ترسم مخطط الجسم الحر لكل جسم في نظام جسمين متصلين بخيط يمر على بكرة.Draw the free-body diagram of each body of a system of two bodies connected by a string over a pulley.
تطبّق قانون نيوتن الثاني على كل جسم وتجمع المعادلتين لإيجاد التسارع \(a=\dfrac{m_1g-\mu m_2g}{m_1+m_2}\).Apply Newton’s second law to each body and add the two equations to find the acceleration \(a=\dfrac{m_1g-\mu m_2g}{m_1+m_2}\).
تحسب قوة الشد وتحدد متى يتحرك النظام.Calculate the tension and decide when the system moves.
🎬 شاهد الفيديو
🎬 Watch the Video
🪢 جسم على سطح خشن وثقل معلّق
🪢 A Body on a Rough Table and a Hanging Weight
جسم كتلته \(m_2\) على سطح أفقي خشن (معامل الاحتكاك الحركي \(\mu\)) يتصل بخيط يمر على بكرة بجسم معلّق كتلته \(m_1\). يتحركان بالتسارع نفسه \(a\) وقوة الشد \(T\) واحدة على الجسمين. نحلّل: على \(m_1\): الوزن \(m_1g\) إلى أسفل والشد \(T\) إلى أعلى. على \(m_2\): الشد إلى الأمام، والاحتكاك \(F_k=\mu m_2g\) إلى الخلف، والوزن والعمودية متوازنان.
A body of mass \(m_2\) is on a rough horizontal table (kinetic friction coefficient \(\mu\)) and is connected by a string over a pulley to a hanging body of mass \(m_1\). They move with the same acceleration \(a\) and the same tension \(T\) acts on both. We analyse: on \(m_1\): the weight \(m_1g\) downward and the tension \(T\) upward. On \(m_2\): the tension forward, the friction \(F_k=\mu m_2g\) backward, and the weight and the normal force balance.
يتحرك النظام فقط إذا كان \(m_1g\gt \mu m_2g\) أي \(m_1\gt \mu m_2\)؛ وإلا بقي ساكنًا والاحتكاك السكوني يوازن \(m_1g\).The system moves only if \(m_1g\gt \mu m_2g\), i.e. \(m_1\gt \mu m_2\); otherwise it stays at rest and the static friction balances \(m_1g\).
الشد أقل من وزن المعلّق \(T\lt m_1g\) (لأنه يتسارع)، وأكبر من الاحتكاك \(T\gt \mu m_2g\).The tension is less than the weight of the hanging body \(T\lt m_1g\) (because it accelerates) and greater than the friction \(T\gt \mu m_2g\).
نستعمل \(g=9.81\ \mathrm{m/s^2}\) كما في المحاكاة الأصلية، ونفترض معامل الاحتكاك السكوني مساويًا للحركي، ونهمل كتلة البكرة والخيط.We use \(g=9.81\ \mathrm{m/s^2}\) as in the original simulation, assume that the static friction coefficient equals the kinetic one and neglect the masses of the pulley and the string.
🧪 تجربة 1: طبّق قانون نيوتن الثاني على الجسمين
🧪 Experiment 1: Apply Newton’s second law to the two bodies
جسم \(m_2\) على سطح خشن يشدّه ثقل معلّق \(m_1\) بخيط على بكرة. غيّر \(m_1\) و\(m_2\) و\(\mu\) (\(g=9.81\ \mathrm{m/s^2}\)). تظهر القوى على كل جسم. اضغط «طبّق قانون نيوتن» لإظهار خطوات الحل وزر «إظهار التسارع» للنتيجة، ثم حرّك مؤشر الزمن أو اضغط «ابدأ» (لا شيء يتحرك من تلقاء نفسه).
A body \(m_2\) on a rough table is pulled by a hanging weight \(m_1\) by a string over a pulley. Change \(m_1\), \(m_2\) and \(\mu\) (\(g=9.81\ \mathrm{m/s^2}\)). The forces on each body appear. Press “Apply Newton’s law” to show the steps of the solution and “Show the acceleration” for the result, then move the time slider or press “Start” (nothing moves by itself).
2.5
1.5
0.45
0
التسارع \(a\) (m/s²)Acceleration \(a\) (m/s²)—
قوة الشد \(T\) (N)Tension \(T\) (N)—
الاحتكاك (N)Friction (N)—
السرعة (m/s)Velocity (m/s)—
الإزاحة (m)Displacement (m)—
🧪 تجربة 2: حاسبة: جسم على سطح خشن وثقل معلّق
🧪 Experiment 2: Calculator: a body on a rough table and a hanging weight
مسألة جديدة في كل مرة (\(g=9.81\ \mathrm{m/s^2}\)، النظام يتحرك). احسب القيم الثلاث ثم اضغط «صحّح».
A new problem every time (\(g=9.81\ \mathrm{m/s^2}\), the system moves). Calculate the three values and press “Check”.
🛠️ تطبيقات عملية
🛠️ Practical applications
الرافعات والأوناش: ثقل يسحب عربة على قضبان.Cranes and winches: a weight pulls a cart along rails.
تجارب المختبر: عربة وثقل معلّق لقياس \(a\).Lab experiments: a cart and a hanging weight to measure \(a\).
تصميم المصاعد: تحديد الشد في الكابلات.Designing lifts: finding the tension in the cables.
With the values of the original simulation: \(m_1=2.5\ \mathrm{kg}\), \(m_2=1.5\ \mathrm{kg}\) and \(\mu=0.45\) (\(g=9.81\)). Calculate the acceleration and the tension.