الكميات المتجهة والعددية (المسافه , الإزاحه) ودرجه الحراة في الفيزياء
<blockquote class="postcontent restore ">
الكميات المتجهة والعددية (المسافه , الإزاحه)
--------------------------------------------------------------------------------
تقسم الكميات الفيزيائية الى نوعين :
1- الكميات العددية ( القياسية ) Scalar Quantities
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 Vector Quantities
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.
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".
المسافة والإزاحة
*تمهيد
تعتبر حركة الأجسام من المظاهر المألوفه في حياتنا .فالأرض ومن عليها في
حالة حركة وكذلك المجرات ..... ، ومن الأمثلة على الحركة: سقوط الأجسام
وجريان الماء وحركة السيارات .... . ويقصد بمفهوم الحركة :
التغير المستمر الحاصل في موقع الجسم بالنسبة الى موقع جسم آخر نفترضه ثابتاً.
فعندما نصف حركة جسم ما ، نحددها بالنسبة الى نقطة ما تُعَدُ ثابته ، فإذا
كنت ماشياً في طريقك من المدرسة الى البيت ، فإن موقعك بالنسبة الى موقع
المدرسة هو في تغير مستمر وكذلك سيكون موقعك بالنسبة الى موقع البيت
متغيراً باستمرار .
المسافة
إذا تحركت سيارة في طريق مستقيم من الموقع ( أ ) الى الموقع ( ب ) فإن المسافه التي تكون قد قطعتها هي طول المسار المستقيم ( أ ب ) .
وإذا مشيت في مسار مقوس أو متعرج ( ذو زوايا متغيره ) ، يكون طول المسار الذي قطعته هو مقدار المسافة التي قطعتها .
وهكذا تعرف المسافة بين نقطتين بأنها طول المسار بينهما ، وتقاس المسافة بوحدات الطول ( متر ، سم ، كم , ..)
" لاحظ أننا نعين المسافة بمقدارها فقط "
الإزاحة
للوصول من النقطه ( أ ) الى النقطه ( ب) ، هناك أكثر من مسار أو طريق واحد ، ولكل طريق
طوله .
وهكذا فإن المسافه هنا تعتمد على طول المسار أو الطريق الذي ستسلكه إبتداءً من ( أ ) ووصولاً الى ( ب).
ولكن ماذا عن البعد بين نقطتين ( أ ، ب ) ؟ وبغض النظر عن المسار الذي تسلكه ؟
لاحظ أن المسار المستقيم بين النقطتين ( أ ، ب) ( المسار رقم 1 ) هو أقصر
الطرق أو المسارات بينهما ويمثل مقداراً ثابتاً . يسمى هذا المسار المستقيم
بين ( أ ، ب) أي القطعة المستقيمة الواصلة بين (أ ، ب) الإزاحه التي
تقطعها عند إنتقالك من النقطه ( أ ) الى النقطه ( ب) .
وهكذا تعرف إزاحة جسم ما عن نقطة معينه بأنها المسار المستقيم الذي يقطعه الجسم في حركته من نقطه معينة الى النقطة الجديدة.
يقاس مقدار الإزاحة بوحدات الطول أيضاً ( متر ، كيلو متر ، ... )، والان
بماذا تختلف الكميه الفيزيائيه (المسافة ) عن الكميه الفيزيائيه ( الإزاحة )
؟
المسافة هي كمية عددية ( قياسية ) تعبر عن طول الطريق الفعلي الذي سلكه
الجسم و يمكن وصفها باستخدام رقم ووحدة فيزيائية فعلى سبيل المثال نقول
المسافة ، ف1 تساوي 10 متر . في حين إن الإزاحة هي كمية متجهة تعبر عن بعد
الجسم عن نقطة مرجعية ، ويمكن وصفها باستخدام رقم ووحدة فيزيائية واتجاه ،
فعلى سبيل المثال نقول
الإزاحة = 10 متر غربا .
كم درجة الحرارة اليوم ؟ للإجابة بهذا السؤال بدقة يلزمك ترمومتر-اي ميزان
حرارة لقياس ذلك . جميع الترمومترات مدرجة بمقاييس تستخجم نقطتين ثابتتين
هما : درجة حرارة انصهار الجليد ، ودرجة حرارة غليان الماء على ضغط جوي
عياري . هنالك ثلاثة مقاييس مهمة لدرجة الحرارة هي : مقياس سليسيوس ومقياس
فرنهيت والمقياس المطلق أو مقياس كلفن . فدرت انصهار الجليد على مقياس
سليسيوس هي صفر5س، ودرجة غليان الماء 5100س . على مقياس فرنهيت درجة انصهار
الجليد هي 532ف ودرجة غليان الماء 5212 ف . آثا بمقياس كلفن فيبدأ من أدنى
درجة حرارة ممكنة نظرياً ، وهي درجة الصفر المطلق ؛ والدرجة فيه مساوية
فيه قدراً للدرجة في مقياس سلسيوس.
الحرارة , درجة الحرارة في الفيزياء
درجة الحرارة هي قياس لمدى لسرعة تحرك جزيئات الجسم , أما الحرارةغهي طاقة
الجسم المكتسبة , فدرجة حرارة الثلج تتكون من أقل من درجة حرارة ماء يغلي ,
ودرجة حرارة ماء دافي تكون وسطا بين الدرجتين . عندما تتغير درجة الحرارة
فإن خواصاً كثيرة للمادة تتغير, فمثلا ؛ حجم الأجسام يتغير, والمقاومة
الكهربائية للمواد تتغير , ولزوجة السوائل تتغير . وهذه التغيرات التي تحدث
للمواد يمكن الإعتماد عليها في قياس درجة الحرارة , ووحدة درجة الحرارة
وحدة أساسية يجب أن تُعرَف كما عرفنا المتر والجرام والثانية وغيرها من
الوحدات الأساسية
وقد شاع في العالم مقياسان لقياس درجة الحرارة , وهما التدريج المئوي ,
والتدريج الفهرنهايتي , ولو أن العا لم الآن في طريقة للإستغناء عن التدريج
الأخير . فالتدريج الأول يعتبر درجة الحرارة التي يتجمد فيها الماء عند
ضغط جوي واحد على أنها الصفر (c50) , ودرجة الحرارة التي يغلي فيها الماء
عند ضغط جوي واحد على أنها(c5100) , بينما في التدريج الفهرنهايتي تكون
هاتان الدرجتان (c532) و (c5212) على التوالي .
ولكن وحدة درجة الحرارة في الظام العالمي للوحدات هي الكلفن ( Kelvin ) ،
ويرمز لها بالرمز ( K ) , وقد وضع هذا التدريج على أساس أنه توجد درجة
حرارة دنيا مطلقة ، سُميت بالصفر المطلق , وهي أدنى درجة حرارة يمكنى
الوصول إليها ، وتساوي (c 5 -273.15)؛ بمعنى أنه لايمكن أن توجد درجة حرارة
أقل من الصفر المطلق .
وقد عرفت درجة الحرارة المطلقة (absolute temperature) , على أنها درجة الحرارة المئوية مضافاً إليها (c 5 273.15) .
انتقال الحرارة
انتقال الحرارة بالتوصيل
إذا عرضنا طرف قضيب فلزي للهب بنزن فترة من الزمن , في حين نمسك بيدنا
الطرف الآخرء فإننا نلاحظ ان درجة حرارة الطرف غيرالمعرض للهب تبدأ
بالارتفاع شيئأ فشيئأ، مع أنه غير متعرض للهب مباشرة ، وهذه الظاهرة تسمى
(ظاهرة التوصيل الحراري).
وتفسيرها ان جزيئيات الطرف الساخن والتى تهتز أصلاً , والتي تتحرك حركة
توافقية بسيطة ، تزداد سرعتها عند التسخين ، وبالتالي يزداد اتساع
اهتزازاتها , نظراً لانها اكتسبت طاقة . ونظرأ لاصطدامها مع الجزيئات
المجاورة , فإنها تنقل لها الطاقة شيئأ فشيئأ مع استمرار التسخن ,وبالتالى
تتتقل الحرارة عبر المادة من طرف إلى طرف آخر.
والمعروف عن الفلزات قاطبة انها جيدة التوصيل للكهرباء ، وكذلك جيدة
التوصيل للحرارة ، اما توصيلها الجيد للكهرباء ، فهو بسبب وجود إلكترونات
حرة فيها ؛ اما توصيلها الجيد للحرارة , فيعود إلى الجزيئات والى
الإلكترونات الحرة معأ.
وقد مر معنا ان الجسم الذي درجة حرارته اعلى يفقد حرارة ، وأن الجسم الذي
درجة حرارته اقل يكسب حرارة عند حدوث اتصال بين الجسمين ء أي أن اتجاه
سريان الحرارة هو داثمأ من النقطة التي درحة حرارتها اعلى إلى النقطة التي
درجة حرارتها أقل . ولكن معدل سريان الحرارة عبرالمواد يختلف باختلاف نوع
المادة ، وقد ذكرنا ان الفلزات جيدة التوصيل ، ولكن لو أخذنا مواد أخرى
كالخشب والزجاج والفخار، فإننا نجدها ردية التوصيل للحرار
انتقال الحرارة بالحمل
إذا وضعنا إناء به ماء على لهب مصدر حراري , فإن قعر الاناء يسخن ,
وبالتالي يسخن الماء الملامس له , فيتمدد وتقل كثافته , وبذلك يرتفع إلى
أعلىء ويحل محله ماء بارد يهبط من المناطق العليا إلى أسفل , فيسخن هذا
الماء, ويرتفع ايضأ إلى أعلى وهكذا.
ومن خلال حركة جزيثات الماء التي ترتفع إلى أعلى, يتم نقل الحرارة من المناطق السفلى للإناء إلى المناطق العليا له .
وتسمى الطريقة التي تنتقل الحرارة بها هنا (الحمل ) ؛ وهي كما نلاحظ تقتضي
أن تغادر الجزيئات الساخنة أماكنها ناقلة معها الحرارة إلى الجزيئات
الباردة . وهي تختلف عن انتقال الحرارة بطريقة التوصيل ؛ إذ أن الجزيئات في
الطريقة السابقة (التو صيل) لا تغادر أماكنها.
إنتقال الحرارة بالإشعاع :
لا بد أنك جلست يومأ أمام مدفأة , وأنك شعرت بالدفء والسؤال الذي يتبادر للذهن هو كيف وصلتك حرارة المدفأة ؟
إن حرارة المدفأة لا يمكن أن تكون قد وصلتك بالتوصيل ء إذ أنك لا تلمس
المدفأة , كما أنها لا تكون قل وصلتك بالحمل , إذ أنك والمدفأة على مستوى
أفقي واحد. إن الطاقة الحرارية وصلتك بطريقة أخرى تسمى ,الاشعاع.
والتعبير الذي استعملناه (الاشعاع ) يدل على فقد مستمر للطاقة من سطح الجسم , وهو يحاث من كافة الأجسام على الإطلاق.
وهذه الطاقة تسمى الطاقة المشعة ,أ.و الإشعاعية . ويفقدها الجسم أو يشعها
بسرعة الضوء وإذا سقطت على جسم غير شفاف , فإنه سيمتصها, ويحولها إلى حرارة
.
ومقدار الطاقة التي يشعها سطح معين من وحدة المساحة خلال وحدة الزمن , تعتمد على طبيعة السطح , وعلى درجة حرارته .
فإذا كانت درجة حرارة السطح منخفضة , فإن معدل إشعاع الطاقة يكون متدنيا ؛
وكلما ارتفعت درحة الحرارة زادت كمية الحرارة التي يفقدها الجسم بالإشعاع .
ولكن التناسب ليس خطيأ بين الطاقة المفقودة بالاشعاع , وبين درجة الحرارة ؛
إذ أن الطاقة تتناسب مع درجة الحرارة المطلقة مرفوعة للقوة (4).
أما طبيعة الإثمعاع , فحتى درجة حرارة 300 س , فإن الإشعاع يكون على شكل
موجه تحت حمراء في معظمه , ولكن إذا ارتفعت درجة حرارة الجسم أكثر فأكثر
يبدأ بإشعاع موجات أخرى مرئية .
الترمومترات :
لقد ذكرنا انا نقيس درجة الحرارة بالترمومترات ، والترمومترات تختلف
بإختلاف درجة الحرارة المراد قياسها ، فهناك ترمومترات لقياس درجات الحرارة
الشديدة البرودة ، والتي قد تقترب من درجة الصفر المطلق ، وهناك ترمومترات
لقياس درجات الحرارة العالية ، والتي قد تحاكي درجة حرارة الشمس ، وسنناقش
هنا بعضاً منها:
أ - الترمومتر الزئبقي:
وهو يتكون من أنبوبة زجاجية رفيعة , في نهايتها إنتفاخ به زئبق , وتوضع
علامة عند النقطة التي يتجمد فيها الماء , وهي درجة الصفر المئوي , وعلامة
أخرى عند النقطة التي يغلي فيها الماء وهي (C 5100) , ثم تقسم المسافة بين
التقطتين إلى ماثة تدريج متساوية ، ويمكن أن يقيس هذا الترمومتر درجات
الحرارة ما بين (C520 ) و (C5220) ء ولكن إذا أردنا قياس درجات حرارة شديدة
البرودة فان الكحول يستخدم بدلا من الزئبق , حيث أن درجة الحرارة التي
يتجمد فيها الكحول (C5220ــ) .
ب – الترمومتر البلاتيني :
وهو ترمومتر تعتمد نظريته على أن مقاومة المواد تتغير بتغير درجة الحرارة ،
وهذا الترمومتر يمكن ان يقيس درجات الحرارة بين (C540ــ) و) C5(1200بدقة
كبيرة , وهو يتكون من سلك بلاتيني رقيق ملفوف حول إسطوانة مصنوعة من الميكا
محتواة على أنبوب من الزجاج الصلب .
د – ترمومترالإزدواج الحراري :
يتكون ترمومتر الإزداوج الحراري من سلكين معدنيين مختلفين موصلين على
التوازي . فإذا وضعت وصلة عند درجة حرارة معروفة مثل ماء وثلج في توازن
حراري أي عند الصفر المئوي , والوصلة الأخرى توضع عند درجة الحرارة التي
يراد قياسها , فإن فرقأ في الجهد الكهرباثي ينشأ بين الوصلتين , وهذا الفرق
في الجهد مقياس للفرق في درجتي الحرارة بين الوصلتين .
د-ـ ترمومتر الكبس :
تترتب جزيئات البلورات السائلة في صفوف منتظمة كما في البلورات الجامدة
لكنها تنساب كالسائل . بعض هذه البلورات يتغير لونه تبعاً لدرجة الحرارة ,
فيستخدم في ترمومترات شريطية لأخذ درجة حرارة الأطفال , فالحرارة تعيد
ترتيب الجزيئات ميسرة بذلك مرور الضوء عبر السائل فتتوهج بلون مختلف تبعاً
لدرجة حرارة الطفل .
البيرومتر :
يستخدم البيرومتر في قياس درجات الحرارة العالية كدرجة حرارة الافا
المنبثقة من البراكين , أو درجة الحرارة داخل فرن صناعة الزجاج . تتوهج
الأشياء بألوان مختلفة حسب درجة حرارتها . ويحتوي البيرومتر فتيلة كهربائية
يسخنها تيار كهربائي حتى يتساوى لونها مع لون الجسم المتوهج . ثم تقاس
درجة الحرارة بمقياس هذا التيار
منقول .
</blockquote>
