الكاتب: zaimba zaimba

المقدمة:

التعامل بالكميات الفيزيائية في كل امر من امور حياتنا يوحي المرء باننا نعيش في عالم كل ما به فيزياء.فبمجرد ان يولد الطفل فان اول ما يفعله الطبيب هو تعين الوزن والطول واول ما يذهب الشخص وهو مريض يفحص الطبيب درجه حرارته والضغط وغيره من الاشياء.

العرض:

قسم الكميات الفيزيائية الى نوعين :
1- الكميات العددية
وهذه الكميات يلزم لتعريفها مقدار عددي ( عدد حقيقي ، رقم ) ووحدة فيزيائية . ومن هذه الكميات :
الحجم , الكتلة , الزمن , الشغل والطاقة .
فمثلاً نقول : حجم المخبار = 200 سم3 , كتلة الكرة = 80 غم .

2- الكميات المتجهة
وهي الكميات التى يلزم لتعريفها مقدار عددي (عدد حقيقي موجب) ووحدة فيزيائية واتجاه . ولا يتم تعريفها الا اذا اكتملت هذه العناصر .
ومن الامثلة على الكميات المتجهة : السرعة , القوة , التسارع و الازاحة .
فمثلاً ، إذا قلنا تحركت سيارة بسرعة 60 كم/ ساعة فقط , فهذا لايتم المعنى , لأن تحركها قد يكون شمالاً أو جنوباً أو في أي اتجاه، وفي كل حالة تكون النتيجة مختلفه.

تمثيل المتجهات :

كل كمية فيزيائية متجهة يمكن تمثيلها بمتجه "vector" معين ، والمتجه هو:
" تمثيل رياضي يُعبر عن الكمية الفيزيائية المتجهة مقداراً واتجاهاً وهو عبارة عن خط مستقيم في نهايته سهم ، وطول الخط المستقيم يتناسب مع مقدار الكمية الفيزيائية ، في حين أن اتجاه السهم يدل على اتجاه الكمية الفيزيائية المتجهة".
يمكن تمثيل المتجه هندسياً بواسطة رسم سهم له نقطة بداية وطول ورأس بحيث :
نقطة بداية السهم تعبر عن نقطة التأثير ، وطول السهم يعبر عن مقدار الكمية المتجهة ، ورأس السهم يشير إلى اتجاه المتجه .

ضرب المتجهات :
1 – الضرب القياسي Dot product
يرمز له عادتاً بالرمز ( . ) ونتيجة هذا الضرب عبارة عن كمية قياسية لذلك سمي بالضرب القياسي . وتعطي قيمة الضرب القياسي بالقانون التالي :
حيث A و B عبارة عن متجهان بينهما الزاوية

مثال : قوتان تؤثران على نقطة مادية A = 70 نيوتن و B= 50 نيوتن حيث الزاوية بينهما 30 درجة أوجد حاصل الضرب القياسي لهما :
= 50 x 70 cos 30
= 3031.1
2 – الضرب الاتجاهي Cross Product
يرمز لهذا النوع من الضرب بالرمز ( X ) ونتيجة الضرب عبارة عن متجه جديد له مقدار واتجاه ويكون اتجاهه عمودياً على مستوى المتجهان المضروبان ببعضهما . ولذلك سمي بالضرب الاتجاهي . ويعطى مقدار الضرب الاتجاهي بالقانون التالي :
وأما بالنسبة لتحديد اتجاه المتجه الجديد فيمكن تحديده باستخدام قاعدة اليد اليمنى …. بحيث تشير الاصابع إلى اتجاه الضرب ( من A إلى B )أو ( من B إلى A) ويشير الابهام إلى اتجاه المتجه الجديد الناتج عن الضرب .

مثال : أوجد مقدار واتجاه ناتج الضرب الاتجاهي لما يلي :
1- ( AxB ) و 2 – ( BxA )
علماً أن A= 70 و B=50 والزاوية بينهما 30 درجة وكلاهما واقعان على مستوى الصفحة

أولاً: ( AxB )
= 70 * 50 sin 30
= 1750
لاحظ أن اتجاه الضرب هو من A إلى B وبتطبيق قاعدة اليد اليمنى على الرسم أعلاه يكون اتجاه المتجه الجديد عمودياً على مستوى الصفحة داخلاً فيها .
ثانياً : ( BxA )
= 50 * 70 sin 30
= 1750
لاحظ أن اتجاه الضرب هو من B إلى A وبتطبيق قاعدة اليد اليمنى على الرسم أعلاه يكون اتجاه المتجه الجديد عمودياً على مستوى الصفحة خارجاً منها.

الخاتمة:
وفي الختام ان هناك نوعين من الكميات الفيزيائية والعددية والمتجهة وفالكتلة والزمن والشغل لها مقدار ععدي فيها الكميات الفيزيائية عددية والسرعة والقوة والازاحة هي كميات متجهة فهي من الكميات المتجهة.

الكثافة

احمل في يدك طوبة و في الأخرى قطعة من الخشب من الحجم نفسه تقريباً تجد أن الطوبة أثقل . أنها تزن اكثر من الخشبه،لأن الأرض تجذبها بقوة اكبر من القوة التي تجذب بها قطعة الخشب،وهذا بدوره يعود إلى أن كتلة الطوبة اكبر من كتلة قطعة الخشب أي أن الكمية الكلية للمادة هي اكبر في الطوبة منها في قطعة الخشب.
ونحن في اختباراتنا اليومية نعرف إن للحجم نفسه من مواد مختلفة و أوزان وكتل أيضا مختلفة ،و أحيانا يكون هذا الفرق شاسعا جدا ،فمثلا كتلة مكعب من الذهب تفوق كتلة مكعب مساو من الجليد بحوالي عشرين مرة. ويطلق على ثقب الحجم المحدد من مادة ما اسم الكثافة ،وتعتمد كثافة الجسم على شدة تراص جزيئات المادة فيه .
إن كثافة الطوبه أكبر من كثافة الخشب ، أي أن جسيمات الطوب أثقل و أكثر تراصاً من ألياف الخشب . و كمثل على زيادة الوزن و بقاء الحجم ثابتاً أي على زيادة الكثافة تخيل مصعداً كهربائياً خالياً إلا من العامل الذي يشغله . أن كثافة حجرة المصعد الإجمالية تزداد تدريجياً بازدياد الداخلين إليها .
تعرف الكثافة بأنها كتلة حجم محدد من المادة . ووحدة الحجم المستخدمة غالباً لمقارنة الكثافات هي السنتيمتر المكعب ( سم3) ، و هو حجم مكعب منتظم طول ضلعه سنتيمتر واحد . إن وزن السنتيمتر المكعب من الماء يساوي غراماً واحداً أي إن كثافته تساوي غراماً للسنتيمتر المكعب . ويزن السنتيمتر المكعب من الرصاص 11.3 غراماً أي إن كثافته تساوي 11.3 غم للسم3 . أما الهواء فيتألف من جزيئات غير متراصة و هكذا فإن كثافته قليلة جداً ( حوالي 0.012 غم للسم3) .
فإذا اعتبرنا القطعة من مادة مؤلفة من مكعبات متساوية صغيرة الحجم و عرفنا عدد هذه المكعبات ووزن الواحدة منها ، فإن باستطاعتنا إيجاد الوزن الكلي لها بضرب عدد المكعبات ( الحجم ) في وزن الواحدة منها ( الكثافة ) .
و كنتيجة لاختلاف الكثافة فإن الأوزان المتساوية من مواد مختلفة لها حجوم مختلفة . والمعروف أن المواد الأقل كثافة من الماء تطفو على سطحه . فجبل الجليد يطفو لأن كثافة الجليد أقل من كثافة الماء . كذلك فإن الكثافة الإجمالية للسفن الفولاذية أقل من غم للسم3 لأن جوفها مملوء بالهواء . وهذه السفن تطفو على سطح الماء ، بينما القطعة الصغيرة من لوح الفولاذ تغوص في الماء. أما الإنسان فإن كثافته بالكاد تساوي كثافة الماء ، لذلك يمكنه العوم والسباحة في الماء دون غرق .
إن معرفة كثافة الأجسام أمر مهم جداً . ففي صناعة الطائرات مثلاً يفضل طبعاً عدم استخدام المواد ذات الكثافة العالية لئلا تصبح الطائرة ثقيلة جداً ولذلك تستخدم السبائك أو الخلائط المعدنية التي تتألف بشكل رئيسي من الألمونيوم خفيف الكثافة . كما تضاف إلى الخلط المعدني فلزات أخرى لتكسبه متانة كافية .
وتصنع نماذج الطائرات من خشب البلسا المعروف أيضاً بكثافته المنخفضة ، ومن ناحية أخرى فإن ثقل التغطيس المستخدم في شباك صيد السمك يتخذ من الرصاص لأن نظراً لكثافته العالية .

وهذا عن الحرارة :
ليست الحرارة فقط شعور بالدفء كالذي نحصل عليه من الشمس أو من النار ، بل هي طاقة حركة الجزيئات . فكلما ازدادت سرعة ذبذبة جزيئات الجسم تزداد سخونته . وحين تضع يديك فوق سخان ، فالدفء الذي تشعر به ناجم عن انقضاض البلايين من جزيئات الهواء السريعة ، تحفزها جزيئات السخان نفسه الأشد سخونة . فبانتشار الحرارة في كل مكان يسخن الهواء، والهواء يدفئك لأن الجسم الساخن ينقل من سخونته إلى محيطه ، فتنخفض حرارته بذلك , ونقيس مقدار سخونة الجسم بقياس درجة حرارته.
ومفهوم درجة الحرارة والحرارة مختلفان اختلافا كلياً ، فالحرارة هي شكل من أشكال الطاقة بينما درجة الحرارة هي مقياس لسرعة تحرك الجزيئات .
عند تسخين جسم ما ترتفع درجة حرارته ، لكن ارتفاع درجة حرارة المواد المختلفة بكمية الحرارة نفسها متباين . فلو تسخن كميتين متساويتين من الماء والنحاس بكميتين متساويتين من الحرارة ، تجد أن ارتفاع درجة حرارة النحاس تكون أكثر عشر مرات ، وذلك لأن لكل مادة (( حرارتها النوعية )) الخاصة .
تقاس الحرارة بالثرمومتر ، والذي يوجد عدة أنواع منه ، مثل الثرمومتر الزئبقي الذي يستخدم في قياس درجة حرارة المريض و الثرمومتر الكحولي المستخدم في قياس درجة حرارة الجو. وهناك أيضاً عدة تدريجات للثرمومتر فهناك السيليزي والفهرنهايتي و الكلفني.
ونحن نقيس غالباً درجات الحرارة للأغراض العادية بالمقياس المئوي أو المقياس الفهرنهايتي . فدرجة الصفر عند المقياس المئوي هي درجة تجمد الماء ، ودرجة 100 درجة سلسيوس هي درجة تبخره .
تسري الحرارة من الأجسام الساخنة الى الأجسام الأقل سخونة أو الأبرد ، وبعد ذلك يكون هناك أتزان حراري بين الأجسام