فيديو السؤال: تحديد القوى في نظام بكرات الفيزياء • الصف الأول الثانوي

نسخة الفيديو النصية

يمسك رجل بحبل متصل بثقل وملفوف حول بكرتين، كما هو موضح في الشكل. تبلغ كتلة الثقل 90 كيلوجرامًا، ومثلها تبلغ كتلة الرجل. عندما لا يسحب الرجل الحبل، لا يتحرك هو ولا الحبل. يسحب الرجل الحبل لأسفل ليحاول رفع نفسه لأعلى. أي العبارات الآتية تصف نتيجة سحب الرجل للحبل وصفًا صحيحًا؟ أ: لا يتحرك الرجل ولا الثقل. ب: يتحرك الرجل لأعلى ويظل الثقل في نفس المكان. ج: يتحرك الرجل لأعلى ويتحرك الثقل لأسفل. د: يتحرك الرجل لأسفل ويتحرك الثقل لأعلى. هـ: يتحرك الثقل لأعلى ويظل الرجل في نفس المكان.

في هذا السؤال، علينا التفكير فيما سيحدث عندما يسحب الرجل الموضح في الشكل الحبل لأسفل، والتفكير تحديدًا في تأثير ذلك على موضع كل من الرجل والثقل. لنبدأ بتحديد معطيات السؤال ليتسنى لنا تفريغ بعض المساحة بعد ذلك. يخبرنا السؤال بأن الرجل والثقل لهما الكتلة نفسها التي تساوي 90 كيلوجرامًا. إن الأمر المهم حيال ذلك ليس قيمة الكتلة نفسها، بل تساوي الكتلتين. دعونا نوضح ذلك من خلال الإشارة إلى الكتلتين بالرمز ‪𝑚‬‏ في الشكل. الأمر الآخر الذي يخبرنا به السؤال هو أن الرجل يسحب الحبل لأسفل. دعونا ندون ذلك ونفرغ بعض المساحة.

والآن بما أن الرجل والثقل لهما الكتلة نفسها، فعندما يكون الرجل ساكنًا ولا يسحب الحبل يكون نظام البكرات في حالة اتزان. أي إن الرجل لا يتحرك ولا الثقل. ولكن السؤال يتحدث عن حالة يسحب فيها الرجل الحبل لأسفل محاولًا تحريك نفسه لأعلى. يعد هذا تأثيرًا متبادلًا بين جسمين؛ وهما الرجل والحبل. هذا يعني أن قانون نيوتن الثالث للحركة ينطبق هنا.

لنتذكر أن هذا القانون ينص على أن أي جسمين بينهما تأثير متبادل يؤثران بقوتين متساويتين في المقدار ومتعاكستين في الاتجاه كل منهما على الآخر. يؤثر الرجل بقوة لأسفل على الحبل. ووفقًا لقانون نيوتن الثالث، لا بد أن يؤثر الحبل بقوة لأعلى على الرجل. لذا عندما يسحب الرجل الحبل، فإنه يؤثر بقوة لتحريك جسمه لأعلى بالنسبة إلى الحبل، وهو ما يكافئ تحريك الحبل الذي يمسك به لأسفل بالنسبة إلى جسمه.

وبما أن الحبل قادر على الحركة بحرية استجابة للقوة التي يؤثر بها الرجل، فإن الجزء الذي يمسكه الرجل من الحبل يتحرك لأسفل. عندما يحدث ذلك، تتسبب قوة الشد المؤثرة على الحبل في تحريك الحبل بأكمله. تذكر أن البكرة تغير اتجاه الشد في الحبل بحيث يتحرك الجزء الموجود بين البكرتين إلى اليسار. ثم يتحرك جزء الحبل المتصل بالثقل لأعلى. وبما أن الثقل متصل بالحبل، فإن قوة الشد المحصلة المؤثرة على الثقل لأعلى ستجعله يتحرك لأعلى أيضًا.

استنادًا إلى هذه المعلومات، يمكننا استبعاد بعض الخيارات. بما أننا نعلم أن الثقل يجب أن يتحرك لأعلى، يمكننا استبعاد الخيارات أ، ب، ج؛ إذ ينص الخياران أ، ب على أن الثقل لن يتحرك، في حين ينص الخيار ج على أن الثقل سيتحرك لأسفل وليس لأعلى.

وهذا يتركنا بين خيارين فقط. الفرق بينهما هو أن الخيار د ينص على أن الرجل سيتحرك لأسفل، في حين ينص الخيار هـ على أن الرجل سيظل في نفس المكان. لكننا نلاحظ أنه لا يوجد سبب لتحرك الرجل لأسفل. إن الحبل الذي يمسك به الرجل يتحرك لأسفل. لكن تذكر أنه في الوقت نفسه، يتحرك الرجل لأعلى بالنسبة إلى الحبل؛ لأنه يحاول رفع جسده لأعلى. وينتج عن ذلك أن الرجل سيظل في مكانه، وهو ما يعني أن مركز كتلته لن يتحرك. كل ما حدث هو أنه سحب الحبل لأسفل بمقدار ما، وسحبه الحبل لأعلى بالمقدار نفسه وفقًا لقانون نيوتن الثالث.

وعليه نعلم أن الإجابة الصحيحة هي الخيار هـ. يتحرك الثقل لأعلى ويظل الرجل في نفس المكان.