Fislab
الرئيسية / التجارب / تطبيقات قانون نيوتن الثاني 2

💡 تطبيقات قانون نيوتن الثاني 2

Applications of Newton’s Second Law 2
⏱️ 30 دقيقة 📂 الميكانيكا 🎯 مستوى متوسط

🎯 نواتج التعلم

🎯 Learning Outcomes

بعد هذه التجربة ستكون قادرًا على أن:

After this experiment you will be able to:

  1. تحلّل نظامًا من ثلاثة أجسام متصلة بخيطين: جسمان على سطح وثالث معلّق.Analyse a system of three bodies connected by two strings: two bodies on a table and a third hanging one.
  2. تطبّق \(\sum F=ma\) على كل جسم ثم تجمع المعادلات لإيجاد التسارع المشترك.Apply \(\sum F=ma\) to each body then add the equations to find the common acceleration.
  3. تحسب قوتي الشد في الخيطين وتفسّر لماذا تختلفان.Calculate the two tensions in the strings and explain why they differ.

🎬 شاهد الفيديو

🎬 Watch the Video


🚂 ثلاثة أجسام متصلة

🚂 Three Connected Bodies

جسمان \(m_1\) و\(m_2\) على سطح أفقي (معامل احتكاكه \(\mu\)) يتصل \(m_1\) بـ \(m_2\) بخيط أول، ويتصل \(m_2\) بجسم معلّق \(m_3\) بخيط ثان يمر على بكرة. تتحرك الأجسام الثلاثة بتسارع واحد \(a\)، لكن قوتا الشد مختلفتان: \(T_a\) في الخيط الأول و\(T_b\) في الثاني.

Two bodies \(m_1\) and \(m_2\) are on a horizontal table (friction coefficient \(\mu\)); \(m_1\) is connected to \(m_2\) by a first string, and \(m_2\) is connected to a hanging body \(m_3\) by a second string over a pulley. The three bodies move with one acceleration \(a\) but the two tensions are different: \(T_a\) in the first string and \(T_b\) in the second.

📘 المعادلات

📘 The equations

\[m_1:\ T_a-\mu m_1g=m_1a\qquad m_2:\ T_b-T_a-\mu m_2g=m_2a\qquad m_3:\ m_3g-T_b=m_3a\]

\[a=\dfrac{m_3g-\mu(m_1+m_2)g}{m_1+m_2+m_3}\qquad T_a=m_1(a+\mu g)\qquad T_b=m_3(g-a)=(m_1+m_2)(a+\mu g)\]

💡 شرح إضافي

💡 Extra explanation

🧪 تجربة 1: ثلاثة أجسام متصلة: التسارع وقوتا الشد

🧪 Experiment 1: Three connected bodies: the acceleration and the two tensions

جسمان على سطح (\(m_1\) و\(m_2\)) متصلان بخيط، ويشدّهما ثقل معلّق \(m_3\) بخيط ثانٍ على بكرة. غيّر الكتل ومعامل الاحتكاك \(\mu\) (\(g=9.8\ \mathrm{m/s^2}\)). تظهر القوى على كل جسم، واضغط «خطوات الحل» لتطبيق القانون على كل جسم ثم جمع المعادلات. حرّك مؤشر الزمن أو اضغط «ابدأ» (لا شيء يتحرك من تلقاء نفسه).

Two bodies on a table (\(m_1\) and \(m_2\)) are connected by a string and pulled by a hanging weight \(m_3\) by a second string over a pulley. Change the masses and the friction coefficient \(\mu\) (\(g=9.8\ \mathrm{m/s^2}\)). The forces on each body appear, and press “Steps of the solution” to apply the law to each body then add the equations. Move the time slider or press “Start” (nothing moves by itself).

2
3
5
0
0
التسارع \(a\) (m/s²)Acceleration \(a\) (m/s²)—
الشد \(T_a\) (N)Tension \(T_a\) (N)—
الشد \(T_b\) (N)Tension \(T_b\) (N)—
السرعة (m/s)Velocity (m/s)—
الإزاحة (m)Displacement (m)—

🧪 تجربة 2: حاسبة: ثلاثة أجسام متصلة

🧪 Experiment 2: Calculator: three connected bodies

مسألة جديدة في كل مرة (\(g=9.8\ \mathrm{m/s^2}\)). احسب القيم الثلاث ثم اضغط «صحّح».

A new problem every time (\(g=9.8\ \mathrm{m/s^2}\)). Calculate the three values and press “Check”.

🛠️ تطبيقات عملية

🛠️ Practical applications


✍️ أمثلة محلولة

✍️ Worked Examples

❓ مثال 1Example 1

\(m_1=2\ \mathrm{kg}\) و\(m_2=3\ \mathrm{kg}\) على سطح أملس و\(m_3=5\ \mathrm{kg}\) معلّق (\(g=9.8\)). احسب \(a\) و\(T_a\) و\(T_b\).

\(m_1=2\ \mathrm{kg}\) and \(m_2=3\ \mathrm{kg}\) on a smooth table and \(m_3=5\ \mathrm{kg}\) hanging (\(g=9.8\)). Calculate \(a\), \(T_a\) and \(T_b\).

الحل
\(a=\dfrac{5\times9.8}{10}=4.9\ \mathrm{m/s^2}\)
\(T_a=m_1a=2\times4.9=9.8\ \mathrm{N}\)
\(T_b=(m_1+m_2)a=5\times4.9=24.5\ \mathrm{N}\ (=m_3(g-a)\ \checkmark)\)
✅ \(a=4.9\) ، \(T_a=9.8\ \mathrm{N}\) ، \(T_b=24.5\ \mathrm{N}\)
Solution
\(a=\dfrac{5\times9.8}{10}=4.9\ \mathrm{m/s^2}\)
\(T_a=m_1a=2\times4.9=9.8\ \mathrm{N}\)
\(T_b=(m_1+m_2)a=5\times4.9=24.5\ \mathrm{N}\ (=m_3(g-a)\ \checkmark)\)
✅ \(a=4.9\) , \(T_a=9.8\ \mathrm{N}\) , \(T_b=24.5\ \mathrm{N}\)
❓ مثال 2Example 2

للنظام نفسه مع احتكاك \(\mu=0.2\): احسب \(a\) و\(T_a\) و\(T_b\).

For the same system with a friction \(\mu=0.2\): calculate \(a\), \(T_a\) and \(T_b\).

الحل
\(a=\dfrac{49-0.2\times5\times9.8}{10}=3.92\ \mathrm{m/s^2}\)
\(T_a=2\times(3.92+1.96)=11.76\ \mathrm{N}\)
\(T_b=5\times(3.92+1.96)=29.4\ \mathrm{N}\)
✅ \(a=3.92\) ، \(T_a=11.76\ \mathrm{N}\) ، \(T_b=29.4\ \mathrm{N}\)
Solution
\(a=\dfrac{49-0.2\times5\times9.8}{10}=3.92\ \mathrm{m/s^2}\)
\(T_a=2\times(3.92+1.96)=11.76\ \mathrm{N}\)
\(T_b=5\times(3.92+1.96)=29.4\ \mathrm{N}\)
✅ \(a=3.92\) , \(T_a=11.76\ \mathrm{N}\) , \(T_b=29.4\ \mathrm{N}\)
❓ مثال 3Example 3

هل يتحرك النظام إذا كانت \(m_1=m_2=4\ \mathrm{kg}\) و\(m_3=1\ \mathrm{kg}\) و\(\mu=0.3\)؟

Does the system move if \(m_1=m_2=4\ \mathrm{kg}\), \(m_3=1\ \mathrm{kg}\) and \(\mu=0.3\)?

الحل
\(\mu(m_1+m_2)=2.4\gt m_3=1\)
✅ لا يتحرك
Solution
\(\mu(m_1+m_2)=2.4\gt m_3=1\)
✅ it does not move
❓ مثال 4Example 4

لماذا \(T_b\gt T_a\)؟

Why is \(T_b\gt T_a\)?

الحل
لأن الخيط الثاني يسحب الجسمين \(m_1+m_2\) بالتسارع نفسه، والأول يسحب \(m_1\) فقط.
✅ يسحب الخيط الثاني كتلة أكبر
Solution
Because the second string pulls the two bodies \(m_1+m_2\) with the same acceleration while the first pulls only \(m_1\).
✅ the second string pulls a greater mass
⭐ 1

قوة الشد في الخيط الذي يحمل الجسم المعلّق (\(a\gt 0\)):

The tension in the string that carries the hanging body (\(a\gt 0\)) is:

Aتساوي \(m_3g\)equal to \(m_3g\)
Bأقل من \(m_3g\)less than \(m_3g\)
Cأكبر من \(m_3g\)greater than \(m_3g\)
Dصفرzero
الحل
\(T_b=m_3(g-a)\)
✅ أقل من \(m_3g\).
Solution
\(T_b=m_3(g-a)\)
✅ less than \(m_3g\).
⭐ 2

أي الخيطين شدّه أكبر؟

Which string has the greater tension?

Aالأبعد عن البكرةthe one farther from the pulley
Bمتساويانthey are equal
Cلا يمكن تحديدهit cannot be decided
Dالذي يسحب كتلة أكبر (الأقرب إلى البكرة)the one that pulls the greater mass (nearer to the pulley)
الحل
\(T_b=(m_1+m_2)(a+\mu g)\gt T_a\)
✅ الذي يسحب كتلة أكبر.
Solution
\(T_b=(m_1+m_2)(a+\mu g)\gt T_a\)
✅ the one that pulls the greater mass.
⭐ 3

تسارع النظام على سطح أملس:

The acceleration of the system on a smooth table:

A\(\dfrac{m_3g}{m_1+m_2+m_3}\)\(\dfrac{m_3g}{m_1+m_2+m_3}\)
B\(g\)\(g\)
C\(\dfrac{m_3g}{m_1+m_2}\)\(\dfrac{m_3g}{m_1+m_2}\)
Dصفرzero
الحل
\(a=\dfrac{m_3g}{M}\)
✅ \(\dfrac{m_3g}{m_1+m_2+m_3}\).
Solution
\(a=\dfrac{m_3g}{M}\)
✅ \(\dfrac{m_3g}{m_1+m_2+m_3}\).
⭐ 4

عند جمع معادلات الأجسام الثلاثة:

When the equations of the three bodies are added:

Aتتضاعف قوتا الشدthe two tensions double
Bيُحذف الاحتكاكthe friction cancels
Cتُحذف قوتا الشدthe two tensions cancel
Dتُحذف الكتلthe masses cancel
الحل
الشدّان زوجا فعل ورد فعل داخليان.
✅ تُحذف قوتا الشد.
Solution
The tensions are internal action–reaction pairs.
✅ the two tensions cancel.

📚 ملخص

📚 Summary

الكميةQuantityالقانونLaw
التسارعAcceleration\(a=\dfrac{m_3g-\mu(m_1+m_2)g}{m_1+m_2+m_3}\)\(a=\dfrac{m_3g-\mu(m_1+m_2)g}{m_1+m_2+m_3}\)
\(T_a\)\(T_a\)\(m_1(a+\mu g)\)\(m_1(a+\mu g)\)
\(T_b\)\(T_b\)\(m_3(g-a)\)\(m_3(g-a)\)

⚠️ أخطاء شائعة

⚠️ Common mistakes