الرئيسية / التجارب / حركة جسم على مستوى مائل أملس والطاقة الميكانيكية
💡 حركة جسم على مستوى مائل أملس والطاقة الميكانيكية
Motion of a Body on a Smooth Inclined Plane and Mechanical Energy
⏱️ 30 دقيقة📂 الميكانيكا🎯 مستوى متوسط
للتواصل: 00971504825082
🎯 نواتج التعلم
🎯 Learning Outcomes
بعد هذه التجربة ستكون قادرًا على أن:
After this experiment you will be able to:
تحلّل وزن جسم على مستوى مائل إلى مركّبتين: \(mg\sin\theta\) موازية للمستوى و\(mg\cos\theta\) عمودية عليه.Resolve the weight of a body on an inclined plane into two components: \(mg\sin\theta\) parallel to the plane and \(mg\cos\theta\) perpendicular to it.
تحسب تسارع جسم ينزلق على مستوى أملس \(a=g\sin\theta\) وسرعته وزمنه.Calculate the acceleration of a body sliding on a smooth plane \(a=g\sin\theta\), its velocity and its time.
تبيّن أن الطاقة الميكانيكية \(M_E=K_E+P_E\) تبقى ثابتة وأن \(P_E\) تتحول إلى \(K_E\).Show that the mechanical energy \(M_E=K_E+P_E\) stays constant and that \(P_E\) changes into \(K_E\).
🎬 شاهد الفيديو
🎬 Watch the Video
📐 المستوى المائل الأملس
📐 The Smooth Inclined Plane
جسم كتلته \(m\) على مستوى مائل أملس يميل بزاوية \(\theta\) عن الأفق. تؤثر فيه قوتان فقط: وزنه \(F_g=mg\) إلى أسفل، والقوة العمودية \(N\) من المستوى. نحلّل الوزن إلى مركّبتين: موازية للمستوى \(F_{gx}=mg\sin\theta\) (تسبب الانزلاق)، وعمودية عليه \(F_{gy}=mg\cos\theta\) (توازنها \(N\)). فيكون \(N=mg\cos\theta\).
A body of mass \(m\) is on a smooth inclined plane inclined at an angle \(\theta\) to the horizontal. Only two forces act on it: its weight \(F_g=mg\) downward and the normal force \(N\) from the plane. We resolve the weight into two components: parallel to the plane \(F_{gx}=mg\sin\theta\) (it causes the sliding) and perpendicular to it \(F_{gy}=mg\cos\theta\) (balanced by \(N\)). So \(N=mg\cos\theta\).
💡 Extra explanation: conservation of mechanical energy
على المستوى الأملس القوة العمودية \(N\) لا تبذل شغلًا (عمودية على الحركة)، والوزن قوة محافظة، لذلك \(M_E\) ثابتة.On the smooth plane the normal force \(N\) does no work (it is perpendicular to the motion) and the weight is a conservative force, so \(M_E\) is constant.
عند البداية (من السكون) \(K_E=0\) و\(M_E=P_E=mgh\)، وعند القاع \(P_E=0\) و\(K_E=mgh\) فتكون \(v=\sqrt{2gh}\) لا تعتمد على الزاوية ولا على الكتلة.At the start (from rest) \(K_E=0\) and \(M_E=P_E=mgh\), and at the bottom \(P_E=0\) and \(K_E=mgh\) so \(v=\sqrt{2gh}\) does not depend on the angle or the mass.
الزاوية الأكبر تعطي تسارعًا أكبر وزمنًا أقل، لكن السرعة عند القاع واحدة للارتفاع نفسه.A greater angle gives a greater acceleration and a shorter time, but the speed at the bottom is the same for the same height.
نستعمل \(g=9.8\ \mathrm{m/s^2}\) كما في المحاكاة الأصلية.We use \(g=9.8\ \mathrm{m/s^2}\) as in the original simulation.
🧪 تجربة 1: اترك الجسم ينزلق وراقب القوى والطاقة
🧪 Experiment 1: Let the body slide and watch the forces and the energy
اختر الزاوية \(\theta\) والكتلة \(m\) وطول المستوى \(L\) (يبدأ الجسم من السكون عند القمة، \(g=9.8\ \mathrm{m/s^2}\)). تظهر مركّبتا الوزن والقوة العمودية، ويتحول عمود \(P_E\) إلى \(K_E\) بينما \(M_E\) ثابتة. اضغط «اترك الجسم» أو حرّك مؤشر الزمن (لا شيء يتحرك من تلقاء نفسه).
Choose the angle \(\theta\), the mass \(m\) and the length of the plane \(L\) (the body starts from rest at the top, \(g=9.8\ \mathrm{m/s^2}\)). The two components of the weight and the normal force appear, and the \(P_E\) bar changes into \(K_E\) while \(M_E\) stays constant. Press “Release the body” or move the time slider (nothing moves by itself).
With the values of the original simulation: the weight of the body \(8.5\ \mathrm{N}\), the angle \(18.12^\circ\) and \(g=9.8\). Calculate the two components of the weight and the acceleration.
للمثال السابق ارتفاع نقطة البداية \(5.64\ \mathrm{m}\) (\(m\approx0.867\ \mathrm{kg}\)). احسب \(P_E\) و\(M_E\) والسرعة عند القاع.
For the previous example the starting height is \(5.64\ \mathrm{m}\) (\(m\approx0.867\ \mathrm{kg}\)). Calculate \(P_E\), \(M_E\) and the speed at the bottom.
جسم \(2\ \mathrm{kg}\) ينزلق من السكون مسافة \(10\ \mathrm{m}\) على مستوى أملس زاويته \(30^\circ\). أوجد التسارع والسرعة النهائية والزمن.
A \(2\ \mathrm{kg}\) body slides from rest a distance of \(10\ \mathrm{m}\) on a smooth plane of angle \(30^\circ\). Find the acceleration, the final velocity and the time.
جسمان ينزلقان من ارتفاع \(5\ \mathrm{m}\) على مستويين أملسين زاويتاهما \(30^\circ\) و\(60^\circ\). قارن سرعتيهما عند القاع.
Two bodies slide from a height of \(5\ \mathrm{m}\) down two smooth planes of angles \(30^\circ\) and \(60^\circ\). Compare their speeds at the bottom.