فيزياء الصف الثاني بكالوريا (الباب الأول: ميكانيكا)

فيزياء الصف الثاني بكالوريا (الباب الأول: ميكانيكا)

درس: عزم القوة

1. تعريف عزم القوة

• المفهوم الأساسي: هو تأثير دوراني لقوة حول محور دوران (محور ارتكاز).

2. قانون عزم القوة

• الصيغة اللفظية: عزم القوة = القوة × البعد العمودي.
• الصيغة الرياضية: [ M = F × d = F × L × sin(ثيتا) ]

3. الخصائص والاتجاهات ووحدات القياس

• كمية متجهة: عزم القوة هو كمية متجهة يتحدد اتجاهه كالتالي:
  • إذا كان اتجاه الدوران عكس عقارب الساعة: يأخذ إشارة موجبة (+).
  • إذا كان اتجاه الدوران مع عقارب الساعة: يأخذ إشارة سالبة (-).
• وحدة القياس: يقاس بوحدة (نيوتن · متر) أو (N · m).

💡 ملاحظة هامة: على الرغم من أن وحدة (N · m) تكافئ الجول، إلا أنه لا يُستخدم مصطلح (الجول) عند التعامل مع عزم القوة.

4. العوامل المؤثرة على مقدار عزم القوة

تتحدد قيمة عزم القوة بناءً على ثلاثة عوامل رئيسية:

1. مقدار القوة (F).
2. البعد أو طول الذراع (L أو d).
3. جيب الزاوية المحصورة بين القوة والذراع [sin(ثيتا)].

5. حالات خاصة لعزم القوة (متى ينعدم ومتى يكون أقصى ما يمكن؟)

• أكبر ما يمكن (M max): يحدث ذلك عند ثبوت القوة والذراع عندما يكون [sin(ثيتا max) = 1]، أي عندما تكون الزاوية [ثيتا = 90 درجة].
• انعدام العزم (Zero):
  • ينعدم العزم إذا كان [sin(ثيتا) = 0] أي عندما تكون الزاوية [ثيتا = 0 درجة] أو [ثيتا = 180 درجة].
  • ينعدم العزم (M) تماماً إذا انعدم طول ذراع القوة أو وقعت نقطة تأثير القوة على نقطة الارتكاز نفسها.

6. مثال تطبيقي ومسألة محلولة

• نص المثال: تؤثر قوة مقدارها (25 N) عند طرف ذراع طوله (0.40 m)، وتصنع القوة زاوية (90 درجة) مع الذراع. فما مقدار عزم القوة حول محور دورانها؟
• المعطيات:
  • مقدار القوة: [F = 25 N]
  • طول الذراع: [L = 0.40 m]
  • الزاوية: [ثيتا = 90 درجة] إذن [sin(ثيتا) = 1]
• خطوات الحل:
  • نكتب القانون الأساسي للعزم: [إذن: M = F × L × sin(ثيتا)]
  • نعوض بالقيم المعطاة: [M = 25 × 0.40 × 1 = 10 N · m]