مراجعة شاملة لفيزياء الصف الثاني الثانوي - الفصل الدراسي الثاني

الفصل الأول: الشغل والطاقة

درس 1: الشغل

• مفهوم الشغل:     * الشغل هو حاصل ضرب القوة ($F$) في الإزاحة ($d$) في خط عمل القوة.     * شروط بذل شغل:         1. وجود قوة مؤثرة ($F$).         2. وجود إزاحة ($d$) في خط عمل القوة.     * القانون الرياضي:         * عندما تكون الإزاحة في نفس اتجاه القوة: $W = F \times d$.         * عندما تكون القوة تميل بزاوية ($\theta$) على اتجاه الإزاحة: $W = F \times d \times \text{cos}(\theta)$.     * الزاوية ($\theta$) هي الزاوية المحصورة بين اتجاه القوة واتجاه الإزاحة.     * وحدات القياس: يقاس الشغل بوحدة الجول ($J$).

• العلاقات البيانية للشغل:     * العلاقة بين الشغل ($W$) والإزاحة ($d$): علاقة طردية، حيث الميل ($\text{Slope}$) يساوي $F \times \text{cos}(\theta)$.     * العلاقة بين الشغل ($W$) والقوة ($F$): علاقة طردية، حيث الميل يساوي $d \times \text{cos}(\theta)$.     * العلاقة بين الشغل ($W$) وجيب تمام الزاوية ($\text{cos}(\theta)$): علاقة طردية، حيث الميل يساوي $F \times d$.

• حساب الشغل بيانياً:     * الشغل يساوي المساحة تحت منحنى (القوة - الإزاحة).     * مثال: إذا كانت القوة ثابتة ($F = 8\,N$) والإزاحة ($d = 5\,m$)، فإن الشغل $W = 8 \times 5 = 40\,J$.     * إذا كان التمثيل البياني على شكل مثلث: الشغل = مساحة المثلث = $\frac{1}{2} \times \text{القاعدة} \times \text{الارتفاع}$.

• تأثير الزاوية ($\theta$) على الشغل المبذول:     1. عندما تكون $\theta = 0$: يكون الشغل قيمة عظمى موجبة ($W = F \times d$).     2. عندما تكون $0 < \theta < 90$: يكون الشغل قيمة موجبة.     3. عندما تكون $\theta = 90$: الشغل يساوي صفر (مثل القوة المركزية أو الحركة في مسار دائري أو حمل ثقل والسير به أفقياً).     4. عندما تكون $90 < \theta < 180$: يكون الشغل قيمة سالبة.     5. عندما تكون $\theta = 180$: يكون الشغل قيمة عظمى سالبة (مثل قوة الاحتكاك).

• حالات خاصة:     * رفع جسم للأعلى: القوة تساوي الوزن ($F = m \times g$).     * تحريك جسم بعجلة: القوة تساوي الكتلة في العجلة ($F = m \times a$).     * في حالة وجود احتكاك: القوة المحصلة ($F_{\text{res}} = F_{\text{applied}} - F_{\text{friction}}$).     * في حالة الحركة المنتظمة (سرعة ثابتة) مع وجود احتكاك: القوة المؤثرة تساوي قوة الاحتكاك.

درس 2: طاقة الحركة ($KE$)

• المفهوم: هي الطاقة التي يمتلكها الجسم نتيجة حركته.

• القانون:     * $KE = \frac{1}{2} m \times v^2$     * حيث $m$ هي الكتلة، و$v$ هي السرعة.

• وحدة القياس: الجول ($J$).

• العلاقات البيانية:     * العلاقة بين ($KE$) والكتلة ($m$): طردية، الميل = $\frac{1}{2} v^2$.     * العلاقة بين ($KE$) ومربع السرعة ($v^2$): طردية، الميل = $\frac{1}{2} m$.     * لاحظ: عند زيادة السرعة للضعف، تزداد طاقة الحركة إلى $4$ أمثالها.

• ملاحظات هامة:     1. بذل شغل لتحريك جسم يحوله إلى طاقة حركة: $W = \Delta KE$.     2. المسافة التي تقطعها سيارة حتى تتوقف: $F \times d = \frac{1}{2} m v^2$. بالتالي، المسافة ($d$) تتناسب طردياً مع ($v^2$). إذا زادت السرعة للضعف، تزداد مسافة التوقف إلى $4$ أمثالها (مثال: من $5\,m$ إلى $20\,m$).     3. المقارنة بين جسمين:         * النسبة بين طاقتين: $\frac{KE_1}{KE_2} = \frac{m_1 \times v_1^2}{m_2 \times v_2^2}$.         * النسبة بين كتلتين: $\frac{m_1}{m_2} = \frac{KE_1}{KE_2} \times \frac{v_2^2}{v_1^2}$.         * النسبة بين سرعتين: $\frac{v_1}{v_2} = \sqrt{\frac{KE_1 \times m_2}{KE_2 \times m_1}}$.

درس 3: طاقة الوضع ($PE$)

• المفهوم: هي الطاقة المختزنة داخل الجسم نتيجة تغيير موقعه.
• أنواع طاقة الوضع:     1. طاقة وضع مرنة: مثل استطالة أو ضغط زنبرك (أستك).     2. طاقة وضع تثاقلية: عند رفع جسم عن سطح الأرض.
• القانون:     * $PE = m \times g \times h$     * حيث $h$ هو الارتفاع عن سطح الأرض، و$m \times g$ هو الوزن.     * الشغل المبدول لرفع جسم يساوي طاقة وضعه ($W = PE$).
• العلاقات البيانية:     * العلاقة بين ($PE$) والارتفاع ($h$): طردية، الميل = $m \times g$.     * العلاقة بين ($PE$) والكتلة ($m$): طردية، الميل = $g \times h$.
• ملاحظة في رفع الصناديق: الشغل المبذول لرفع صندوق رأسياً لمسافة ($1\,m$) يساوي الشغل المبذول لسحبه على مستوى مائل ليصل لنفس الارتفاع الرأسي ($1\,m$)، بافتراض إهمال الاحتكاك.
• المقارنة بين جسمين:     * $\frac{PE_1}{PE_2} = \frac{m_1 \times h_1}{m_2 \times h_2}$.

درس 4: قانون بقاء الطاقة الميكانيكية

• الطاقة الميكانيكية ($E$): هي مجموع طاقتي الوضع والحركة عند أي نقطة.     * $E = PE + KE$
• القانون: الطاقة الميكانيكية للجسم مقدار ثابت لا يتغير عند أي نقطة في مسار حركته.
• التحولات:     * عند قذف جسم لأعلى: تزداد طاقة الوضع، تقل طاقة الحركة، وتظل الطاقة الميكانيكية ثابتة.     * عند سقوط جسم لأسفل: تقل طاقة الوضع، تزداد طاقة الحركة، وتظل الطاقة الميكانيكية ثابتة.
• أمثلة على تحولات الطاقة:     1. الماء خلف السدود: طاقة وضع تتحول إلى طاقة حركة.     2. الوثب بالزانة: طاقة حركة تتحول إلى طاقة وضع.     3. عربة قطار الملاهي: تبادل بين طاقة الوضع والحركة.     4. قذف السهم من القوس: طاقة وضع مرنة تتحول إلى طاقة حركة.     5. البندول المهتز:         * عند موضع الاتزان: $KE$ أكبر ما يمكن، $PE = 0$.         * عند أقصى إزاحة: $PE$ أكبر ما يمكن، $KE = 0$.
• حساب السرعة أو الارتفاع بدون كتلة:     * من قانون $m \times g \times h = \frac{1}{2} m v^2$.     * السرعة: $v = \sqrt{2 \times g \times h}$.     * الارتفاع: $h = \frac{v^2}{2 \times g}$.

الفصل الثاني: الحركة الاهتزازية والموجية

درس 1: الحركة الاهتزازية

• تعريف: هي حركة يحدثها الجسم المهتز على جانبي موضع اتزانه (سكونه).
• أمثلة: البندول، الوتر المشدود، الشوكة الرنانة، الثقل المعلق في ملف زنبركي.
• مفاهيم مرتبطة:     1. إزاحة الجسم: هي بعد الجسم في أي لحظة عن موضع اتزانه.     2. سعة الاهتزازة ($A$): هي أقصى إزاحة يصل إليها الجسم المهتز بعيداً عن موضع اتزانه. (تقاس بالمتر).     3. الاهتزازة الكاملة: هي الحركة التي يمر فيها الجسم بنقطة واحدة مرتين متتاليتين في نفس الاتجاه. تتضمن $4$ سعة اهتزازة.     4. الزمن الدوري ($T$): هو الزمن اللازم لعمل اهتزازة كاملة.         * $T = \frac{t}{N}$ (الزمن الكلي / عدد الاهتزازات).         * $T = 4 \times \text{زمن سعة الاهتزازة}$.     5. التردد ($\nu$): هو عدد الاهتزازات الكاملة خلال الثانية الواحدة.         * $\nu = \frac{N}{t}$.         * وحدة القياس: الهرتز ($Hz$) أو ($s^{-1}$).         * العلاقة بين التردد والزمن الدوري: $\nu = \frac{1}{T}$.

درس 2: الحركة الموجية

• الموجة: اضطراب ينتقل ويقوم بنقل الطاقة في اتجاه انتشارها.

• أنواع الموجات:     1. موجات ميكانيكية:         * تحتاج لوسط مادي ولاتنتشر في الفراغ.         * تنشأ عن اهتزاز جزيئات الوسط.         * أنواعها: مستعرضة (مثل الماء) وطولية (مثل الصوت).     2. موجات كهرومغناطيسية:         * تنشأ عن اهتزاز مجالين كهربي ومغناطيسي متعامدين.         * تنتشر في الأوساط المادية والفراغ بسرعة ثابتة ($c = 3 \times 10^8\,m/s$).         * جميعها موجات مستعرضة (مثل الضوء، الراديو، الأشعة تحت الحمراء، الأشعة فوق البنفسجية).

• خصائص الموجات:     * الموجة المستعرضة: تهتز فيها جزيئات الوسط عمودياً على اتجاه الانتشار، وتتكون من قمم وقيعان.     * الموجة الطولية: تهتز فيها جزيئات الوسط على نفس خط انتشار الموجة، وتتكون من تضاغطات وتخلخلات.     * الطول الموجي ($\lambda$):         1. المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين.         2. المسافة بين مركزي تضاغطين أو تخلخلين متتاليين.         3. المسافة التي تقطعها الموجة خلال زمن دوري واحد.         4. القانون العام: $\lambda = \frac{x}{N}$ (المسافة الكلية / عدد الموجات).

• سرعة انتشار الموجة ($v$):     * $v = \frac{d}{t}$.     * قانون انتشار الموجات: $v = \nu \times \lambda$.     * إذا انتقلت موجة من وسط لآخر: يظل التردد ($\nu$) ثابتاً وتتغير السرعة والطول الموجي طردياً ($\frac{v_1}{v_2} = \frac{\lambda_1}{\lambda_2}$).     * إذا انتشرت موجتان من نفس النوع في نفس الوسط: تكون السرعة ($v$) ثابتة والعلاقة بين التردد والطول الموجي عكسية ($\frac{\nu_1}{\nu_2} = \frac{\lambda_2}{\lambda_1}$).

الفصل الثالث: الضوء

درس 1: انتشار الضوء وانعكاسه وانكساره

• انتشار الضوء: ينتشر الضوء في خطوط مستقيمة، وتكون جبهة الموجة إما مستوية (مصدر بعيد)، أو كروية (مصباح)، أو أسطوانية (فتحة ضيقة).

• انعكاس الضوء:     * المفهوم: ارتداد الضوء في نفس الوسط عندما يقابل سطحاً عاكساً.     * قانونا الانعكاس:         1. زاوية السقوط = زاوية الانعكاس.         2. الشعاع الساقط والمنعكس والعمود المقام تقع جميعها في مستوى واحد عمودي على السطح العاكس.     * ملاحظة: إذا سقط الشعاع عمودياً، فإن زاوية السقوط = زاوية الانعكاس = صفر ويرتد على نفسه.

• انكسار الضوء:     * المفهوم: تغير مسار الضوء عند اجتيازه السطح الفاصل بين وسطين مختلفين في الكثافة الضوئية.     * السبب: اختلاف سرعة الضوء من وسط لآخر.     * الكثافة الضوئية: قدرة الوسط على كسر الأشعة.     * قانونا الانكسار:         1. معامل الانكسار النسبي (${}_1n_2$): ${}_1n_2 = \frac{\text{sin}(\phi)}{\text{sin}(\theta)} = \frac{v_1}{v_2} = \frac{\lambda_1}{\lambda_2} = \frac{n_2}{n_1}$.         2. الشعاع الساقط والمنكسر والعمود المقام تقع في مستوى واحد عمودي على السطح الفاصل.     * قانون سنل: $n_1 \text{sin}(\phi) = n_2 \text{sin}(\theta)$.     * معامل الانكسار المطلق ($n$): هو النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ وسرعته في الوسط ($n = \frac{c}{v}$). دائماً $n > 1$ لأن سرعة الضوء في الفراغ هي الأكبر.

• مسار الشعاع عند الانكسار:     1. من وسط أقل كثافة (هواء) إلى أكبر كثافة (ماء/زجاج): ينكسر الشعاع مقترباً من العمود المقـام ($\phi > \theta$).     2. من وسط أكبر كثافة إلى أقل كثافة: ينكسر الشعاع مبتعداً عن العمود المقام ($\theta > \phi$).