حل أسئلة تقويم الفصل السادس – حالات المادة

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

حل أسئلة تقويم الفصل السادس – حالات المادة

نبدأ على بركة الله ...

خريطة المفاهيم

51. أكمل خريطة المفاهيم أدناه مستخدما المصطلحات التالية :

الكثافة، اللزوجة، المرونة، الضغط.

ويمكن استخدام المفهوم الواحد أكثر من مرة.

الحل:

إتقان المفاهيم

52. كيف تختلف القوة عن الضغط؟

الحل:

تعتمد القوة فقط على دفع الجسم أو سحبه . في حين يعتمد الضغط على القوة كما يعتمد على المساحة التي تؤثر فيها القوة .

53. حصر غاز في وعاء مغلق بإحكام، ووضع سائل في وعاء له الحجم نفسه وكان لكل من الغاز والسائل حجم محدد، فكيف يختلف أحدهما عن الآخر؟

الحل:

لن يتغير حجم السائل ، وستمدد الغاز حسب حجم الوعاء الذي يحتويه .

54.ما أوجه التشابه والاختلاف بين الغازات والبلازما؟

الحل:

كلاهما ليس له حجم أو شكل محدد . إن جسيمات البلازما ذات طاقة عالية جدا ، وتستطيع البلازما إيصال الكهرباء .

55. تتكون الشمس من البلازما، فكيف تختلف بلازما الشمس عن تلك التي على الأرض؟

الحل:

بلازما الشمس حارة جدا ، والأكثر أهمية من ذلك أن كثافتها عالية جدا لدرجة أن كثافتها أكبر من كثافة أغلب المواد الصلبة على الأرض .

56. تنصهر البحيرات المتجمدة خلال فصل الربيع، فما تأثير ذلك في درجة حرارة الهواء فوق البحيرة؟

الحل:

لكي ينصهر الجليد يجب أن يمتص كمية من الطاقة الحرارية اللازمة لانصهاره من الهواء والماء ، مما يؤدي إلى تبريد الهواء فوقه .

57. الكشافة تغطي المطرات التي يستخدمها الكشافة أحيانا بكيس من قماش الكتان. إذا رطبت الكيس الذي يغطي المطرة فإن الماء في المطرة سيبرد. فسر ذلك.

الحل:

يتبخر الماء الموجود في كيس القماش ممتصا الطاقة من المطرة (القربة) و من الماء الذي داخلها .

58. ماذا يحدث للضغط عند قمة الإناء إذا ازداد الضغط عند قاعه اعتمادا على مبدأ باسكال؟

الحل:

تتوزع التغيرات في الضغط بالتساوي على جميع أجزاء الإناء ، حيث يتزايد الضغط عند الأعلى .

59. ينتقل تيار مائي خلال خرطوم ويخرج من فوهته. فماذا يحدث لضغط الماء عندما تزداد سرعته؟

الحل:

يتناقص ضغط الماء على حسب مبدأ برنولي .

60. بم تخبرك الأواني المستطرقة الموضحة في الشكل 24-6 عن الضغط المؤثر بوساطة السائل؟

الحل:

توضح أنابيب الاتزان أن الضغط لا يعتمد على شكل الوعاء .

61. قارن بين ضغط الماء على عمق 1m تحت سطح بركة صغيرة وضغط الماء عند العمق نفسه تحت سطح بحيرة؟

الحل:

حجم الماء وشكله غير مهمين ، بل المهم هو العمق فقط . لذا يكون الضغط متساويا في كلتا الحالتين .

62. كيف يختلف ترتيب الذرات في المادة البلورية عن ترتيبها في المادة غير البلورية؟

الحل:

تترتب الذرات في المادة البلورية في نمط مرتب ، أما في المادة غير البلورية فتكون الذرات عشوائية ، أي ليس لها نمط مرتب .

63. هل يعتمد معامل التمدد الطولي على وحدة الطول المستخدمة؟ فسر ذلك.

الحل:

لا ، فمعامل التمدد مقياس لتمدد الجسم بالنسبة لطوله الكلي . أما الوحدات والطول الكلي فلا يغيران من قيمة معامل التمدد الطولي )الفا a)

تطبيق المفاهيم

64. يستقر صندوق على شكل متوازي مستطيلات على وجهه الأكبر على الطاولة. فإذا أدير الصندوق بحيث أصبح يستقر على وجهه الأصغر، فهل يزداد الضغط على الطاولة، أم ينقص أم يبقى دون تغيير؟

الحل:

يزداد الضغط ويبقى الوزن كما هو ، فالضغط هو الوزن المؤثر في وحدة المساحة .

65. بين أن وحدة باسكال تكافئ وحدة kg/m. .

الحل:

1Pa = 1 N/m² =(kg.m/s²)/m² =1kg/m.s²

66. شحن البضائع أيهما تغطس لمسافة أعمق في الماء: باخرة مملوءة بكرات تنس الطاولة أم باخرة فارغة مماثلة لها ؟ فسر إجابتك.

الحل:

سوف تغطس الباخرة المملوءة بكرات التنس إلى عمق أكبر داخل الماء ، لأن لها وزنا أكبر .

67. ما عمق وعاء من الماء الضغط عند قاعه يساوي قيمة الضغط في قاع وعاء مملوء بالزئبق، وعمقه 10cm، علما بأن كثافة الزئبق تزيد 13.55 مرة على كثافة الماء؟

الحل:

68. وضعت قطرات من الزئبق، والماء، والإيثانول والأسيتون على سطح مستو أملس، كما في الشكل 6-25 . ماذا تستنتج عن قوى التماسك في هذه السوائل من خلال هذا الشكل؟

الحل:

تكون قوى التماسك الأقوى في الزئبق ، في حين تكون الأضعف في الأسيتون ، وكلما كانت قوى التماسك أكبر اتخذت القطرة شكلا كرويا أكثر .

69. يتبخر الكحول بمعدل أسرع من تبخر الماء عند درجة الحرارة نفسها، ماذا تستنتج من هذه الملاحظة عن خصائص الجزيئات في كلا السائلين؟

الحل:

إن قوى التماسك للماء أكبر من قوى التماسك للكحول .

70. افترض أنك استخدمت مثقبا لإحداث ثقب دائري في صحيفة من الألومنيوم. إذا سخنت الصحيفة، فهل يزداد حجم الثقب أم يقل؟ فسر ذلك.

الحل:

كلما سخنت الصفيحة أكثر ازداد حجم الثقب .

71. وضعت خمسة أجسام في خزان من الماء كثافاتها على النحو الآتي:

a. 0.58 g/c .

b. 0.95 g/c .

c. 1.05 g/c .

d. 1.15 g/c .

e. 1.25 g/c .

وكثافة الماء 1.00 g/c . ويوضح الشكل 6-26 ستة مواقع محتملة لهذه الأجسام، اختر المواقع من 1 إلى 6، لكل من الأجسام الخمسة. (ليس من الضروري اختيار المواقع كلها)

الحل:

6-e ,6-d,6-c,2-b ,1-a

72. تم تسخين حجمين متساويين من الماء في أنبوبين ضيقين ومتماثلين، إلا أن الأنبوب A مصنوع من الزجاج العادي، والأنبوب B مصنوع من الزجاج القابل للتسخين في الأفران. وعندما ارتفعت درجة الحرارة، ارتفع مستوى الماء في الأنبوب B أكثر من الأنبوب A . فسر ذلك .

الحل:

يتمدد الزجاج المستخدم في الأفران بمقدار أقل من الزجاج العادي عند التسخين . فلا يرتفع الماء في الانبوب (A) كثيرا ، لأن أنبوب الزجاج العادي قد تمدد وازداد حجمه .

إتقان حل المسائل

6-1 خصائص الموائع

73. الكتاب المقرر كتاب فيزياء كتلته 0.85 kg ، وأبعاد سطحه 24.0 cm ×20.0 cm ، يستقر على سطح طاولة .

a. ما القوة التي يؤثر بها الكتاب في الطاولة ؟

b. ما الضغط الذي يؤثر به الكتاب؟

الحل:

a. القوة على الطاولة هي الوزن من الكتاب.

b. الضغط المطبق من قبل الكتاب هو

74. أسطوانة مصمتة كتلتها 75 kg وطولها 2.5 m ونصف قطر قاعدتها 7.0 m تستقر على إحدى قاعدتيها. ما مقدار الضغط الذي تؤثر به ؟

الحل:

75. ما مقدار القوة الرأسية الكلية أسفل الغلاف الجوي التي تؤثر في قمة رأسك الآن؟ افترض أن مساحة قمة رأسك 0.025 تقريبا.

الحل:

76. المشروبات الغازية إن غاز ثاني أكسيد الكربون (co2) المذاب في شراب الصودا يجعله يفور، وتتم عادة إذابة كمية من غاز ثاني أكسيد الكربون تساوي 8.0L تقريبا عند ضغط يساوي الضغط الجوي ودرجة حرارة 300.0k في زجاجة مشروبات غازية سعتها 2L .إذا كانت الكتلة المولية للغازco2 تساوي 44g/mol .

a. فما عدد المولات من غاز ثاني أكسيد الكربون في زجاجة سعتها 2L ؟

b. وما كتلة غاز ثاني أكسيد الكربون الموجودة في زجاجة صودا سعتها 2L ؟

الحل:

a. من قانون الغاز المثالي

b. الوزن الجزيئي للكربون ثاني أكسيد الكربون

و لذلك ، فإن الكتلة هي :

77. كما هو موضح في الشكل 6-27 ، يتكون مقياس الحرارة ذا الضغط الثابت من أسطوانة تحتوي على مكبس يتحرك بحرية داخل الأسطوانة، ويبقى كل من الضغط وكمية الغاز داخل الأسطوانة ثابتين. وعندما ترتفع درجة الحرارة أو تنخفض يتحرك المكبس إلى أعلى الأسطوانة أو إلى أسفلها. إذا كان ارتفاع المكبس في الأسطوانة 20cm عند 0C، فما ارتفاع المكبس عندما تكون درجة الحرارة 100 C ؟

الحل:

لأن الضغط يبقى ثابتا ، V1/T1 = V2/T2 ، ارتفاع المكبس يتناسب طرديا مع حجم الأسطوانة وبالتالي :

78. يحصر مكبس مساحته 0.015 كمية ثابتة من الغاز في أسطوانة حجمها 0.23 . فإذا كان الضغط الابتدائي للغاز 1.5× Pa ، ووضع جسم كتلته 150 kg على المكبس فتحرك المكبس في اتجاه الأسفل إلى موقع جديد كما موضح في الشكل 6-28، فما الحجم الجديد للغاز داخل الأسطوانة، علما بأن درجة الحرارة ثابتة؟

الحل:

79. المركبات يصمم إطار سيارة معينة ليستخدم عند ضغط معاير مقداره 30psi،أو 30.0 باوند لكل إنش مربع (واحد باوند لكل إنش مربع يساوي 6.90× pa) ومصطلح ضغط معاير يعني الضغط الأعلى من الضغط الجوي . إن الضغط الحقيقي داخل الإطار يساوي = 3.08× Pa 1.01× Pa ÷(30.0psi)(6.90× Pa/psi)

، وعندما تتحرك السيارة تزداد درجة حرارة الإطار ويزداد الضغط والحجم كذلك. افترض أنك ملأت إطار السيارة للحجم 0.55 عند درجة حرارة 280 k وكان الضغط الابتدائي 30.0 psi، ولكن ازدادت درجة حرارة الإطار في أثناء القيادة لغاية 310 k وازداد الحجم ليصبح 0.58 .

a. ما مقدار الضغط الجديد في الإطار؟

b. ما الضغط المعاير الجديد؟

الحل:

6-3 الموائع الساكنة والموائع المتحركة

80. الخزان إذا كان عمق الماء خلف سد 15m ، فما ضغط الماء عند المواقع المختلفة الآتية ؟

a. عند قاعدة السد.

b. على عمق 4.0m من سطح الماء.

الحل:

81. يستقر أنبوب اختبار رأسيا على حامل أنابيب اختبار، ويحتوي على زيت ارتفاعه 2.5 cm وكثافته 0.81 g/c ، وماء ارتفاعه 6.5 cm . ما مقدار الضغط المؤثر بوساطة السائلين عند قاع أنبوب الاختبار؟

الحل:

82. الأثريات تمثال طائر أثري مصنوع من معدن أصفر معلق بميزان نابضي، تشير قراءة الميزان النابضي إلى 11.81 N عندما يعلق التمثال في الهواء، وتشير إلى 11.19 N عندما يغمر التمثال كليا في الماء.

a. جد حجم التمثال.

b. هل تمثال الطائر مصنوع من الذهب (p=19.3× kg/ ) أم مصنوع من الألومنيوم المطلي بالذهب (p=2.7× kg/ )؟

الحل:

83. خلال تجربة في علم البيئة وضع حوض لتربية الأسماك مملوء حتى منتصفه بالماء على ميزان، فكانت قراءة الميزان 195 N .

a. أضيف حجر وزنه 8N إلى الحوض، فإذا غطس الحجر إلى قاع الحوض، فما قراءة الميزان؟

b. أزيل الحجر من الحوض، وعدلت كمية الماء حتى عادت قراءة الميزان ثانية 195N ، فإذا أضيفت سمكة تزن 2N إلى الحوض، فما قراءة الميزان في حالة وجود السمكة في الحوض ؟

الحل:

في كل حالة القوة المزدهرة هي أي ما يعادل وزن الماء النازحين .

84. ما مقدار قوة الطفو المؤثرة في كرة وزنها 26.0 N إذا كانت تطفو على سطح ماء عذب؟

الحل:

إذا كانت الكرة تطفو :

85. ما مقدار أقصى وزن يستطيع أن يرفعه في الهواء بالون مملوء بحجم 1.00 من غاز الهيليوم ؟ افترض أن كثافة الهواء 1.20kg/ وكثافة غاز الهيليوم 0.177kg/ ، وأهمل كتلة البالون.

الحل:

86. تزن صخرة 54N في الهواء، وعندما غمرت في سائل كثافته ضعفا كثافة الماء أصبح وزنها الظاهري 46N. ما وزنها الظاهري عندما تغمر في الماء.

الحل:

87. جغرافية المحيطات انظر إلى الشكل 6-29، تستخدم عوامة كبيرة لحمل جهاز يستخدم في دراسة جغرافية المحيطات، وكانت العوامة مصنوعة من خزان أسطواني مجوف. فإذا كان ارتفاع الخزان 2.1 m ونصف قطره 0.33 m، والكتلة الكلية للعوامة وجهاز البحث 120 kg تقريبا. ويجب على العوامة أن تطفو بحيث يكون أحد طرفيها فوق سطح الماء؛ وذلك لحمل جهاز بث راديوي. افترص أن العوامة تحوي الجهاز وأن كتلتها موزعة بانتظام، فكم يكون ارتفاع العوامة فوق سطح الماء عندما تطفو؟

الحل:

6-4 المواد الصلبة

88. إذا كان طول قضيب مصنوع من معدن مجهول 0.975m عند 45C ، وتناقص طوله ليصبح 0.972m عند 23C، فما معامل تمده الطولي؟

الحل:

89. صمم مخترع مقياس حرارة من قضيب ألومنيوم طوله 0.500m عند درجة حرارة 273k . واعتمد المخترع قياس طول قضيب الألومنيوم لتحديد درجة الحرارة. فإذا أراد المخترع أن يقيس تغيرا في درجة الحرارة مقداره1.0k ، فكم يجب أن تكون دقة قياس طول القضيب؟

الحل:

90. الجسور جسر أسمنتي طوله 300m في شهر أغسطس عندما كانت درجة الحرارة 50C، فكم يكون مقدار الفرق في الطول في إحدى ليالي شهر يناير إذا كانت درجة الحرارة 10C؟

الحل:

91. أنبوب من النحاس طوله 2.00m عند 23C . ما مقدار التغير في طوله إذا ارتفعت درجة حرارته إلى 978C ؟

الحل:

92. ما التغير في حجم قالب من الأسمنت حجمه 1.0 إذا ارتفعت درجة حرارته بمقدار 45C ؟

الحل:

93. الجسور يستخدم عمال بناء الجسور عادة مسامير فولاذية بحيث تكون أكبر من ثقب المسمار؛ وذلك لجعل الوصلة مشدودة أكثر. ويبرد المسمار قبل وضعه في الثقب. افترض أن العامل حفر ثقبا نصف قطره 1.2230cm لمسمار نصف قطره 1.2250cm، فلأي درجة حرارة يجب أن يبرد المسمار ليدخل في الثقب بشكل محكم إذا كانت درجة حرارته الابتدائية 20.0C؟

الحل:

94. خزان مصنوع من الفولاذ نصف قطره 2.000 m وارتفاعه 5.000 m ملئ بالميثانول عند درجة حرارة 10 C. فإذا ارتفعت درجة الحرارة حتى 40.0 C، فما مقدار الميثانول الذي سيتدفق خارج الخزان إذا تمدد كل من الخزان والميثانول؟

الحل:

95. سخنت كرة من الألومنيوم حتى أصبحت درجة حرارتها 580 C، فإذا كان حجم الكرة 1.78 c عند درجة حرارة 11 C، فما مقدار الزيادة في حجم الكرة عند 580 C ؟

الحل:

96. إذا أصبح حجم كرة من النحاس 2.56c بعد تسخينها من 12C إلى 984C ، فما حجم الكرة عند 12C ؟

الحل:

97. صحيفة من الفولاذ مربعة الشكل طول ضلعها 0.330 m، سخنت من 0 C حتى أصبحت درجة حرارتها 95 C .

a. ما مقدار تغير طول جوانب المربع؟

b. ما نسبة التغير في مساحة المربع؟

الحل:

98. مكعب من الألومنيوم حجمه 0.350 c عند درجة حرارة 350.0 k، فإذا برد إلى 270.0 k فما مقدار:

a. حجمه عند درجة 270.0 K؟

b. طول ضلع المكعب عند درجة 270.0 k؟

الحل:

99. الصناعة صمم مهندس قطعة ميكانيكية مربعة الشكل لنظام تبريد خاص. تتألف القطعة الميكانيكية من قطعتين مستطيلتين من الألومنيوم، وقطعتين مستطيلتين من الفولاذ، وكانت القطعة المصممة مربعة تماما عند درجة 293 K، ولكن عند درجة170 K أصبحت القطعة مفتولة كما في الشكل 6-30. حدد أي القطع المبينة في الشكل مصنوعة من الفولاذ، وأيها مصنوعة من الألومنيوم؟

الحل:

يعاني الجزآن 1،2 انكماشا أكبر في الطول من الجزأين 3،4 . لذا فإن الجزأين 1و2 يجب أن يكونا مصنوعين من الألمنيوم الذي معامل تمدده أكبر من معامل تمدد الفولاذ .

100. ما مقدار الضغط المؤثر في جسم الغواصة عند عمق 65 m؟

الحل:

101. جهاز الغطس يسبح غطاس مستخدما جهاز الغطس على عمق 5.0 m تحت الماء مطلقا 4.2× من فقاقيع الهواء. ما حجم تلك الفقاقيع قبل وصولها إلى سطح الماء تماما؟

الحل:

102. تطفو كرة بولنج وزنها 18 N بحيث ينغمر نصفها فقط في الماء.

a. ما مقدار قطر كرة البولينج؟

b. ما الوزن الظاهري تقريبا لكرة بولنج تزن 36 N؟

الحل:

b. غطس نصف كرة البولنج عندما كان وزنها 18 N . يجب أن يكون الوزن الظاهري لكرة وزنها 36 N قريبا من الصفر .

103. يطفو قضيب من الألومنيوم في حوض زئبق. فهل يطفو القضيب إلى أعلى أكثر أم أن جزءا أكبر منه سينغمر عند تسخين الزئبق والألومنيوم معا؟

الحل:

معامل التمدد الحجمي للزئبق أكبر من معامل التمدد الحجمي للألمنيوم . لذا فعند تسخينهما يصبح الألمنيوم أكثر كثافة من الزئبق ، وسوف يغطس إلى عمق أكبر في الزئبق .

104. وضع 100.0 ml من الماء في وعاء من الزجاج العادي سعته 800.0 ml عند 15.0 C. كم سيرتفع مستوى الماء أو ينخفض عندما يسخن كل من الإناء والماء إلى 50.0 C ؟

الحل:

يتمدد الماء :

يتمدد الوعاء :

سوف ينخفض مستوى الماء قليلا ، ولكن ليس إلى مستوى الذي يمكن ملاحظته .

105. صيانة السيارات تستخدم رافعة هيدروليكية لرفع السيارات لصيانتها، وتسمى رافعة الأطنان الثلاثة. فإذا كان قطر المكبس الكبير 22mm، وقطر المكبس الصغير6.3mm. افترض أن قوة ثلاثة أطنان تعادل 3.0× N .

a. فما مقدار القوة التي يجب أن تؤثر في المكبس الصغير لرفع وزن مقداره ثلاثة أطنان؟

b. تستخدم معظم رافعات السيارات رافعة لتقليل القوة اللازمة للتأثير فيها في المكبس الصغير. فإذا كان طول ذراع المقاومة 3.0cm، فكم يجب أن يكون طول ذراع القوة لرافعة مثالية لتقليل القوة إلى 100.0N؟

الحل:

106. المنطاد يحتوي منطاد الهواء الساخن على حجم ثابت من الغاز. عندما يسخن الغاز يتمدد ويطرد بعض الغاز خارجا من النهاية السفلى المفتوحة، لذلك تنخفض كتلة الغاز في المنطاد. فلماذا ينبغي أن يكون الغاز في المنطاد أكثر سخونة لرفع حمولة من الأشخاص إلى قمة ارتفاعها 2400m عن سطح البحر، مقارنة بمنطاد مهمته رفع الحمولة ذاتها من الأشخاص إلى ارتفاع 6m عن مستوى سطح البحر؟

الحل:

يكون الضغط الجوي منخفضا عند الارتفاعات العالية ، لذا فإن كتلة حجم المائع المزاح بواسطة منطاد حجمه ثابت تكون أقل عند الارتفاعات الكبيرة . وللحصول على قوة الطفو نفسها عند الارتفاعات الكبيرة ينبغي للمنطاد أن ينفث غازا أكثر ، حيث تلزمه درجة حرارة أكبير .

107. عالم الأحياء تستطيع بعض النباتات والحيوانات العيش تحت ضغط مرتفع جدا.

a.ما مقدار الضغط المؤثر بوساطة الماء في جسم سمكة أو دودة تعيش بالقرب من قاع أخدود مائي في منطقة بورتوريكو الذي يبلغ عمقه 8600m تحت سطح المحيط الأطلنطي؟ افترض أن كثافة مياه البحر 1030 kg/ .

b. ما كثافة الهواء عند ذلك الضغط بالنسبة لكثافته فوق سطح المحيط؟

الحل:

a. مقدار الضغط :

b. سوف تكون كثافة الهواء أكبر بمقدار 860 مرة من كثافة الهواء عند سطح المحيط .

حيث :

(8.7 x 10⁷ pa)(1.01 x 10⁵pa) = 860

التفكير الناقد

108. تطبيق المفاهيم إذا كنت تغسل الأواني في حوض، فطفا أحد الأواني في الحوض، فقمت بملئه بماء الحوض فغطس إلى القاع، فهل ارتفع مستوى الماء في الحوض أم انخفض عندما انغمر الإناء؟

الحل:

سينخفض مستوى الماء في الحوض .

109. تطبيق المفاهيم إن الأشخاص الملازمين للسرير أقل احتمالا للإصابة بمرض تقرح الفراش إذا استخدموا فرشة الماء بدلا من الفراشات العادية. فسر ذلك.

الحل:

يتوافق سطح فرشة الماء ويتكيف مع تضاريس الجسم أكثر من الفرشة العادية . كما يهبط الجسم في فرشة الماء بسهولة أكبر . ولأن p _H2o < p_fفإن قوة الطفو من فرشة الماء تكون أقل .

110. حلل تعتمد إحدى طرائق قياس النسبة المئوية لمحتوى الدهون في الجسم على حقيقة أن الأنسجة الدهنية أقل كثافة من الأنسجة العضلية. كيف يمكن تقدير معدل كثافة شخص باستخدام ميزان وبركة سباحة؟ وما القياسات التي يحتاج الطبيب إلى تدوينها لإيجاد معدل النسبة المئوية للدهون في جسم شخص ما؟

الحل:

يزن الطبيب الشخص بشكل طبيعي ثم يزنه وهو مغمور تماما في الماء . و للتأكد من الانغمار التام لابد من إضافة أثقال إلى الشخص ، لأن كثافة الإنسان عادة أقل من كثافة الماء . كما يجب أن يقاس حجم الماء المزاح بواسطة الشخص . أما متوسط كثافة الشخص فيمكن حسابه من توازن القوى التي تبقي الشخص في حالة اتزان تحت الماء .

111. حلل واستنتج يلزم قوة رأسية إلى أسفل مقدارها 700N لغمر كرة من البلاستيك كليا كما في الشكل 6-31.إذا علمت أن كثافة البلاستيك 95kg/ ، فما مقدار:

a. النسبة المئوية للجزء المغمور من الكرة إذا تركت تطفو بحرية؟

b. وزن الكرة في الهواء؟

c. حجم الكرة؟

الحل:

a. كثافة الرغوة نسبة إلى الماء هي

إذا سيغمر 9.5% من الكرة الطافية .

112. تطبيق المفاهيم توضع الأسماك الاستوائية التي تربى في أحواض السمك المنزلية عند شرائها في أكياس بلاستيكية شفافة مملوءة جزئيا بالماء. إذا وضعت سمكة في كيس مغلق داخل الحوض، فأي الحالات المبينة في الشكل 6-32 تمثل أفضل ما يمكن أن يحدث؟ فسر استدلالك.

الحل:

إن كثافة الماء في الكيس بالإضافة إلى كثافة السمك والبلاستيك مجتمعة قريبة من كثافة الماء في حوض الماء . لذا يجب أن يطفو الكيس على مستوى الماء في الكيس وعلى ارتفاع مستوى الماء نفسه في حوض الماء .

الكتابة في الفيزياء

113. تتمدد بعض المواد الصلبة عندما تبرد، ومن أكثر الأمثلة شيوعا تمدد الماء عند انخفاض درجة حرارته بين 4 C و0 C ، ولكن تتمدد الأربطة المطاطية أيضا عند تبريدها، ابحث عن سبب هذا التمدد.

الحل:

تصنع الأربطة المطاطية من جزيئات المطاط الطويلة التي تسمى البوليمرات ، والتي تتخذ هيئة سلاسل مزودة ببعض الوصلات الطويلة . وتنشأ خصائص المطاط من قدرة هذه الوصلات على الالتواء والدوران . وعندما يبرد المطاط تتمدد هذه الوصلات بخط مستقيم تماما كوصلات سلسلة الحديد التي تمسكها من أحد طرفيها وتسمح لها أن تتدلى بحرية . ولأن الوصلات مرتبة بتلك الطريقة فإن للبوليمرات فوضى (إنتروبي) صغيرة نسبيا . إن إضافة الحرارة إلى هذه البوليمرات تزيد من حركتها الحرارية ، وتبدأ عندها الوصلات في الاهتزاز ويتزايد عدم ترتيبها . وإذا جعلت هذه الوصلات تهتز بهذه الطريقة فإنك سترى أن متوسط طولها يصبح أقل مقارنة بحالة بقاء السلسلة معلقة دون حركة .

114. بحث العالم جاي – لوساك في قوانين الغاز، فكيف ساهم إنجاز جاي – لوساك في اكتشاف صيغة الماء؟

الحل:

كان العالم الفرنسي جاي لوساك مهتما أيضا بصعود المنطاد إلى ارتفاعات عالية . ولقد اكتشف أنه عندما يكون للغازات درجة الحرارة نفسها والضغط نفسه فسوف تتفاعل حجومها بنسب ذات أعداد صغيرة وصحيحة . لقد ساهم إنجاز جاي لوساك في اكتشاف صيغة الماء ، وذلك بإثباته أن حجمين من غاز الهيدروجين يتفاعلان مع حجم واحد من غاز الأكسجين . ولقد بنى أفوجادرو نتائجه على ما توصل إليه جاي لوساك ، وذلك عند صياغة العلاقة بين مولات الغاز والحجم .

115. تتحرك سيارة كتلتها 875 kg في اتجاه الجنوب بسرعة 15 m/s فتصدم بسيارة أخرى كبيرة كتلتها 1584 kg وتتحرك في اتجاه الشرق بسرعة 12 m/s، فتلتصقان معا بعد التصادم، بحيث يكون الزخم الخطي محفوظا.

a. مثل الحالة بالرسم، معينا محاور الإحداثيات ومحددا الحالة قبل التصادم وبعده.

b. جد سرعة حطام السيارتين مقدارا واتجاها بعد التصادم مباشرة، وتذكر أن الزخم كمية متجهة.

c. ينزلق الحطام على سطح الأرض ثم يتوقف، فإذا كان معامل الاحتكاك الحركي عندما كان الحطام ينزلق0.55. ومع افتراض أن التسارع ثابت، فما مقدار مسافة الانزلاق بعد التصادم؟

الحل: