Physics Laws for High School

بسم الله الرحمن الرحيم

استنتاج القوانين االساسية في الفيزياء للمرحلة الثانوية العامة

Conclusion of fundamental laws in physics for High school

اعداد أحمد حيدر أحمد

كلية العلوم قسم الفيزياء[email protected]

اهداء

الي روح عمري وحياتي الي روح صديق العمر

أحمد رضاورفيق الحياة ........

اسأل الله أن يجمعنا بك في جنة الخلد ....

أحمد حيدر

مقدمةاصبح العالم اليوم في تقدم وتطور في كافة المجاالِت العلمية ولم يأِت� هذا التقدم عبثا وإنما

جاء نتيجة مجهوداِت علماء عظام أمضوا حياتهم عاكفين علي االبحاث العلمية بعد أن فهموا طبيعة االشياء

وكيفية عملها وقوانين الطبيعة التي تتحكم في الكون وهو ما تهتم به الفيزياء إنها الكلمة البسيطة التي تحمل في

معناها الكثير والكثير وباختصار تعرف الفيزياء بأنها علم تجريبي يعتمد على التجربة والمشاهدة العملية

كما أنها علم منطقي يعتمد علي المنطق العقلي لفهم االشياء . وتعتبر الرياضياِت هي لغة الفيزيائيين.

إن تطور حياة االنسان لهو أكبر دليل على تقدم الفيزياء حيث هي أصل العلوم الكونية الطبيعية وقد أصبحت

الحياة اليوم أكثر تعقيدا مما سبق وأصبحت الفيزياء تحيط بنا في كل مكان حتى في تعامالتنا اليومية التي

أصبحت التكنولوجيا عنصرا هاما فيها فكل هذه التكنولوجيا التي تحيط بنا هي في أصلها فيزيائية الفكرة

والعمل والتصنيع ولما كانت أهمية الفيزياء للبشرية جمعاء في كافة المجاالِت الطب والهندسة والتكنولوجيا

.....الخ كان تبسيط قوانينها للمرحلة الثانوية أمر ضروري لفهم بعض مبادئها لتكون ركيزة اساسية في

المراحل القادمة لذلك رتبت االستنتاجاِت المقررة حسب الترتيب وألحقت في أخرها فصل االلكترونياِت وكشفت

ما به من غموض يراها بعض الطالب وأسال الله أن يوفقنا لما يحبه ويرضاه

أحمد حيدر أحمد – كلية العلوم – قسم الفيزياء

الباب األول

الموجية الفصل األول• الحركة

الصـــــــــــوت الفصل الثانى•

الضـــــــــــوء الفصل الثالث•

V = \T

But = 1\T

Then v =

الموجات الفصل األولسرعة

الموجى الطول بين تربط التى وعدد λالعالقةالوتر nالقطاعات هي Lوطول

λ = 2L/n هي الموجات انتشار سرعة أن وحيث

V = FT /m ، FTحيث بالنيوتن الشد قوة الكثافة ) mهي األطوال وحدة كتلة

وحدتها ( kg/mلطوليةهو التردد وحيث

υ = v/λعن v , λبالتعويض

υ = FT /mيكون

يكون األساسية نغمته الوتر يصدر عندما وهكذا n = 1الحظ

n

2L

الفصل الثاني

االنحراف في المنشور الثالثي الساقط الشعاع على abبتتبع سقط أنه نجد

كما xzوالوجه xyالوجه مرتين وانكسرالمسار متخذا abcdبالشكل

الحادة الزاوية هي االنحراف زاويةالساقط الشعاع امتدادي بين المحصورة

الخارج ) (والشعاع ومن هندسة الشكل

الوجه 1φحيث: على السقوط زاوية هىاالول

φ2 الثاني الوجه علي السقوط زاوية هيθ 1 االول الوجه عند االنكسار زاوية هى

2 θ الخروج زاوية هىA المنشور رأس زاوية هي

= ) φ1 – θ1( + ) θ2 – φ2(

= )φ1 + θ2( – )θ1 + φ2(

θ φ2 θ2φ1

A

x

yz

ea d

b c

*

الفصل الثالث

الرباعي الشكل زوايا مجموع أن الزاويتين 2هو bxceوحيث وb,c الزاوية فإن )e = )180 – Aقائمتان

المثلث هو bceوفى الزوايا فيكون :-مجموعθ1 + φ2 = 180 - )180 - A( = A

المعادلة )**( )*( فى المعادلة من وبالتعويض

)***(

حالة خاصة

معين وضع الى االنحراف زاوية تصل حتى السقوط زاوية بزيادة تدريجيا االنحراف زاوية تناقص معيعرف

يلي كما االنكسار معامل على الحصول يمكن الوضع هذا وفي لالنحراف الصغرى بالنهايةيكون الوضع هذا فى

φ1 = θ2 = φo

θ1= φ2 = θo

**

= φ1 + θ2 – A

φo

o

)***( يلى )**( كما و المعادلتين فتصبحA = 2θo

ومنها O = 2φO -Aومنها

nولكن عن يكون :-φ,θوبالتعويض لالنحراف الصغرى النهاية وضع في

θo = A/2

φO= O +A

2

=sinφ

sinθ

n= sin[

o + A2

]

Sin [A/2] $

صغيرة المنشور الرقيق رأسه زاوية الزجاج من ثالثي منشور هوالصغرى النهاية وضع في دائما ويكون درجات عشرة تتجاوز الالعالقة )$( من يحسب انكساره معامل فان وبالتالي لالنحراف

إن فإن A/2وكذلك [ o + A]وحيث صغيرة زواياكل جيب

الزاوية نفس يساوي منهماانكسار )$( معامل فيصبح العالقة في وبالتعويض

المنشوركاآلتى الرقيق

2

n =

o = A )n - 1(

o + A

A

قاعدةتكون زاوية θعندما

صغيرة وظل جيب فإن

الصغيرة الزاوية هذهنفسها يساوي

Sin = , tan =

المعروفة الطيف الوان الي يتفرق ثالثي منشور علي ضوء سقوط عندلاللوان الموجية والطوال االنكسار معامالت الختالف ذلك ويرجع

كاآلتى االزرق واللون االحمر اللون من لكل االنحراف زاوية وبأخذ(o)r = A)nr – 1((o)b = A)nb – 1(

يكون وبالطرح(o)b – )o(r = A)nb – nr(

يعرف االيسر واألزرق باالنفراج الزاويالطرف االحمر الشعاعين بين ) واألزرق ) األحمر اللونين من كل يتوسط الذي االصفر اللون إما

هي انحرافه زاوية )y = A)ny – 1(o)تكونأن :- نجد وبالقسمة

قوة التفريق اللونيزاوية على تتوقف ال

المنشور رأس

الحظ nr المنشور مادة انكسار معامل

االحمر للون

nb المنشور مادة انكسر معاملاالزرق للون

ny مادة انكسار معامل هواالصفر للون المنشور

(o)b - )o(r

o= nb - nr

ny - 1 =

الباب الثاني

الفصل الرابع •الموائع ) ( استاتيكا الساكنة الموائع خواص

الفصل الخامس•

الموائع ) ( ديناميكا المتحركة الموائع خواص

حقائق هامة = m / Vol.

P = F / A

لالنضغاط قابل غير قاعدة ) incompressibleالسائلباسكال (

لالنضغاط قابلة compressible الغازات

االواني ) االرتفاع متساوية النقط عند متساوي الضغطالمستطرقة(الكتلة = الجاذبية xالوزن الثاني ) ( عجلة نيوتن قانون

ضغط عمود من السائلFrom Newton 2nd law

Fg = m . g

m = V , V= A h

Fg = Ah g

but P = F / A

P = Ah g /A

P = g h N/m

If there is air pressure

P = Pa + g h

2

h

A

االنبوبة ذات

الشعبتين

Pa + o g ho = Pa + w g hw

o /w = hw / ho

o الزيت الماء w , كثافة كثافة

المكبس الهيدروليكي

P = f / a = F/A

F = (y1/y2) f

( اآللية F / f = A / a = (الفائدة

ماء

زيتab hwho

النقطة عند عند = aالضغط الضغطbالنقطة

علماء ألبرِت اينشتاين•

أحد أعظم الفيزيائيين على مر العصور حصل على جائزة نوبل ألبحاثه في التأثير الكهروضوئي كما 1921في الفيزياء عام

له من المنجزاِت العلمية مثل نظرية النسبية و له معادلة شهيرة التي جمع بها قانوني بقاء الكتلة والطاقة وهي أساس

التفاعالِت النووية وقد وضع مخه بعد وفاته في متحف في لندن

ماكس بالنك•صاحب نظرية الكم التي ادِت الى انهيار الفيزياء الكالسيكية

وفسرِت الظواهر على المستوى الذري وهو ما أدى الى فهم 1918الطبيعة الذرية حصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام

أحمد زويل•أحد أعظم الكيميائيين المعاصرين حصل على جائزة نوبل في

لتصويره مراحل تكوين الجزئ بكاميرا 1999الكيمياء عام الليزر فائقة السرعة وكما توصل الي اختراع ميكروسكوب

رباعي االبعاد

Archimedes principle

علي السائل من حجم نتخيلمتوازي شكل

حجمه بالشكل Vمستطيالت كمالماذا = ...... صفر االفقية المركبة

؟!الرأسية :- المركبة

Fg = g V Downwards

Fb = P . A Upwards

P = g ) h1 – h2 (

Fb = Ah gFb = V g = Fg

h1

h1 – h2

h2

التخيلي الحجم استبدلنا إذاصلبة مادة من حقيقي بحجم

sكثافتها

تكون المحصلة القوةFt = Fb - )Fg(s

= g V - S g V

Ft = ) - S( g V

h

h الجسم المغمور

Fb = L g Vs

وزن الجسم=الجسم الطافي قوة الدفع

Fb = L g V (V المغمور الجزء حجم هي (هنا

السائل L كثافة

ديناميكا الموائعالحجمي االنسياب Q V = A1 v1 معدلالكتلي االنسياب Qm = QV معدل

i.e. Qm = A1 v1

A1v1 = A2v2

A1v1 = A2v2

االستمرارية معادلة وهي

في الحرارة درجة مع عكسيا يتناسب اللزوجة معاملالسوائل

الغازات في الحرارة درجة مع طرديا و

VS = F d / A v kg /ms

الباب الثالث

الغازات الفصل السادس • قوانينالحركة الفصل السابع • نظرية

للغازات التبريد الفصل الثامن• على) فيزياء يحتوي ال

استنتاجات(

قوانين الغاز المثالي

بويل . PV = constقانون

شارل . V / T = constقانون

جولي . P/T = constقانون

العام القانون استنتاج يمكن السابقة القوانين منللغازات :-

P V / T = const.

at T const.

at V const.

at P const.

T k = t c° + 273

نظرية الحركة للغازات

كتلته الغاز من جزئ داخل mبفرضبالشكل كما صندوق

اتجاه في السرعة مركبة xبأخذ

P = F / A , A = L

PL = F . tفي فقد هناك ليس أي المرن التصادم

أو الطاقةوقانون ) الطاقة بقاء قانون الحركة كمية في

) الحركة كمية بقاءنفسها السرعة تكون التصادم بعد ولذلك

ولكن

المضاد االتجاه vx-في

PL = -m vx – )m vx( = -2m vx

تكون المنتقلة الحركة كمية في التغيركمية عكس

PL = 2m vx الحركة

m

vx

L

Lx

y

z

(1)

(2)

2

From equation (2)F = 2m vx / t

F . t = 2m vx

But I )الدفع( = F t so I Imp = 2m vx

But t is unknown so t = t av ) الزمن )متوسط

Therefore , F av t av = F t

t av = 2L / vx

F av = = m vx / L

تكون القوة فإن الجزيئات عدد كان - : وإذا

F av = Nm vx / L

From equation (3) in (1)P = F av / L = Nm vx / L , L = vol.

P Vol. = Nm vx

2m vx

2L / vx

2

2

N

2 2 3 3

(3)

2

(4)

الثالثة الكارتيزية الفراغية االتجاهات في (x,y,z)وبالتعميم

v = vx + vy + vz

الثالثة االتجاهات في االحتمال متساوية الصندوق داخل الجزيئات حركة

vx = vy = vz

then v = 3vx vx = v / 3 )5(

from (5) in (4)P Vol. = N m vx / 3

P = N m vx / 3 Vol.

BUT = m / Vol.

2 2 2 2

2 2 2

2 2

P = 1/3 v

2

2 2

2

v الجزيئات سرعة مربع متوسط2

P = N m vx / 3 Vol. by multiplying 2 / 2 for both sides

P Vol. = )2 / 3( N m v / 2

but N = n NA ) where n is no. of moles , NA is Avogadro’s no.(

P Vol. = )2/3( n NA )m v / 2(

عالقة ) ( ) للغازاِت العام القانون المثالي الغاز قوانين منتجريبية(

P Vol. = n R T ) R = 8.314 J/mole. K للغازات العام ( الثابت

FROM (*) AND (**) n R T = )2/3( n NA )m v / 2(

)3/2( )R / NA( T = m v / 2

but ) R / NA ( = k )Boltzmann const. = 1.38 x 10 J / k (

3/2 k T = ½ m v½ m v = kinetic energy ) الحركة ) طاقة

2

2 )*(

)**(

2

2

-23

2

2

الباب الرابع

الفصل التاسع•

الكهربي التيار الفصل العاشر•

وأجهزة الكهربي للتيار المغناطيسي التأثيرالقياس

الفصل الحادي عشر•

الكهرومغناطيسي الحث

توصيل المقاوماِت على التواليكيرشوف قانون من

V = V1 +V2 +V3

I R = I R1 + I R2 + I R3

R = R1 + R2 + R3

التوازي

I = I 1 + I 2 + I 3

V/R = V/R1 +V/R2 + V/R3

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3

vA

v v

A

A

A

A

V

R1 R2

R3

R1

R2

R3

Q = I t , W = Q V , V =I R

R = e /A , = 1/ e

B = I /2 d) مستقيم )سلك

B = N I / 2r) دائري )ملف

B = N I / ( لولبي )ملف

F = B I sin , = B I A N sin

Rs = Ig Rg / I – Ig , Rm = V-Vg / Ig

Q )coulomb(W )joule( V )volt(

R [ohm )(]

) m (

B Tesla

-1

e.m.f = -N m / t ) فاراداي )قانون

M = - e.m.f t / I1) المتبادل )الحثL = - e.m.f t / I) الذاتي )الحث

e.m.f = B v sin ) متحرك مستقيم )سلكe.m.f = N B A sin , = 2f

المولد الكهربي

)e.m.f( max. = 2f N B A

e.m.f )المستحثة( = )e.m.f( max. sin t )e.m.f( eff. = 0.707 )e.m.f( max.

I eff. = 0.707 I max.

Vs / Vp = Ns / Np , Is / Ip = Np / Ns

= x 100)الكفاءة ( V s I s

V p I p

المحول الكهربي

L , M ( Henry)

الفيزياء الحديثة

E = h , F = 2 Pw / c = c / multiplying h / h = h c / h , but PL = mc PL = h c / c , PL = h / c

= h / PL (*)الفرنسي )*( العالم صاغها وقد والجسيم الموجة بين العالقة توضح العالقة

برولي عمره (De Broglé)دي وكان له الدكتوراه رسالة بمثابة وكانتعام .31آنذاك

العالقة من اكس ألشعة الموجي الطول حساب -:يمكن

E = h c /

2

Transistorالمجمع ) ( و القاعدة و الباعث أجزاء ثالثة من يتكون الترانزستور

والمجمع ) المشترك والباعث المشتركة القاعدة أنواع ثالثة لهالمشترك(

) تيار ) الي الخروج تيار بين النسبة هو التيار في التكبير الكسبالدخول

تيار = على مقسوما الخروج تيار التيار في الكسب أن أيالدخول

الدخول جهد الى الخروج جهد بين النسبة هو الجهد في الكسب

أوال الترانزستور ذو القاعدة المشتركةتيار هو الخروج وتيار الباعث تيار هو الدخول تيار

المجمع

e = Ic / IE ( من أقل التيار في ال 1الكسب المشتركة القاعدة لذلككمكبر يستخدم أن (تصلح

Ic = e IE

IeIc

n p n

امامي توصيل عكسي توصيل

CE B

e

ثانيا الترانزستور ذو الباعث المشترك

تيار هو الخروج وتيار القاعدة تيار هو الدخول تيارالمجمع

e = Ic / IB ( الدخول = تيار على مقسوما الخروج تيار التيار في (الكسب

But IB = IE – Ic ( كيرشوف قانون Ic = e IE , (من

So IB = IE - e IE then IB = ( 1- e ) IE

Equation (1) will bee = e IE / ( 1- e ) IE

e = e / ( 1- e )

VCC =VCE – ICRC( كمفتاح (الترانزستور

IBIc(1) e

البواباِت المنطقية

)NOT(- العاكس 1واحد ومخرج واحد مدخل

+ NOT –

- NOT +

الباعث ذو الترانزستورالمشترك

أو كعاكس استخدامه يمكنطريق عن كتوافق

استخدامه كمفتاح

الدخل ((INPUT

الخرج (OUTPUT)

10

01

NOT

AND- التوافق 2البد ) واحد ومخرج مدخالن لها

معا الشرطين توافر من) خرجا يعطي كي

AND +Any thing else AND -

الدخل (input)

الخرج (output)

000

010

100

111

AND

+

+

المصباح يضئ حتى المفتاحين غلق من البد

OR- االختيار 3ومخرج اكثر أو مدخالن لها

واحد االقل على أحدهما الى يحتاج

خرجا يعطي حتى

OR -

Any thing else OR +الدخل

(input)الخرج

(output)

000

011

101

111

-

-

احد غلق عند المصباح يضئالمفتاحين

OR

خاتمة }الحمد لله الذي هدانا لهذا وما كنا لنهتدي لوال أن هدانا الله{

في الختام أسأل الله ان يوفقكم لما يحبه ويرضاه وأقول لكم إن طلب العلم عامة

والفيزياء خاصة يتطلب بذل الكثير من الجهد والعطاء حتى نتعرف على القصور ومواضع

الضعف في المادة العلمية وسرعة معالجتها مبكرا قبل االمتحاناِت مما يتيح للفرد الحصول علي

المادة العلمية الكاملة عن فهم و تعلم مع التدريب المستمر على المسائل واألفكار و الثقة

بالنفس تحصل بإذن الله على أعلى الدرجاِت وهذا المنهج المقرر يتطلب استيعاب ما به من

مصطلحاِت وأفكار وموضوعاِت وقد وفقني الله بوضع القوانين و استنتاجاتها بصورة مبسطة مع

خبراِت طالب بكلية العلوم مع مراجعة دقيقة من مصادر موثوق بها علميا وعالميا و ارجو منكم

التواصل معي عبر البريد االلكتروني ليتعلم كل منا من االخر عمال بقول عميد االدب العربي الدكتور طه حسين ”ويل لطالب العلم إن رضي عن نفسه“

والله الموفق [email protected]