ورقاتشرح درس الشغل والآلات البسيطة اول متوسط الفصل الأول
الشغل = القوة × المسافة ويُقاس بالجول، والآلات البسيطة تغيّر مقدار القوة أو اتجاهها فتسهّل الشغل لكنها لا تقلل مقدار الشغل.
أهداف الدرس
- يعرّف الشغل ويذكر شرطي حدوثه ويحسبه بالجول.
- يحسب القدرة بالواط.
- يعدّد الآلات البسيطة الست ويعطي مثالًا لكل منها.
- يصنّف الروافع إلى أنواعها الثلاثة.
- يحسب الفائدة الآلية ويفسّر أن الآلة لا توفر الشغل.
المفهوم الأساسي
الشغل = القوة × المسافة ويُقاس بالجول، والآلات البسيطة تغيّر مقدار القوة أو اتجاهها فتسهّل الشغل لكنها لا تقلل مقدار الشغل.
شرح الدرس
هل بذلت جهدًا حين حاولت دفع جدار؟ بالمعنى العلمي لا، لأن الجدار لم يتحرك. وحين تحمل حقيبتك من الأرض إلى الطاولة تبذل شغلًا. فما الشغل في العلم؟
الشغل
يُنجَز الشغل حين تؤثر قوة في جسم فتحركه في اتجاه القوة. ولا بد من شرطين: أن توجد قوة، وأن يتحرك الجسم مسافة في اتجاه القوة.
«الشغل = القوة × المسافة»
ووحدة الشغل الجول، والجول الواحد = نيوتن × متر. مثال محلول: دفع عامل صندوقًا بقوة ٥٠ نيوتن مسافة ٤ م. الشغل = ٥٠ × ٤ = ٢٠٠ جول. وإذا دفع الجدار بقوة كبيرة ولم يتحرك فالشغل = صفر لأن المسافة صفر.
القدرة
القدرة هي معدل إنجاز الشغل، أي الشغل في كل ثانية، وتُقاس بالواط.
«القدرة = الشغل ÷ الزمن»
مثال محلول: أنجز محرك شغلًا ٢٠٠ جول في ١٠ ث. القدرة = ٢٠٠ ÷ ١٠ = ٢٠ واط. فالواط الواحد جول واحد في الثانية. ويتسابق شخصان في صعود درج، فمن صعده في زمن أقل كانت قدرته أكبر لأن الشغل متساوٍ.
الآلات البسيطة
الآلة البسيطة أداة تسهّل الشغل بتغيير مقدار القوة أو اتجاهها. وهي ست آلات:
- الرافعة: ساق صلبة تدور حول نقطة ارتكاز. وللرافعة ثلاثة أنواع بحسب موضع نقطة الارتكاز والحمل والجهد: الأول ارتكازه في الوسط كالمقص ولعبة التوازن، والثاني حمله في الوسط كعربة الحديقة وفتاحة العلب، والثالث جهده في الوسط كالملقط والمكنسة.
- البكرة: عجلة بها أخدود يمر به حبل، تغيّر اتجاه القوة وقد تضاعفها، كبكرة سحب العلم.
- العجلة والمحور: عجلة كبيرة مثبتة على محور صغير، كمقود السيارة ومفتاح الحنفية.
- المستوى المائل: سطح مائل يرفع الجسم بجهد أقل لكن على مسافة أطول، كمنحدر عربات المعاقين.
- الوتد: مستويان مائلان متلاصقان يشقان المادة، كالسكين والفأس.
- البرغي: مستوى مائل ملفوف حول أسطوانة، كالمسمار اللولبي وغطاء القارورة.
الفائدة الآلية
الفائدة الآلية تبيّن عدد مرات تضخيم الآلة للقوة.
«الفائدة الآلية = القوة الناتجة ÷ القوة المبذولة»
مثال محلول: رافعة ترفع حملًا ٣٠٠ نيوتن بقوة ١٠٠ نيوتن. الفائدة الآلية = ٣٠٠ ÷ ١٠٠ = ٣.
هل توفر الآلة الشغل؟
لا. فالشغل الناتج عن الآلة لا يزيد على الشغل المبذول عليها. فإذا رُفع صندوق وزنه ٢٠٠ نيوتن إلى ارتفاع ١ م فالشغل = ٢٠٠ × ١ = ٢٠٠ جول. وإن استعملنا مستوى مائلًا طوله ٤ م صارت القوة ٥٠ نيوتن فقط، والشغل = ٥٠ × ٤ = ٢٠٠ جول. القوة قلّت إلى الربع لكن المسافة زادت أربعة أضعاف.
الآلة تسهّل الشغل ولا توفّره، فما نربحه في القوة نخسره في المسافة.
نشاط تعليمي
النشاط الأول
ارفع كتابًا بيدك مسافة ٠٫٥ م مرة وبمستوى مائل (لوح خشبي) مرة، وقارن شعورك بالقوة.
تحتاج قوة أقل مع المستوى المائل لكن المسافة أطول، ويبقى الشغل متساويًا.
أن يدرك الطالب أن الآلة لا توفر الشغل.
التطبيق الثاني
احسب شغل قوة ٦٠ نيوتن تحرك جسمًا ٥ م.
الشغل = ٦٠ × ٥ = ٣٠٠ جول.
أن يطبق الطالب قانون الشغل.
المسألة الثالثة
أنجز رجل شغلًا ٦٠٠ جول في ٣٠ ث. ما قدرته؟
القدرة = ٦٠٠ ÷ ٣٠ = ٢٠ واط.
أن يحسب الطالب القدرة.
ملاحظات مهمة
- 1الشغل = القوة × المسافة ويُقاس بالجول.
- 2يلزم قوة وحركة في اتجاهها.
- 3القدرة = الشغل ÷ الزمن وتُقاس بالواط.
- 4الآلات البسيطة ست والآلة لا توفر الشغل.
أخطاء شائعة
- ✗ خطأالقول إن دفع الجدار بقوة كبيرة شغل علمي.✓ الصواب: لا شغل إذا لم يتحرك الجسم لأن المسافة صفر.
- ✗ خطأالاعتقاد أن الآلة البسيطة تقلل الشغل.✓ الصواب: تقلل القوة أو تغيّر اتجاهها لكن الشغل لا ينقص.
ملخص الدرس
- الشغل = القوة × المسافة بالجول.
- القدرة = الشغل ÷ الزمن بالواط.
- الآلات الست: الرافعة والبكرة والعجلة والمحور والمستوى المائل والوتد والبرغي.
- الفائدة الآلية = القوة الناتجة ÷ القوة المبذولة.
هل أتقنت الدرس؟اختبر نفسك من خلال اختبار قصير من عدة أسئلة.
