شرح درس قانون هوك واستطالة الزنبرك للصف العاشر هو أحد المبادئ الأساسية في الفيزياء، ويصف العلاقة بين القوة المؤثرة على جسم مرن (مثل الزنبرك) والتغير الناتج في طوله ويستخدم هذا القانون لفهم سلوك المواد المرنة وتطبيقاته في العديد من المجالات الهندسية والفيزيائية.
شرح درس قانون هوك واستطالة الزنبرك
ينص قانون هوك على أن
“مقدار التغير في طول الجسم المرن (الاستطالة أو الانضغاط) يتناسب طرديًا مع القوة المؤثرة عليه، طالما لم يتجاوز حد المرونة للمادة.” يعبّر عن هذا القانون رياضيًا بالمعادلة:
F=−k⋅xF = -k \cdot xF=−k⋅xحيث:
- FFF هي القوة المؤثرة على الجسم (نيوتن).
- kkk هو ثابت النابض أو ثابت المرونة (نيوتن/متر).
- xxx هو مقدار التغير في الطول (المتر).
- الإشارة السالبة تشير إلى أن القوة المؤثرة تتجه في الاتجاه المعاكس للتغير في الطول.
استطالة الزنبرك
عند تطبيق قوة شد على زنبرك، فإنه يتمدد بمقدار يتناسب مع تلك القوة، وفقًا لقانون هوك. تُعرف هذه الزيادة في الطول بالاستطالة. يمكن حساب الاستطالة باستخدام العلاقة:
x=Fkx = \frac{F}{k}x=kF
حيث أن xxx هو مقدار الاستطالة، FFF هي القوة المؤثرة، وkkk هو ثابت النابض.
تطبيقات قانون هوك
يُستخدم قانون هوك في العديد من التطبيقات العملية، منها:
- أجهزة القياس: مثل الموازين الزنبركية التي تقيس الوزن بناءً على استطالة زنبرك.
- أنظمة التعليق في المركبات: حيث تُستخدم النوابض لامتصاص الصدمات.
- تصميم المباني والجسور: لتحمل الأحمال المختلفة دون تجاوز حد المرونة.
- الأجهزة الطبية: مثل بعض أنواع الأطراف الصناعية التي تعتمد على مرونة المواد.
حدود قانون هوك
يُطبق قانون هوك فقط ضمن حدود المرونة للمادة، أي قبل أن تصل إلى نقطة الانهيار أو التشوه الدائم. عند تجاوز هذه الحدود، لا يعود التناسب بين القوة والتغير في الطول خطيًا، وتدخل المادة في مرحلة التشوه البلاستيكي.
تجربة عملية
يمكن إجراء تجربة بسيطة للتحقق من قانون هوك باستخدام زنبرك وأوزان مختلفة. بتعليق أوزان مختلفة على الزنبرك وقياس الاستطالة الناتجة، يمكن رسم علاقة بين القوة والاستطالة، والتي يجب أن تكون خطية إذا كان قانون هوك ينطبق.
خاتمة
قانون هوك يُعد أساسًا لفهم سلوك المواد المرنة، وله تطبيقات واسعة في الحياة اليومية والعلوم الهندسية. من خلال هذا القانون، يمكن تصميم أنظمة وأجهزة تعتمد على مرونة المواد لتحقيق الأداء المطلوب.
العلاقة بين القوة والاستطالة
F = k × x
- F: القوة المؤثرة
- k: ثابت النابض
- x: مقدار الاستطالة
يتبع هذا القانون العلاقة الطردية بين الحمل والاستطالة حتى حد التناسب، بعده يحصل تشوه دائم.
للمزيد للصف العاشر تابع ما يلي:
- الرياضيات الصف العاشر الفصل الثاني
- الرياضة المدرسية الصف العاشر الفصل الثاني
- شرح درس النعت للصف العاشر
- شرح وتحضير دروس مخاطر الكهرباء الوحدة الثالثة الصف العاشر الفصل الثاني
- شرح مخططات الدوائر الكهربائية ومكوناتها وتوصيل المقاومات في الفيزياء الصف العاشر الفصل الثاني
- شرح النواة الذرية ومكونات الذرة وعلاقتها بالشحنة الصف العاشر الفصل الثاني
- شرح المجالات الكھربائیة والشحنة الكھربائیة الصف العاشر الفصل الثاني
لا تعليق