الفيزياء · الصف الثاني الثانوي
أسئلة: البندول الزنبركي
16 سؤال اختيار من متعدد و5 سؤال مقالي بنموذج إجابة، لمراجعة درس «البندول الزنبركي» من الفيزياء (الصف الثاني الثانوي). راجع الأسئلة أدناه، أو اختبر نفسك فورًا.
اختبار سريع من 10 أسئلة عشوائية من بنك الأسئلة أعلاه — تُخلط الأسئلة والاختيارات في كل مرة، فلن يتكرر الاختبار بنفس الترتيب.
اختيار من متعدد
ما الدلالة الفيزيائية للإشارة السالبة في قانون هوك للبندول الزنبركي؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: تدل على أن القوة رادّة وتعمل دائمًا في عكس اتجاه الإزاحة لإعادة الكتلة نحو وضع الاتزان
الإشارة السالبة تعكس اتجاه القوة المعاكس للإزاحة، مما يضمن عملها كقوة استعادة (رادّة) تعيد الجسم لوضع الاتزان.
إذا زادت كتلة الجسم المعلق في زنبرك إلى أربعة أمثال قيمتها مع ثبات ثابت الزنبرك ، فماذا يحدث للزمن الدوري ؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: يتضاعف مرتين (يزداد للضعف)
الزمن الدوري يتناسب طرديًا مع الجذر التربيعي للكتلة ، وبجعل الكتلة يصبح الزمن الجديد .
كتلة مقدارها كجم معلقة بزنبرك أفقي ثابته نيوتن/متر، كم تكون السرعة الزاوية للحركة ؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: 20 راديان/ثانية
من العلاقة راديان/ث.
أي من العوامل التالية يعتمد عليها الزمن الدوري للبندول الزنبركي المثالي؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: كتلة الجسم وثابت الزنبرك
الزمن الدوري يعتمد حصراً على خصائص النظام الفيزيائية و وفق العلاقة ولا يتأثر بالسعة.
عندما يمر بندول زنبركي بوضع الاتزان () أثناء اهتزازه، فإن:
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: الطاقة الحركية تكون عظمى والسرعة عظمى
عند وضع الاتزان تنعدم الإزاحة () فتصبح طاقة الوضع صفراً وتتحول كامل الطاقة إلى طاقة حركية وتكون السرعة عظمى.
إذا تم تعليق البندول الزنبركي رأسيًا بدلًا من وضعه أفقياً في نفس البيئة، فإن تأثير قوة الجاذبية الأرضية (الوزن) على الزمن الدوري هو:
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: لا يغيّر قيمة الزمن الدوري أو السرعة الزاوية لأن الوزن يحدد وضع الاتزان الجديد فقط
الزنبرك الرأسي يزيح موضع الاتزان بمقدار ثابت، لكن تردد الحركة وزمنها الدوري يعتمدان فقط على و.
إذا كانت سعة الاهتزازة للبندول الزنبركي هي ، ففي أي موضع تصبح الطاقة الميكانيكية الكلية للنظام مساوية لطاقة الوضع المرنة وحدها؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: عند أقصى إزاحة ()
عند أقصى إزاحة تتوقف الكتلة لحظياً (سرعة صفر، طاقة حركية صفر) وتكون كل الطاقة طاقة وضع مرنة .
كتلة تهتز بحركة توافقية بسيطة عبر بندول زنبركي، إذا أردنا مضاعفة الزمن الدوري بثبات الكتلة، فيجب تغيير ثابت الزنبرك بحيث يصبح:
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: ربع قيمته الأصلية ()
بما أن ، فإن مضاعفة تتطلب ضرب في العامل .
ما وحدة قياس ثابت الزنبرك في النظام الدولي للوحدات (SI)؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: نيوتن/متر (N/m)
من قانون هوك ، إذن ووحدته نيوتن لكل متر (N/m).
زنبرك صلابته نيوتن/متر، أثرت عليه قوة لجذب كتلة مسافة إزاحة متر، ما مقدار القوة الرادّة المؤثرة؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: 5 نيوتن
مقدار القوة نيوتن.
إذا بلغت الطاقة الميكانيكية الكلية لبندول زنبركي 2 جول، وكانت أقصى إزاحة (السعة) متر، فما مقدار ثابت الزنبرك ؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: 100 نيوتن/متر
الطاقة الكلية نيوتن/متر.
أي العلاقات البيانية التالية تمثل التغير الصحيح لطاقة الوضع المرنة مع الإزاحة في البندول الزنبركي؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: قطع مكافئ يفتح للأعلى يعتمد على مربع الإزاحة
طاقة الوضع تعطى بالعلاقة ، وهي معادلة تربيعية تمثل قطعاً مكافئاً يفتح للأعلى.
كتلة معلقة بزنبرك رأسي تهتز. إذا نُقل النظام نفسه إلى القمر حيث الجاذبية أقل، فإن زمنه الدوري:
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: لا يتغير
الزمن الدوري للبندول الزنبركي لا يحوي ؛ الجاذبية تغيّر موضع الاتزان () فقط.
كتلة 0.50 كجم على زنبرك ثابته 20 نيوتن/م شُدّت 0.10 م من موضع الاتزان وتُركت. عجلتها العظمى:
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: 4.0 م/ث²
، و م/ث² عند الطرفين.
كتلة 0.50 كجم معلقة في زنبرك رأسي ثابته 20 نيوتن/م. استطالة الزنبرك عند موضع الاتزان: (خذ م/ث²)
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: 0.245 م
عند الاتزان ، فتكون م. القيمة 0.49 م هي أخفض استطالة لو تُركت الكتلة من نهاية الطول الطبيعي.
جسم في بندول زنبركي زمنه الدوري 1.2 ث تُرك من أقصى إزاحة. بعد كم ثانية يمر بموضع الاتزان أول مرة؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: 0.3 ث
الانتقال من طرف إلى المركز ربع الزمن الدوري: ث.
أسئلة مقالية
كتلة مقدارها كجم معلقة بزنبرك أفقي ثابته نيوتن/متر، وتتحرك بسعة متر. احسب: (أ) السرعة الزاوية للحركة ، (ب) الزمن الدوري ، (جـ) السرعة العظمى للكتلة .
عرض نموذج الإجابة
الحل: (أ) السرعة الزاوية: (ب) الزمن الدوري: (جـ) السرعة العظمى:
قارن بين البندول البسيط والبندول الزنبركي من حيث: (1) مصدر القوة الرادّة، (2) العوامل التي يعتمد عليها الزمن الدوري، (3) مدى اعتماد الزمن الدوري على سعة الاهتزازة.
عرض نموذج الإجابة
الحل: 1. **مصدر القوة الرادّة:** - في البندول البسيط: المركبة المماسية لوزن الكتلة (). - في البندول الزنبركي: قوة مرونة الزنبرك وفق قانون هوك (). 2. **العوامل المحددة للزمن الدوري:** - البندول البسيط: طول الخيط () وعجلة الجاذبية ()، بغض النظر عن الكتلة (). - البندول الزنبركي: كتلة الجسم المعلق () وثابت صلابة الزنبرك () (). 3. **الاعتماد على السعة:** - كلاهما (في الحدود المثالية للصغيرة) لا يعتمد زمنهما الدوري على سعة الاهتزازة .
بندول زنبركي طاقته الميكانيكية الكلية 4 جول، وسعة اهتزازته متر. أوجد: (أ) ثابت الزنبرك ، (ب) طاقة الوضع المرنة وطاقة الحركة للكتلة عندما تكون الإزاحة متر.
عرض نموذج الإجابة
الحل: (أ) حساب ثابت الزنبرك : (ب) عند إزاحة متر: - طاقة الوضع المرنة : - طاقة الحركة (من حفظ الطاقة ):
كتلة 0.50 كجم على زنبرك ثابته 20 نيوتن/م، شُدّت 0.10 م من موضع الاتزان وتُركت. احسب الزمن الدوري والسرعة العظمى، وحدد أين تحدث السرعة العظمى.
عرض نموذج الإجابة
راديان/ث، و ث. السرعة العظمى م/ث، وتحدث عند مرور الكتلة بموضع الاتزان حيث تكون العجلة صفرًا.
بيّن لماذا يكون للزنبرك الرأسي الزمن الدوري نفسه للزنبرك الأفقي إذا حمل الكتلة نفسها، مع أن الوزن يؤثر في الحالة الرأسية فقط.
عرض نموذج الإجابة
عند تعليق الكتلة يستطيل الزنبرك حتى موضع الاتزان حيث . إذا قسنا الإزاحة من هذا الموضع كانت قوة الزنبرك لأعلى والوزن لأسفل، فالمحصلة لأن . إذن معادلة الحركة كما في الزنبرك الأفقي، فيكون . الجاذبية تنقل موضع الاتزان إلى أسفل بمقدار فقط ولا تغير الزمن الدوري.