الفرض الثاني للثلاثي الأول في الفيزياء للسنة الثالثة ثانوي 2024

يعتبر الفرض الثاني للثلاثي الأول في مادة الفيزياء للسنة الثالثة ثانوي، محطةً مهمة لتقييم مستوى التلاميذ، وتحضيرهم للامتحانات النهائية. يركز هذا الفرض على تطبيق المفاهيم الفيزيائية المتعلقة بالميكانيك، الديناميك والطاقة، يهدف إلى تطوير مهارات التحليل والتفكير العلمي. يُعد هذا الفرض فرصة لتلاميذ السنة الثالثة ثانوي لفهم نقاط القوة، والضعف لديهم استعدادًا لشهادة البكالوريا 2025.

ملاحظة: يوجد الفرض مح الحل بصيغة الـ PDF في نهاية المقال 

اهتم العالم الإيطالي غاليلي بدراسة حركة سقوط أجسام مختلفة، وقد تمت هذه الدراسات بتحرير أجسام من ارتفاعات مختلفة. 

يهدف هذا التمرين إلى دراسة السقوط الحر لكرة على سطح القمر، والسقوط الشاقولي الحقيقي لها على سطح الأرض.

I ـ تم تصوير شريط فيديو لحركة السقوط الشاقولي الحر لكرة على سطح القمر

وعند تحليل الشريط حصلنا على مخطط سرعة الكرة v = f (t)، الشكل (1) بحيث ننسب حركتها لمرجع مرتبط بسطح القمر، ونعتبره غاليليا ومرتبط بمحور شاقولي (Z’Z) موجه نحو سطح القمر.

1 ـ في أية جهة قذفت الكرة؟ علل.

2 ـ بتطبيق القانون الثاني لنيوتن في المرجع السابق، عبر عن تسارع الكرة بدلالة تسارع الثقالة بجوار سطح القمر.

3 ـ اكتب المعادلة الزمنية للسرعة v = f (t)

4 ـ احسب قيمة g_L وقارنها مع شدة تسارع الثقالة على سطح الأرض g

5 ـ قذفت الكرة من المبدأ O للمحور الذي يبعد عن سطح القمر بالمسافة z₀ = 0,5 m عند اللحظة t = 0.

أ ـ جد المعادلة الزمنية للحركة z = f(t) منسوبة للمحور (Z’Z).

ب ـ جد بطريقتين مختلفتين المسافة الكلية التي قطعتها الكرة، من لحظة قذفها حتى لحظة وصولها لسطح القمر.

II ـ الكرة السابقة عبارة عن كرة مطاطية مملوءة بغاز ثنائي أكسيد الكربون كتلتها m ونصف قطرها r = 10cm، بإهمال كتلة المطاط أمام كتلة الغاز.

نترك هذه الكرة تسقط بدون سرعة ابتدائية شاقوليا من ارتفاع h عن سطح الأرض، تخضع الكرة أثناء سقوطها لتأثير الهواء الذي ننمذجه في قوة احتكاك مائع شدتها f = kv² وشعاعها معاكس لشعاع السرعة، ودافعة أرخميدس F_A = m₀g، حيث m₀ هي كتلة الهواء المنزاح من طرف الكرة..

ننسب حركة الكرة لمرجع سطحي أرضي نعتبره غاليليا مرتبط بمحور شاقولي موجه نحو الأسفل (Z’Z).

1 ـ تكتسب الكرة بعد مدة زمنية سرعة حدية v_L :

ـ بتطبيق القانون الثاني لنيوتن بين أن المعادلة التفاضلية تكتب من الشكل:

$$\frac{dv}{dt}+\frac{k}{m}{v}^2=\frac{k}{m}{v}_L^2$$

2 ـ بواسطة تجهيز خاص وبرنامج معلوماتي تمكن من تحديد سرعة الكرة في لحظات مختلفة، وقيمة مشتق السرعة بالنسبة للزمن في تلك اللحظات، ثم مثلنا بيانيا a = f(v_L²- v²)، حيث a هو التسارع اللحظي للكرة.

أ ـ احسب كتلة الكرة.

ب ـ اعتمادا على بيان الشكل (2):

ـ احسب ثابت الاحتكاك k .

ـ احسب التسارع الابتدائي للكرة، ثم استنتج الكتلة الحجمية للهواء ρ_air في شروط التجربة، واحسب السرعة الحدية للكرة.

المعطيات: حجم الكرة:

$$V=\frac{4}{3}\pi r^3$$

 تسارع الثقالة على سطح الأرض g = 10 m/s²

في شروط التجربة: الكتلة الحجمية للغاز:

$${\rho }_{C{O}_2}=1.87{\text{kg/m}}^3$$

الفرض مع الحل بصيغة الـ PDF