بطاقات تعليمية تلخص ليكتشر ٣
Lecture 03المحاضرة 03F01
Force and Interactions (F01)القوة والتفاعلات (F01)
القوة والتفاعلاتForce and Interactions
Fnet = F1 + F2 + F3 + …
- A force is a push or a pull; more precisely, an interaction between two objects.القوة دفع أو سحب، وبدقة أكبر هي تفاعل بين جسمين.
- A force can change an object’s velocity, so it causes acceleration.القوة تغيّر سرعة الجسم، أي أنها تسبب له تسارعاً.
- Force is a vector: it has magnitude and direction.القوة كمية متجهة لها مقدار واتجاه.
- The net force is the vector sum of all forces acting on the object.القوة المحصلة هي المجموع المتجه لكل القوى المؤثرة على الجسم.
Unit: newton (N) = kg·m/s²الوحدة: النيوتن (N) = kg·m/s²
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03F02
Types of Forces (F02)أنواع القوى (F02)
أنواع القوىTypes of Forces
| Contact forcesقوى تلامس | Field forcesقوى مجال |
|---|---|
| Tensionالشد | Gravitationalالجاذبية |
| Frictionالاحتكاك | Electricalالكهربائية |
| Springالنابض | Magneticالمغناطيسية |
| Normalالعمودية | Nuclearالنووية |
- Weight (w): pull of gravity; always vertically downward.الوزن (w): قوة جذب الأرض للجسم، اتجاهه دائماً رأسياً لأسفل.
- Tension (T): pulling force through a rope, along the rope.الشد (T): قوة سحب تنتقل عبر الحبل، في اتجاه الحبل.
- Normal (n): exerted by a surface, perpendicular to it.القوة العمودية (n): يؤثر بها السطح على الجسم، عمودية عليه.
- Friction (f): opposes motion, parallel to the surface.الاحتكاك (f): يعاكس الحركة، وموازٍ للسطح.
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03F03
Newton’s First Law (F03)قانون نيوتن الأول (F03)
قانون نيوتن الأولNewton’s First Law
Fnet = 0 ⇒ a = 0
An object at rest stays at rest, and a moving object continues in uniform motion (constant velocity in a straight line), if and only if the net force is zero.يبقى الجسم الساكن ساكناً، ويستمر الجسم المتحرك في حركة منتظمة (سرعة ثابتة في خط مستقيم)، إذا وفقط إذا كانت القوة المحصلة صفراً.
- Fnet,x = 0 and Fnet,y = 0Fnet,x = 0 و Fnet,y = 0
- No “cause” is needed for motion.الحركة لا تحتاج إلى “مسبِّب”.
- Uniform motion is the “natural state” of an object.الحركة المنتظمة هي “الحالة الطبيعية” للجسم.
- Example: a book resting on a table.مثال: كتاب ساكن على طاولة.
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03F04
Newton’s Second Law (F04)قانون نيوتن الثاني (F04)
قانون نيوتن الثانيNewton’s Second Law
Fnet = ma
- Fnet,x = m ax and Fnet,y = m ayFnet,x = m ax و Fnet,y = m ay
- a is directly proportional to Fnet and inversely proportional to m.التسارع يتناسب طردياً مع القوة المحصلة وعكسياً مع الكتلة.
- The direction of a is the same as the direction of the net force.اتجاه التسارع هو نفس اتجاه القوة المحصلة.
- It is the connection between force and motion.يربط هذا القانون بين القوة والحركة.
Example (like 3.1)مثال (يشبه 3.1)
m = 4 kg: 25 N and 5 N right, 10 N left25 N و 5 N لليمين، 10 N لليسار
Fnet = 25 + 5 − 10 = 20 N
a = 20 / 4 = 5 m/s²
Fnet = 25 + 5 − 10 = 20 N
a = 20 / 4 = 5 m/s²
Unit: newton (N)الوحدة: النيوتن (N)
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03F05
Forces at an Angle (F05)القوى بزاوية (F05)
القوى بزاويةForces at an Angle
Fx = F cos θ , Fy = F sin θ
- Resolve the force into components.حلّل القوة إلى مركبتين.
- Apply Newton’s second law in each direction.طبّق قانون نيوتن الثاني في كل اتجاه.
Pull at θ above the horizontal (frictionless)سحب بزاوية θ فوق الأفقي (بدون احتكاك)a = F cos θ / m
N = mg − F sin θa = F cos θ / m
N = mg − F sin θ
N = mg − F sin θa = F cos θ / m
N = mg − F sin θ
Example (like 3.5)مثال (يشبه 3.5)
m = 1.2 kg, F = 3.0 N, θ = 32°
a ≈ 2.1 m/s² , N ≈ 10.2 N
a ≈ 2.1 m/s² , N ≈ 10.2 N
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03F06
Mass vs. Weight (F06)الكتلة والوزن (F06)
الكتلة والوزنMass vs. Weight
Mass (m)الكتلة (m)
- Intrinsic property of the objectخاصية ذاتية للجسم
- Same value anywhereلها نفس القيمة في أي مكان
- Scalar quantityكمية قياسية
- Unit: kilogram (kg)الوحدة: الكيلوجرام (kg)
Weight (w)الوزن (w)
- Gravitational force on the objectقوة الجاذبية المؤثرة على الجسم
- Depends on g, varies with locationيعتمد على g ويتغير بالمكان
- Vector quantityكمية متجهة
- Unit: newton (N)الوحدة: النيوتن (N)
w = mg
Key Pointنقطة مهمةMass and weight are different quantities: mass stays constant, weight changes with g.الكتلة والوزن كميتان مختلفتان: الكتلة ثابتة، والوزن يتغير بتغير g.
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03F07
Weight on Different Planets (F07)الوزن على كواكب مختلفة (F07)
الوزن على كواكب مختلفةWeight on Different Planets
w2 = g2g1 w1
- Mass is the same on any planet: w1 = m g1 , w2 = m g2الكتلة ثابتة على أي كوكب: w1 = m g1 , w2 = m g2
| Locationالمكان | g (m/s²) | Weight of 1 kg (N)وزن 1 kg (N) |
|---|---|---|
| Earthالأرض | 9.8 | 9.8 |
| Moonالقمر | 1.62 | 1.62 |
| Marsالمريخ | 3.76 | 3.76 |
Examples (like 3.6 and 3.7)أمثلة (تشبه 3.6 و 3.7)
Earth → Mars: (3.76 / 9.8) × 800 N = 307 N(3.76 / 9.8) × 800 N = 307 N :من الأرض إلى المريخ
Moon → Earth: (9.8 / 1.62) × 99 N = 599 N(9.8 / 1.62) × 99 N = 599 N :من القمر إلى الأرض
Moon → Earth: (9.8 / 1.62) × 99 N = 599 N(9.8 / 1.62) × 99 N = 599 N :من القمر إلى الأرض
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03F08
Newton’s Third Law (F08)قانون نيوتن الثالث (F08)
قانون نيوتن الثالثNewton’s Third Law
“For every action, there is an equal and opposite reaction.”“لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.”
FA on B = −FB on A
- The two forces have the same magnitude but opposite directions.القوتان متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه.
- They act on different objects, so they never cancel each other.تؤثران على جسمين مختلفين، لذلك لا تلغي إحداهما الأخرى.
- Example: the hammer pushes the nail, and the nail pushes back on the hammer.مثال: المطرقة تؤثر على المسمار، والمسمار يؤثر على المطرقة بقوة معاكسة.
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03F09
Two Blocks in Contact (F09)كتلتان متلامستان (F09)
كتلتان متلامستانTwo Blocks in Contact
a = Fm1 + m2 , F12 = m2 a
- Frictionless surface; the force F pushes m1, and m1 pushes m2.سطح أملس بدون احتكاك؛ القوة F تدفع m1، و m1 تدفع m2.
- The blocks move together with the same acceleration.الكتلتان تتحركان معاً بـنفس التسارع.
- Treat both blocks as one system to find a.اعتبر الكتلتين نظاماً واحداً لإيجاد التسارع.
- Use the free-body diagram of m2 to find the contact force F12.استخدم مخطط القوى للكتلة m2 لإيجاد قوة التلامس F12.
Example (like 3.8)مثال (يشبه 3.8)
m1 = 10 kg, m2 = 7 kg, F = 12 N
a = 12 / 17 = 0.706 m/s²
F12 = 7 × 0.706 = 4.94 N
a = 12 / 17 = 0.706 m/s²
F12 = 7 × 0.706 = 4.94 N
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03F10
Apparent Weight (F10)الوزن الظاهري (F10)
الوزن الظاهريApparent Weight
Apparent weight wapp is the magnitude of the supporting contact force (normal force) — the scale reading.الوزن الظاهري wapp هو مقدار قوة التلامس الداعمة (القوة العمودية)، أي قراءة الميزان.
| At rest or constant velocityساكن أو بسرعة ثابتة | wapp = w |
| Accelerating upward (feels heavier)تسارع لأعلى (يشعر بثقل) | wapp = w + ma |
| Accelerating downward (feels lighter)تسارع لأسفل (يشعر بخفة) | wapp = w − ma |
- w = mg is the true weight.w = mg هو الوزن الحقيقي.
- Find the direction of acceleration first, then choose the formula.حدّد اتجاه التسارع أولاً، ثم اختر القانون المناسب.
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03F11
Elevator Problems (F11)مسائل المصعد (F11)
مسائل المصعدElevator Problems
Example (like 3.9 and 3.10)مثال (يشبه 3.9 و 3.10)
m = 30 kg, a = 3 m/s²
Up: 30 × 9.8 + 30 × 3 = 384 N30 × 9.8 + 30 × 3 = 384 N :لأعلى
Down: 30 × 9.8 − 30 × 3 = 204 N30 × 9.8 − 30 × 3 = 204 N :لأسفل
Up: 30 × 9.8 + 30 × 3 = 384 N30 × 9.8 + 30 × 3 = 384 N :لأعلى
Down: 30 × 9.8 − 30 × 3 = 204 N30 × 9.8 − 30 × 3 = 204 N :لأسفل
Example (like 3.13)مثال (يشبه 3.13)
m = 45 kg, scaleالميزان = 460 N
w = 45 × 9.8 = 441 N < 460 N → a upwardالتسارع لأعلى
a = (460 − 441) / 45 = 0.422 m/s²
w = 45 × 9.8 = 441 N < 460 N → a upwardالتسارع لأعلى
a = (460 − 441) / 45 = 0.422 m/s²
Key Pointنقطة مهمةThe scale reading tells the direction of acceleration, not necessarily the direction of motion.قراءة الميزان تحدد اتجاه التسارع، وليس بالضرورة اتجاه الحركة.
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03F12
Problem-Solving Strategy (F12)خطوات حل المسائل (F12)
خطوات حل المسائلProblem-Solving Strategy
- 1Draw a free-body diagram (FBD).ارسم مخطط القوى المؤثرة على الجسم (FBD).
- 2Choose a coordinate system.اختر محاور الإحداثيات.
- 3Resolve forces into components if needed.حلّل القوى إلى مركبات عند الحاجة.
- 4Apply Newton’s laws (ΣF = 0 or ΣF = ma).طبّق قوانين نيوتن (ΣF = 0 أو ΣF = ma).
- 5Solve for the unknown(s).أوجد المجهول.
- 6Check units and reasonableness of the answer.تحقّق من الوحدات ومن منطقية الإجابة.
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03Tipsتنبيه
Common Mistakesأخطاء شائعة
أخطاء شائعةCommon Mistakes
- Confusing mass and weight.الخلط بين الكتلة والوزن.
- Forgetting to resolve forces into components.نسيان تحليل القوى إلى مركبات.
- Using N = mg when a pulling force acts at an angle (N = mg − F sin θ).استخدام N = mg عندما تؤثر قوة بزاوية (N = mg − F sin θ).
- Assuming the direction of motion is the direction of acceleration.افتراض أن اتجاه الحركة هو نفسه اتجاه التسارع.
- Thinking action and reaction cancel (they act on different objects).الظن أن الفعل ورد الفعل يلغي أحدهما الآخر (يؤثران على جسمين مختلفين).
- Using g = 9.8 m/s² on other planets.استخدام g = 9.8 m/s² على كواكب أخرى.
- Not drawing a free-body diagram.عدم رسم مخطط القوى.
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys
Lecture 03المحاضرة 03Summaryملخص
Key Formulas Summaryأهم القوانين
أهم القوانينKey Formulas Summary
| Newton’s first lawقانون نيوتن الأول | ΣF = 0 ⇒ v = constant |
| Newton’s second lawقانون نيوتن الثاني | ΣF = ma |
| Newton’s third lawقانون نيوتن الثالث | FA on B = −FB on A |
| Weightالوزن | w = mg |
| Weight on two planetsالوزن على كوكبين | w2 = (g2 / g1) w1 |
| Force componentsمركبات القوة | Fx = F cos θ , Fy = F sin θ |
| Normal force (pull at θ above horizontal)القوة العمودية (سحب بزاوية θ فوق الأفقي) | N = mg − F sin θ |
| Apparent weight (upward a)الوزن الظاهري (تسارع لأعلى) | wapp = w + ma |
| Apparent weight (downward a)الوزن الظاهري (تسارع لأسفل) | wapp = w − ma |
| Two blocks in contact (frictionless)كتلتان متلامستان (بدون احتكاك) | a = F / (m1 + m2) , F12 = m2 a |
Mr. Abdullah Mohamed | @Chem31Phys