ماذا تستنتج من هذه الملاحظة عن خصائص الجزيئات في كلا السائلين؟

إن قوي التماسك للماء اكبر من قوى التماسك للكحول

70. افترض أنك استخدمت مثقباً لإحداث ثقب دائري في صفيحة من الألومنيوم. إذا سخنت الصفيحة, فهل يزداد حجم الثقب أم يقل؟ فسر ذلك.

كلما سخنت الصفيحة أكثر ازداد حجم الثقب

71. وضعت خمسة أجسام في خزان من الماء كثافاتها على النحو الآتي:

a. 0.85 g/cm3 .d 1.15 g/cm3

.b 0.95 g/cm3 e . 1.25 g/cm3

.c 1.05 g/cm3

وكثافة الماء 1.00 g/cm3. ويوضح الشكل 6-26 ستة مواقع محتملة لهذه الأجسام, اختر المواقع من 1 إلى 6 لكل من الأجسام الخمسة. (ليس من الضروري اختيار المواقع كلها)

a-1 , b-2 , c-6 , d-6 , e-6

72. تم تسخين حجمين متساويين من الماء في أنبوبين ضيقين ومتماثلين, إلا أن الأنبوب A مصنوع من الزجاج العادي, والأنبوب B مصنوع من الزجاج القابل للتسخين في الأفران. وعندما ارتفعت درجة الحرارة, ارتفع مستوى الماء في الأنبوب B أكثر من الأنبوب A. فسر ذلك.

يتمدد الزجاج المستخدم في الأفران بمقدار اقل من الزجاج العادي عند التسخين فلا يرتفع الماء في الأنبوب A كثيرا لان أنبوب الزجاج العادي قد تمدد وازداد حجمه

إتقان حل المسائل

6-1 خصائص الموائع

73. الكتاب المقر كتاب فيزياء كتلته 0.85 kg, وأبعاد سطحه 24.0 cm × 20.0 cm, يستقر على سطح طاولة.

.a ما القوة التي يؤثر بها الكتاب في الطاولة؟ 8.3 N

.b ما الضغط الذي يؤثر به الكتاب؟ 1700 Pa

74. أسطوانة مصمتة كتلتها 75 kg وطولها 2.5 m ونصف قطر قاعدتها 7.0 cm تستقر على إحدى قاعدتيها. ما مقدار الضغط الذي تؤثر به؟ 4.8x104 Pa

75. ما مقدار القوة الرأسية الكلية أسفل الغلاف الجوي التي تؤثر في قمة رأسك الآن؟ افترض أن مساحة قمة رأسك 0.025 m2 تقريباً. 2500 N

76. المشروبات الغازية إن غاز ثاني أكسيد الكربون CO2)) المذاب في شراب الصودا يجعله يفور, وتتم عادة إذابة كمية من غاز ثاني أكسيد الكربون تساوي 8.0 L تقريباً عند ضغط يساوي الضغط الجوي ودرجة حرارة 300.0 k في زجاجة مشروبات غازية سعتها 2 L. إذا كانت الكتلة المولية للغاز CO2 تساوي 44 g/mol.

.a فما عدد المولات من غاز ثاني أكسيد الكربون في زجاجة سعتها 2 L؟ 0.33 mol

.b وما كتلة غاز ثاني أكسيد الكربون الموجودة في زجاجة صودا سعتها 2 L؟ 14 g

77. كما هو موضح في الشكل 6-27, فإن مقياس الحرارة ذا الضغط الثابت مصنوع من أسطوانة تحتوي على مكبس يتحرك بحرية داخل الأسطوانة, ويبقى كل من الضغط وكمية الغاز داخل الأسطوانة ثابتين. وعندما ترتفع درجة الحرارة أو تنخفض يتحرك المكبس إلى أعلى الأسطوانة أو إلى أسفلها. إذا كان ارتفاع المكبس في الأسطوانة 20 cm عند 0 C˚, فما ارتفاع المكبس عندما تكون درجة الحرارة 100 ˚C؟ 30 cm

78. يحصر مكبس مساحته 0.015 m3 كمية ثابتة من الغاز في أسطوانة حجمها 0.23 m3, فإذا كان الضغط الابتدائي للغاز 1.5 ×105 Pa, ووضع جسم كتلته 150 kg على المكبس المتحرك فتحرك المكبس في اتجاه الأسفل إلى موقع جديد كما موضح في الشكل 6-28, فما الحجم الجديد للغاز داخل الأسطوانة, علماً بأن درجة الحرارة ثابتة. 0.14 m3

79. المركبات يصمم إطار سيارة معينة ليستخدم عند ضغط معاير مقداره30.0 psi, أو 30.0 باوند لكل إنش مربع (واحد باوند لكل إنش مربع يساوي 6.90 × 103 pa)) ومصطلح ضغط معياري يعني الضغط الأعلى من الضغط الجوي. إن الضغط الحقيقي داخل الإطار يساوي 1.01 × 105 pa + (30.0 psi)(6.90 × 103 pa/psi) = 3.08 × 105 pa

وعندما تتحرك السيارة تزداد درجة حرارة الإطار ويزداد الضغط والحجم كذلك. افترض إنك ملأت إطار السيارة للحجم 0.55 m3 عند درجة حرارة 208 k وكان الضغط الابتدائي 30.0 psi, ولكن ازدادت درجة حرارة الإطار في أثناء القيادة لغاية 310 k وازداد الحجم بمقدار 0.58 m3.

.a ما مقدار الضغط الجديد في الإطار؟ 3.2x105 Pa

.b ما الضغط المعاير الجديد؟ 32 psi

6-3 الموائع الساكنة والموائع المتحركة

80. الخزان إذا كان عمق خزان خلف السد 17 m, فما ضغط الماء عند المواقع المختلفة الآتية؟

a. عند قاعدة السد. 1.7x105 Pa

.b على عمق 4.0 m من سطح الماء. 3.9x104 Pa

81. يستقر أنبوب اختبار رأسياً على حامل أنابيب اختبار, ويحتوي على زيت ارتفاعه 2.5 cm وكثافته 0.18 g/cm3, وماء ارتفاعه 6.5 m. ما مقدار الضغط المؤثر بواسطة السائلين عند قاع أنبوب الاختبار؟ 840 Pa

82. الأثريات تمثال طائر أثري مصنوع من معدن أصفر مُعلق بميزان نابضي, تشير قراءة الميزان النابضي إلى 11.81 N عندما يعلق التمثال في الهواء, وتشير إلى 11.19 N عندما يغمر التمثال كلياً في الماء.

.a جد حجم التمثال. 6.33x10-5 m3

.b هل تمثال الطائر مصنوع من الذهب p = 19.3 × 103 kg/m3)) أم مصنوع من الألومنيوم المطلي بالذهب p = 2.7 × 103 kg/m3))؟ 19000 kg/m3 مصنوع من الذهب

83. خلال تجربة في علم البيئة وضع حوض لتربية الأسماك مملوء حتى منتصفه بالماء على ميزان, فكانت قراءة الميزان 195 N.

.a أُضيف حجر وزنه 8 N إلى الحوض, فإذا غطس الحجر إلى قاع الحوض, فما قراءة الميزان؟ 203 N

.b أُزيل الحجر من الحوض, وعدلت كمية الماء حتى عادت قراءة الميزان ثانية 195 N, فإذا أضيفت سمكة تزن 2 N إلى الحوض, فما قراءة الميزان في حالة وجود السمكة في الحوض؟ 197 N

84. ما مقدار قوة الطفو المؤثرة في كرة وزنها 26.0 N إذا كانت تطفو على سطح ماء عذب؟ 26 N

85. ما مقدار أقصى وزن يستطيع أن يرفعه في الهواء بالون مملوء بحجم 1.00 m3 من غاز الهيليوم؟ افترض أن كثافة الهواء 1.20 kg/m3 وكثافة غاز الهيليوم 0.177 kg/m3, وأهمل كتلة البالون. 10 N

86. تزن صخرة 84 N في الهواء, وعندما غمرت في سائل كثافته ضعفا كثافة الماء أصبح وزنها الظاهري 46 N. ما وزنها الظاهري عندما تغمر في الماء؟ 50 N

87. جغرافية المحيطات انظر إلى الشكل 6-29, تستخدم عوامة كبيرة لحمل جهاز يستخدم في دراسة جغرافية المحيطات, وكانت العوامة مصنوعة من خزان أسطواني مجوف. فإذا كان ارتفاع الخزان 2.1 m ونصف قطره 0.33 m, والكتلة الكلية للعوامة وجهاز البحث 120 kg تقريباً. ويجب على العوامة أن تطفو بحيث يكون أحد طرفيها فوق سطح الماء؛ وذلك لحمل جهاز بث راديوي. فترض أن كتلة العوامة موزعة بانتظام, فكم يكون ارتفاع العوامة فوق سطح الماء عندما تطفو؟ 0.7 m

6-4 المواد الصلبة

.88 إذا كان طول قضيب مصنوع من معدن مجهول 0.975 m عند 45 ˚C, وتناقص طوله ليصبح 0.972 m عند 23 ˚C, فما معامل تمدده الطولي؟ 1.4x10-4 ˚C-1

89. صمم مخترع مقياس حرارة من قضيب ألومنيوم طوله 0.500 m عند درجة حرارة 273 k. واعتمد المخترع قياس طول قضيب الألومنيوم لتحديد درجة الحرارة. فإذا أراد المخترع أن يقيس تغيراً في درجة الحرارة مقداره 1.0 k, فكم يجب أن تكون دقة قياس طول القضيب؟ 1.3x10-5 m

90. الجسور جسر طوله 300 m في شهر أغسطس عندما كانت درجة الحرارة 50 ˚C, فكم يكون مقدار الفرق في الطول في إحدى ليالي شهر يناير إذا كانت درجة الحرارة 10 ˚C؟ 0.1 m

91 أنبوب من النحاس طوله 2.00 m عند .23 ˚C ما مقدار التغير في طوله إذا ارتفعت درجة حرارته إلى 978 ˚C؟ 3.1x10-2 m

92. ما التغير في حجم قالب من الأسمنت حجمه 1.0 m3 إذا ارتفعت درجة حرارته بمقدار 45 ˚C؟ 1.6x10-3 m3

93. الجسور يستخدم عمال بناء الجسور عادة مسامير بحيث تكون أكبر من ثقب المسمار؛ وذلك لجعل الوصلة مشدودة أكثر. ويبرد المسمار قبل وضعه في الثقب. افترض أن العامل حفر ثقباً نصف قطره 1.2230 m لمسمار نصف قطره 1.2250 m, فلأي درجة حرارة يجب أن يبرد المسمار ليدخل في الثقب بشكل محكم إذا كانت درجة حرارته الابتدائية 20.0 ˚C؟ -120 ˚C

94. خزان مصنوع من الفولاذ نصف قطره 2.000 m وارتفاعه 5.000 m مُلئ بالميثانول عند درجة حرارة 10 ˚C. فإذا ارتفعت درجة الحرارة حتى 40.0 ˚C, فما مقدار الميثانول (بوحدة اللتر) الذي سيتدفق خارج الخزان إذا تمدد كل من الخزان والميثانول؟ 0.55 m3

95. سخنت كرة من الألومنيوم حتى أصبحت درجة حرارتها 580 ˚C, فإذا كان حجم الكرة 1.78 cm3 عند درجة حرارة 11 ˚C, فما مقدار الزيادة في حجم الكرة عند 580 ˚C؟ 7.6x10-2 cm3

97. صفيحة من الحديد مربعة الشكل طول ضلعها 0.330 m, سُخنت من 0 ˚C حتى أصبحت درجة حرارتها 95 ˚C.

.a ما مقدار تغير طول جوانب المربع؟ 3.8x10-4 m

.b ما نسبة التغير في مساحة المربع؟ 2.3x10-3

98. مكعب من الألومنيوم حجمه 0.350 cm3 عند درجة حرارة 350.0 k, فإذا بُرد إلى 270.0 k فما مقدار:

.a حجمه عند درجة 270.0 k؟0.348 m3

.b طول ضاع المكعب عند درجة 270.0 k؟ 0.703 m

.99 الصناعة صمم مهندس قطعة ميكانيكية مربعة الشكل لنظام تبريد خاص. تتألف القطعة الميكانيكية من قطعتين مستطيلتين من الفولاذ, وكانت القطعة المصممة مربعة تماماً عند درجة 293 k, ولكن عند درجة 170 k أصبحت القطعة مفتولة كما في الشكل 6-30. حدد أي القطع المبينة في الشكل مصنوعة من الفولاذ, وأيها مصنوعة من الألومنيوم؟

يعاني الجزأين 1و2 انكماشا اكبر في الطول من الجزأين 3و4 لذلك فان الجزأين 1و2 يجب أن يكونا مصنوعين من الالومنيوم الذي معامل تمدده اكبر من معامل تمدد الفولاذ

100. ما مقدار الضغط المؤثر في جسم الغواصة عند عمق 65 m؟ 7.4x105 Pa

101. جهاز الغطس يسبح غطاس مستخدماً جهاز الغطس على عمق 50 m تحت الماء مطلقاً 4.2 × 10-6 m3 من فقاقيع الهواء. ما حجم تلك الفقاقيع قبل وصولها إلى سطح الماء تماماً؟ 6.2x10-6 m3

102. تطفو كرة بولنج وزنها 18 N بحيث ينغمر نصفها فقط في الماء.

.a ما مقدار نصف قطر كرة البولنج؟ 0.19 m

.b ما الوزن الظاهري تقريباً لكرة بولنج تزن 36 N؟

غطس نصف كرة البولنج عندما كان وزنها 18 N يجب أن يكون الوزن الظاهري لكرة وزنها 36N قريبا من الصفر

.103 يطفو قضيب من الألومنيوم في حوض زئبق. فهل يطفو القضيب إلى أعلى أكثر أم أن جزءاً أكبر منه سينغمر عندما ترتفع درجة حرارة الزئبق؟

معامل التمدد الحجمي للزئبق اكبر من معامل التمدد الحجمي للالومنيوم لذلك فعند تسخينهما يصبح الالومنيوم أكثر كثافة من الزئبق وسوف يغطس إلي عمق اكبر في الزئبق

104. وضع 100.0 mL من الماء في وعاء من الزجاج العادي سعته 800.0 mL عند15.0 ˚C . كم سيرتفع مستوى الماء أو ينخفض عندما يسخن كل من الإناء والماء إلى 50.0 ˚C؟

يتمدد الماء: 0.735 mL ويتمدد الوعاء:0.756 mL

سوف ينخفض مستوي الماء قليلا ولكن ليس إلي المستوي الذي يمكن ملاحظته

105. صيانة السيارات تستخدم رافعة هيدروليكية لرفع السيارات لصيانتها, وتسمى رافعة الأطنان الثلاثة. فإذا كان قطر المكبس الكبير 22 mm, وقطر المكبس الصغير 6.3 mm. افترض أن قوة ثلاثة أطنان تعادل 3.0 × 104 N.

.a ما مقدار القوة التي يجب أن تؤثر في المكبس الصغير لرفع وزن مقداره ثلاثة أطنان؟ 2500 N

.b تستخدم معظم رافعات السيارات رافعة لتقليل القوة اللازمة للتأثير فيها في المكبس الصغير. فإذا كان طول ذراع المقاومة لرافعة مثالية لتقليل القوة إلى 100.0 N؟ 75 cm

.106 المنطاد يحتوي منطاد الهواء الساخن على حجم ثابت من الغاز. عندما يُسخن الغاز يتمدد ويطرد بعض الغاز خارجاً من النهاية السفلى المفتوحة, لذلك تنخفض كتلة الغاز في المنطاد. فلماذا ينبغي أن يكون الغاز في المنطاد أكثر سخونة لرفع حمولة من الأشخاص إلى قمة ارتفاعها 2400 m عن سطح البحر, مقارنة بمنطاد مهمته رفع الحمولة ذاتها من الأشخاص إلى ارتفاع 6 m عن مستوى سطح البحر؟

يكون الضغط الجوي منخفضا عند الارتفاعات العالية لذلك فان كتلة حجم المائع المزاح بواسطة منطاد حجمه ثابت تكون اقل عن الارتفاعات الكبيرة وللحصول على قوة الطفو نفسها عند الارتفاعات الكبيرة ينبغي للمنطاد أن ينفث غازا أكثر حيث تلزمه درجة حرارة اكبر

107. عالم الأحياء تستطيع بعض النباتات والحيوانات العيش تحت ضغط مرتفع جداً.

a. ما مقدار الضغط المؤثر بواسطة الماء في جسم سمكة أو دودة تعيش بالقرب من قاع أخدود مائي في منطقة بورتوريكو الذي يبلغ عمقه 8600 m تحت سطح المحيط الأطلنطي؟ افترض أن كثافة مياه البحر 1030 kg/m3.

8.7x107 Pa

.b ما كثافة الهواء عند ذلك الضغط بالنسبة لكثافته فوق سطح المحيط؟

سوف تكون كثافة الهواء اكبر بمقدار 860 مرة من كثافة الهواء عند سطح المحيط

التفكير الناقد

108. تطبيق المفاهيم إذا كنت تغسل الأواني في حوض, فطفا أحد الأواني في الحوض, فقمت بملئه بماء الحوض فغطس إلى القاع, فهل ارتفع مستوى الماء في الحوض أم انخفض عندما انغمر الإناء؟

سينخفض مستوي الماء في الحوض

109. تطبيق المفاهيم إن الأشخاص الملازمين للسرير أقل احتمالاً للإصابة بمرض تقرح الفراش إذا استخدموا فرشة بدلاً من الفرشات العادية. فسر ذلك.

يتوافق سطح فرشة الماء ويتكيف مع تضاريس الجسم أكثر من الفرشة العادية كما يهبط الجسم في فرشة الماء بسهولة اكبر وتكون قوة الطفو من فرشة الماء تكون اقل

.110 حلل تعتمد إحدى طرائق قياس النسبة المئوية لمحتوى الدهون في الجسم على حقيقة أن الأنسجة الدهنية أقل كثافة من الأنسجة العضلية. كيف يمكن تقدير معدل كثافة شخص باستخدام ميزان وبركة سباحة؟ وما القياسات التي يحتاج الطبيب إلى تدوينها لإيجاد معدل النسبة المئوية للدهون في جسم شخص ما؟

يزن الطبيب الشخص بشكل طبيعي ثم يزنه وهو مغمور تماما في الماء وللتأكد من الانغمار التام لابد من إضافة أثقال إلي الشخص لان كثافة الإنسان عادة اقل من كثافة الماء كم ا يجب أن يقاس حجم الماء المزاح بواسطة الشخص إما متوسط كثافة الشخص فيمكن حسابه من توازن القوي التي تبقي الشخص في حالة اتزان تحت الماء

111. حلل واستنتج يلزم قوة رأسية إلى أسفل مقدارها 700 N لغمر كرة من البلاستيك كلياً كما في الشكل 6-31. إذا علمت أن كثافة البلاستيك 95 kg/m3, فما مقدار:

.a النسبة المئوية للجزء المغمور من الكرة إذا تُركت تطفو بحرية؟

سينغمر 9.5% من الكرة الطافية

.b وزن الكرة في الهواء؟ 70 N

c. حجم الكرة؟ 8x10-2 m3

.112 تطبيق المفاهيم توضع الأسماك الاستوائية التي تُربى في أحواض السمك المنزلية عند شرائها في أكياس بلاستيكية شفافة مملوءة جزئياً بالماء. إذا وضعت سمكة في كيس مغلق داخل الحوض, فأي الحالات المبينة في الشكل 6-32 تمثل أفضل ما يمكن أن يحدث؟ فسر استدلالك.

إن كثافة الماء في الكيس بالإضافة إلي كثافة السمك والبلاستيك مجتمعة قريبة من كثافة الماء في حوض الماء لذلك يجب أن يطفو الكيس على مستوي الماء في الكيس وعلى ارتفاع مستوي الماء نفسه في حوض الماء

الكتابة في الفيزياء

.113 تتمدد بعض المواد الصلبة عندما تبرد, ومن أكثر الأمثلة شيوعاً تمدد الماء عند انخفاض درجة حرارته بين 4 C˚ و0 C˚, ولكن تتمدد الأربطة المطاطية أيضاً عند تبريدها, ابحث عن سبب هذا التمدد.

تصنع الأربطة المطاطية من جزيئات المطاط الطويلة التي تسمي البوليمرات والتي تتخذ هيئة سلاسل مزودة ببعض الوصلات الطويلة وتنشأ خصائص المطاط من قدرة هذه الوصلات على الالتواء والدوران وعندما يبرد المطاط تتمدد هذه الوصلات بخط مستقيم تمام كوصلات سلسة الحديد التي تمسكها من احد طرفيها وتسمح لها أن تتدلي بحرية

.114 بحث العالم جاي- لوساك في قوانين الغاز, فكيف ساهم إنجاز جاي- لوساك في اكتشاف صيغة الماء؟

كان العالم الفرنسي جاي لوساك مهتما أيضا بصعود المنطاد إلي ارتفاعات عالية ولقد اكتشف انه عندما يكون للغازات درجة الحرارة نفسها والضغط نفسه فسوف تتفاعل حجومها بنسب ذات إعداد صغيرة وصحيحة لقد ساهم انجاز جاي لوساك في اكتشاف صيغة الماء وذلك بإثباته أن حجمين من غاز الهيدروجين يتفاعلان مع حجم واحد من غاز الأكسجين

مراجعة تراكمية

115. تتحرك سيارة كتلتها 875 kg في اتجاه الجنوب بسرعة 15 m/s فتصطدم بسيارة أخرى كبيرة كتلتها 1584 kg وتتحرك في اتجاه الشرق بسرعة 12 m/s, فتلتصقان معاً بعد التصادم, بحيث يكون الزخم الخطي محفوظاً.

.b جد سرعة حطام السيارتين مقدراً واتجاهاً بعد التصادم مباشرة, وتذكر أن الزخم كمية متجهة. 9.4 m/s

.c ينزلق الحطام على سطح الأرض ثم يتوقف, فإذا كان معامل الاحتكاك الحركي عندما كان الحطام ينزلق 0.55. ومع افتراض أن التسارع ثابت, فما مقدار مسافة الانزلاق بعد التصادم؟ 8.2 m

116. يرفع محرك قدرته 188 W حملاً بمعدل (سرعة) 6.50 m/s. ما مقدار أكبر حمل يمكن للمحرك أن يرفعه عند هذا المعدل؟

اختبار مقنن

أسئلة اختيار من متعدد

اختر رمز الإجابة الصحيحة فيما يلي:

.1 غاز حجمه 10.0 L محصور في أسطوانة قابلة للتمدد, فإذا تضاعف الضغط ثلاث مرات وازدادت درجة الحرارة 80 % عند قياسها بمقياس كلفن, فما الحجم الجديد للغاز؟

.A 2.70 L

.B 6.00 L

.C 16.7 L

.D 54.0 L

B

.2 حجم عينة من غاز النيتروجين يساوي 0.080 m3 عند ضغط جوي معياري 101.3 kPa, فإذا كان يوجد 3.6 mol من الغاز, فما مقدار درجة الحرارة؟

.A 0.27 k

.B 270 k

.C 0.27 ˚C

.D 270 ˚C

B

.3 يؤثر عامل بقوة مقدارها 200.0 N في مكبس مساحته 5.4 cm2, فإذا كان هذا المكبس هو المكبس الأول لرافعة هيدروليكية, كما هو موضح في الرسم أدناه, فما مقدار الضغط المؤثر في المائع الهيدروليكي؟

.A 3.7 × 101 Pa

.B 2.0 × 103 Pa

.C 3.7 × 103 Pa

.D 3.7 × 105 Pa

D

4. إذا كان المكبس الثاني في الرسم أعلاه يؤثر بقوة مقدارها 41000 N, فما مساحة المكبس الثاني؟

.A 0.0049 m2

.B 0.026 m2

.C 0.11 m2

.D 11 m2

C

.5 ما مقدار الوزن الظاهري لنموذج مصنوع من خشب خاص كثافته 1.10 g/cm3, إذا أزاح 786 mL ماء, عندما غُمر في بحيرة من الماء العذب؟

.A 0.770 N

.B 0.865 N

.C 7.70 N

.D 8.47 N

A

.6 ما مقدار قوة الطفو لجسم كتلته 17 kg أزاح 85 L من الماء؟

.A 1.7 × 102 N

.B 8.3 × 102 N

.C 1.7 × 105 N

.D 8.3 × 105 N

B

.7 أي الأجسام الآتية لا يحتوي على مادة في حالة البلازما؟

.A إضاءة النيون

.B النجوم

.C البرق

.D المصابيح العادية

D

.8 ما كتلة عينة من غاز ثاني أكسيد الكربون حجمها 365 mL عند3.0 ضغط جوي

(1 atm = 101.3 kPa)ودرجة حرارة 24 ˚C, إذا علمت أن الكتلة المولية لثاني أكسيد الكربون 44.0 g/mol؟

.A 0.045 g

.B 2.0 g

.C 2.0 kg

B

الأسئلة الممتدة

.9 بالون مملوء بالهواء حجمه 125 mL عند ضغط جوي معياري 101.3 kPa. فإذا رسا المنطاد على عمق 1.27 m تحت سطح الماء في بركة سباحة, كما في الشكل أدناه, فما الحجم الجديد للمنطاد؟

V2=P1V1/P2= 111 mL