التماسك في المادة وفي الفضاء. الاجابة عن الأسئلة

يُعد التماسك ظاهرة أساسية، تلعب دورًا مهمًا في فهم سلوك المادة، سواء على المستوى الذري، أو في الفضاء الكوني. في الفيزياء، يشير التماسك في المادة، إلى قوى التجاذب التي تربط الجزيئات، أو الذرات معًا، مما يمنح المواد خصائصها المختلفة، مثل الصلابة أو اللزوجة. أما في الفضاء، فيظهر التماسك في الترابط بين الأجرام السماوية، من خلال قوى الجاذبية، التي تحافظ على استقرار الكواكب، والنجوم والمجرات. يساهم فهم هذه الظاهرة في تطوير العديد من التطبيقات العلمية، بدءًا من تصميم المواد الهندسية وصولًا إلى دراسة تشكّل الكون، وتطوره.

ملاحظة: توجد وثيقة التلميذ بصيغة الـ PDF في نهاية المقال.

I ـ الأفعال المتبادلة الأساسية الثلاثة:

1 ـ الأفعال المتبادلة الجاذبة:

نشاط:

ـ في أي سنة توصل العالم إسحاق نيوتن الى صياغة قانون الجذب العام ؟

سنة 1687م.

ـ كيف أعلن عن ذلك ؟

أعلن عن ذلك من خلال كتابه الشهير المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية، وتضمن القوانين الثلاث: مبدأ العطالة، المبدأ الأساسي للتحريك، بالإضافة إلى قانون الجذب العام.

ـ ما هو نص قانون الجذب العام ؟

" كل جسمان كيفيان، يتجاذبان بقوة تتناسب طرديا مع جداء كتلتيهما، وعكسيا مع مربع المسافة التي تفصلهما "

وهو يمثل أول قانون عام يصف صيغة الفعلين المتبادلين بين جسمين من جراء كتلتيهما.

ـ لماذا أطلق نيوتن على هذا القانون. قانون الجذب العام؟

لأنه لم يحدد نوع الجسمان ولا المسافة بينهما.

ـ هل حركة جسم بالنسبة للأرض خاضعة لقانون الجذب العام؟

 نعم.

ـ أعد صياغة نص القانون السابق بشكل علاقة رياضية، بالنسبة لجسمان A وB تفصلهما مسافة d ؟

$${\vec{F}}_{A\mathrm{/}B}={\vec{F}}_{B\mathrm{/}A}=G\cdot \frac{m_A\cdot m_B}{d^2}$$

F_A/B: شدة القوة التي يؤثر بها الجسم A على الجسم B، وحدتها نيوتن (N)، وتتجه من B نحوA.

F_B/A: شدة القوة التي يؤثر بها الجسم B على الجسم A، وحدتها نيوتن (N)، وتتجه من A نحوB

G: ثابت الجذب العام، وقيمته 6,67×10^-11 N.m²/Kg²

m_A: كتلة الجسم A وحدتها الكيلوغرام (Kg).

m_B: كتلة الجسم B وحدتها الكيلوغرام (Kg).

d: المسافة بين الجسم A والجسم B وتقاس بالمتر(m).

2 ـ الأفعال المتبادلة الكهرومغناطيسية:

نشاط:

ندلك ساقا من زجاج بواسطة قطعة قماش (قطن)، ثم نقربها من قصاصات ورقية.

ـ ماذا تلاحظ ؟

نلاحظ انجذاب القصاصات الورقية نحو الساق.

 ـ كيف تفسر هذه الظاهرة ؟

نفسر هذه الظاهرة بأن الساق الزجاجية تكهربت (شحنت)، عن طريق الدلك.

ـ هل هي خاضعة لقانون نيوتن؟

لا ليست خاضعة لقانون نيوتن.

 أين يكمن الاختلاف؟

إن السبب الذي أدى إلى فعل التجاذب هو شحنة الساق وليس كتلتها.

ـ هل يوجد نوع ثاني من الأفعال المتبادلة ؟

نعم هناك نوع ثاني من الأفعال المتبادلة يسمى بقانون كولوم، توصل له العالم كولوم عام 1785م، وهذا نصه:

" شدة التأثير المتبادل بين شحنتين كهربائيتين q_A  وq_B ، تتناسب طردا مع جداء الشحنتين ، وعكسيا مع مربع المسافة بينهما ". ونكتب:

$${\vec{F}}_{A\mathrm{/}B}={\vec{F}}_{B\mathrm{/}A}=K\cdot \frac{q_A\cdot q_B}{d^2}$$

حيث:

 q_A: الشحنة الكهربائية للجسم A وحدتها الكولوم (C).

 q_B: الشحنة الكهربائية للجسمB  وحدتها الكولوم (C).      

   d: المسافة وحدتها المتر(m).

  K: ثابت كولوم وقيمته 9×10⁹ N.m²/C²

ـ وضح هذا الفعل إن وجد بصورة ؟ 

ملاحظة هامة:

هناك علاقة بين الكهرباء، والمغناطيسية كما بينها العالم فاراداي: عند تقريب مغناطيس من سلك ملفوف (وشيعة)، يولد تيارا كهربائيا. وأيضا الفعل المغناطيسي يولد فعلا كهربائيا، لهذا السبب تم توحيد الكهرباء والمغناطيسية، فسمي التأثير بالكهرومغناطيسي، و مجال تطبيقه يتم على مستوى الذرة، والجزيئات فهو يضمن تماسك الالكترونات في دورانها حول الذرة، وبالتالي تماسك ذرات، وجزئيات المادة.

3 ـ الفعل المتبادل القوي (قوى تماسك مكونات النواة(:

نشاط:

ـ مما تتكون النواة ؟

تتكون من بروتونات ونيترونات.

ـ هل يوجد تنافر أو تجاذب بين البروتونات في النواة ؟

يوجد تنافر بين البروتونات في النواة.

ـ كيف تفسر تماسكها ؟

فسر العلماء ذلك بوجود قوة كبيرة جدا تضمن تماسك النواة، تسمى القوة النووية القوية، و ليس لها تأثير إلا داخل النواة مما يجعل مداها قصير.

II ـ المقارنة بين القوى الأساسية في الطبيعة:

ـ بالاعتماد على المعلومات السابقة ضع جدول مقارنة بين القوى الاساسية الطبيعية ؟

القوى الجاذبية الكونية	القوى الكهرومغناطيسية	القوة النووية القوية
- تنسب إلى كتل الأجسام.     - نوع التأثير تجاذبي. - شدتها تعطي بقانون الجذب العام لنيوتن.   - مسؤولة عن تماسك الكواكب، و المجرات، و الكون، إذن هي  مسؤولة عن تماسك الفضاء. - هي أضعف القوى الأساسية.   - لا تلعب أي دور في تماسك الجسيمات الصغيرة )الذرات ، الجزيئات ، النواة ... (	- تنسب إلى الشحنة الكهربائية للجسيمات.   - نوع التأثير تجاذب أو تنافر. - شدتها تعطي بقانون كولوم.   - مسؤولة عن تماسك الذرات، والجزيئات.   - تأتي في الرتبة الثانية من حيث الشدة.   - لا تأثير لها على الأجسام الكبيرة.	- تنسب الى الخاصية القوية التي تحملها الكواركات، التي تكوّن البروتونات، والنيترونات. - نوع التأثير تجاذبي. - شدتها تعطى بقانون غير معروف حتى الآن.   - مسؤولة عن تماسك النواة.    - هي أعظم القوى الأساسية في الطبيعة على الإطلاق، و تأتي في الرتبة الأولى. - لا تلعب أي دور مهم في مدى أكبر من النواة.

اقرأ حلول تمارين الكتاب المدرسي حول التماسك في المادة وفي الفضاء

وثيقة التلميذ بصيغة الـ PDF