المنقذ — منصة المرحلة الثانوية

أهداف الدرس

أتعرّف على مفهوم علم الفيزياء وأكتب تعريفه كما ورد في الكتاب.
أصنّف مجالات علم الفيزياء الرئيسية (الكلاسيكية والحديثة) ومجالاتها الفرعية.
أميّز بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الحديثة من حيث طبيعة الأجسام التي يدرسها كل مجال (الكتلة والسرعة).
أوضّح تكامل الفيزياء مع الفروع الأخرى للعلوم الطبيعية.
أستكشف دور علم الفيزياء في تطور العلوم الأخرى وفي بناء التقنيات الحديثة.

الشرح خطوة بخطوة

1 / 430:00

المقطع 1 من 12الوحدة الأولى: الحركة Motion0:55

مقاطع الدرس

0 من 12 مكتمل

الوحدة الأولى: الحركة Motion(ص 14)

تضم الوحدة الأولى «الحركة Motion» ثلاثة فصول: الفصل الأول: علم الفيزياء Physics، والفصل الثاني: الحركة في بُعد واحد One-Dimensional Motion، والفصل الثالث: الحركة في بُعدين Two-Dimensional Motion.(ص 16)

من وطني .. كويت سات - 1: طموح يعانق السماء(ص 17)

نجحت الكويت في حجز مقعدٍ لها بين النجوم. فالفيزياء ليست مجرد معادلات وقوانين كما يظن البعض، بل هي القوة الداعمة التي مكنت سواعد شباب الكويت من إطلاق «كويت سات 1»، أول قمر اصطناعي كويتي في المدار الفضائي للأرض وبكل فخرٍ. فلا شيء مستحيل بالفيزياء (لغة الكون)، فبالعلم والإرادة وبسواعد أبناء الوطن الأوفياء تحقق هذا الحلم. وبدعم من مؤسسة الكويت للتقدم العلمي وبسواعد شباب جامعة الكويت، انطلق قمر «كويت سات-1» في مطلع عام ٢٠٢٣، ليكون عينًا للكويت من الفضاء. فهو ثمرة إبداع فيزيائيين ومهندسين كويتيين ألهمتهم الفيزياء واقتنعوا بإمكانية امتلاك المستقبل بتطبيق قوانين الفيزياء التي ستراها في هذا الكتاب.(ص 17)

من المفاهيم التي كانت حاضرة في هذا الإنجاز:
دقة القياس: الدقة المتناهية التي صُممت بها أجهزة القمر الاصطناعي.
مفهوم الحركة: المسارات المحسوبة التي سلكها الصاروخ ليضع القمر في مساره الصحيح.
لغة الأرقام: البيانات والصور التي يرسلها القمر ويقوم المختصون بدراستها، لحماية بيئتنا ولتطوير أبحاثنا.

انتبههذه المفاهيم موجودة بالكتاب الذي بين يديك، ودراستك لمفاهيم الفيزياء الجميلة اليوم هي الخطوة الأولى لتصبح أنت بعقلك العبقري من سيبني، أو يقود، أو يقوم بالصيانة الدورية لـ «كويت سات-٢» أو ما بعده. «بالفيزياء نفهم العالم.. وبالإرادة نرفع اسم الكويت عالياً».(ص 18)

الفصل الأول: علم الفيزياء Physics(ص 20)

انتبهيفتتح الفصل بقوله تعالى: ﴿إِنَّا كُلَّ شَيْءٍ خَلَقْنَاهُ بِقَدَرٍ﴾ (سورة القمر: ٤٩). ويضم الفصل درسين: الدرس الأول: علم الفيزياء Physics، والدرس الثاني: الكميات الفيزيائية Physical Quantities.(ص 20)

الدرس الأول [1-1]: علم الفيزياء Physics(ص 21)

الأدوات والتقنيات المعقدة التي تستخدمها يوميًا، ابتداءً من وسيلة النقل التي تُقِلُّك، إلى جهاز الهاتف الذي تستخدمه، لم يبدأ العمل في إنتاجها من المختبرات المعقدة، بل بدأ بسؤال بسيط وعميق: «كيف يعمل هذا الكون؟». من هذا السؤال ينطلق علم الفيزياء في محاولة اكتشاف الطبيعة وفهم أسرارها وتطويعها في خدمة البشرية. وفي هذه المرحلة أنت لا تقرأ كتابًا مدرسيًا فحسب، بل «إطارًا تفسيريًا للكون» يمُدّك بالأدوات التي تحتاجها لتُجيب عن تساؤلات تلامس حياتك اليومية، وأُخرى تخص الظواهر الطبيعية من حولك.(ص 21)

العلم يبدأ بسؤال، أين تجد الإجابة؟(ص 22)

مثاللماذا يهطل المطر؟ لماذا السماء زرقاء؟ لماذا تنجذب الأشياء نحو مركز الأرض دائمًا؟ ما الذي يجعل الطائرة ترتفع في السماء رغم كتلتها الكبيرة؟ هل يمكن لجُسيم متناهي الصغر أن يتواجد في مكانين في نفس الوقت؟ الإجابة عن هذه التساؤلات توَصَّل إليها العلماء من خلال دراسة علم الفيزياء. فعلم الفيزياء فرعٌ من فروع العلوم الطبيعية يختص بدراسة المادة والطاقة والعلاقة بينهما. ويهدف علم الفيزياء إلى تفسير الظواهر الكونية والتنبؤ بها بدقة من خلال استنباط القوانين الرياضية، كما يسهم في بناء الأساس العلمي للعديد من التقنيات الحديثة التي نستخدمها في حياتنا.(ص 22)

أين ترى الفيزياء؟(ص 22)

يعمل الفيزيائيون في مجالات واسعة ومتنوعة تسهم في تقدم المجتمع وتطوره، فهم يشاركون في مجالات الهندسة والطاقة والطب والتقنية والبحث العلمي. مما يجعل دراسة الفيزياء بوابةً لفُرص مهنية متعددة تخدم الإنسان وتُسهم في بناء مستقبل أفضل له.(ص 22)

سيارة سباق في مضمار وقت الغروب (نشاط اكتشف بنفسك ٢)(ص 23)

الفيزياء والرياضيات: لغة التنبؤ(ص 23)

ترتبط الفيزياء ارتباطًا وثيقًا بعلم الرياضيات، إذ تُعدّ الرياضيات اللغة التي تُعبِّر بها الفيزياء عن قوانينها ومفاهيمها من أجل وصف أكثر دقة للظواهر باستخدام الأرقام والعلاقات الرياضية. فلا تكتفي الفيزياء بوصف الظواهر بل تسعى لبناء نماذج رياضية تمنحنا القدرة على التنبؤ بالمستقبل، كالقدرة على تحديد وقت وصول مسبار فضائي إلى هدفه بدقة متناهية.(ص 23)

مجالات علم الفيزياء(ص 23)

في نهايات القرن التاسع عشر، كانت المجتمعات المتقدمة تعمل بدقة غير مسبوقة؛ فالقطارات البخارية تشق الأرض، والسفن تعبر المحيطات، والمصابيح الكهربائية تضيء الشوارع. كل هذا بجهود علماء الفيزياء من أمثال نيوتن وماكسويل. في ذلك الوقت، ساد اعتقاد بين العلماء بأنهم وضعوا «كتيب التعليمات الكامل للكون». لقد ظنوا أن الفيزياء قد وصلت لأوّجها، وأن كل ما يمكن أن تضيفه الأبحاث هو مزيد من الدقة فقط. استمر الوضع على هذا النحو حتى واجه علماء الفيزياء معضلتين.(ص 23)

المعضلتان اللتان واجهتا علماء الفيزياء(ص 23)

ومع مطلع القرن العشرين، واجه العلماء أزمة حقيقية في تفسير استقرار البنية الذرية، ليكتشفوا أن الكون أغرب بكثير مما تخيله العلماء السابقين.(ص 23)

مثالومن هنا قُسّمت الفيزياء إلى مجالين رئيسيين: 1- الفيزياء الكلاسيكية: هي المجال الذي يدرس ويتنبأ بالظواهر الطبيعية وحركة الأجسام على المستوى الماكروسكوبي (الكبير) التي نراها في حياتنا اليومية، بشرط أن تكون سرعتها أقل بكثير من سرعة الضوء. ويعتمد هذا الفرع بشكل أساسي على قوانين نيوتن للحركة والجاذبية، ومعادلات ماكسويل الكهرومغناطيسية، التي تعتبر أن الكون يعمل بآلية محددة ودقيقة يمكن التنبؤ بها بدقة مطلقة من خلال معرفة متغيراتها. 2- الفيزياء الحديثة: هي المجال الذي يدرس الظواهر الطبيعية على المستوى الميكروسكوبي (الدقيق جدًا كالذرات والجسيمات دون الذرية)، أو الأجسام التي تتحرك بسرعات هائلة تقترب من سرعة الضوء. تعتمد الفيزياء الحديثة على نظريتين أساسيتين: النظرية النسبية لأينشتاين، ونظرية ميكانيكا الكم لماكس بلانك. ومن خلالها انتقلت الفيزياء من النظرة الحتمية المطلقة التي سادت مع الفيزياء الكلاسيكية إلى مفهوم الاحتمالات وعدم اليقين.(ص 24)

اكتشف بنفسك (٣): حدِّد مجال الفيزياء المناسب لكل مشروع(ص 24)

أولًا: مجالات الفيزياء الكلاسيكية(ص 25)

الميكانيكا Mechanics: تُعنى بدراسة حركة الأجسام والقوى المؤثرة عليها، وتفسر قوانينها ظواهر متنوعة تبدأ من سقوط التفاحة وصولًا إلى حركة الكواكب في مداراتها، وتُعد الأساس في تصميم جميع وسائل النقل والمنشآت الهندسية.
الديناميكا الحرارية Thermodynamics: تُركز على دراسة الحرارة كشكل من أشكال الطاقة وتحولاتها المختلفة، وتبحث في كيفية انتقال الطاقة بين الأنظمة، وهي العلم الذي تقوم عليه صناعة المحركات (الحرارية) وأنظمة التبريد وتكييف الهواء.
الكهرومغناطيسية Electromagnetism: تدرس التفاعلات بين الشحنات الكهربائية والمجالات المغناطيسية، وتفسر كيفية عمل الدوائر الكهربائية والمحركات (الكهربائية)، كما تبحث في طبيعة الموجات الكهرومغناطيسية، وتعتبر أساس تكنولوجيا الاتصالات الحديثة.
البصريات والموجات Optics & Waves: يختص هذا المجال بدراسة طبيعة الأمواج، كالأمواج الكهرومغناطيسية مثل الضوء وظواهره، والأمواج الميكانيكية مثل الصوت وانتشاره في الأوساط المادية.

انتبه«انظر بعمق إلى الطبيعة، وبعد ذلك سوف تفهم كل شيء بشكل أفضل». ألبرت أينشتاين.(ص 25)

ثانيًا: مجالات الفيزياء الحديثة(ص 26)

ميكانيكا الكم Quantum Mechanics: تختص بدراسة سلوك المادة والطاقة على المستوى الذري ودون الذري، وتفترض أن الطاقة توجد في حزم منفصلة، وهي العلم المسؤول عن ثورة الإلكترونيات وتطوير المعالجات الحاسوبية وأجهزة الليزر باعتبار الضوء طاقة كمية.
الفيزياء الذرية والنووية Atomic & Nuclear Physics: تهدف الفيزياء الذرية إلى فهم تركيب الغلاف الإلكتروني للذرة، بينما تركز الفيزياء النووية على دراسة مكونات النواة والقوى التي تربطها، وتطبيقاتها واسعة تبدأ من توليد الطاقة في المفاعلات النووية وصولًا إلى استخدام النظائر المشعة في التشخيص والعلاج الطبي.
الفيزياء النسبية Relativity: تهتم بدراسة الأجسام التي تتحرك بسرعات هائلة تقترب من سرعة الضوء، وتفسر العلاقة بين الزمان والمكان والجاذبية، ومن أهم تطبيقاتها العملية ضمان دقة عمل أنظمة تحديد المواقع العالمية GPS.

هذه بعض المجالات التي اختصت بها الفيزياء ومازال العلم يتسع ليمتد من الذرة إلى المجرة، ومن العالم الذي يُرى إلى العالم المجهول والذي لا ندركه بالحواس، تتنوع مجالاته وتتداخل مع العلوم الأخرى كافة لتُسهم في التطور العلمي وإيجاد تقنيات تساعد في نمو المعرفة وتطبيقاتها. ولمّا كان فهم الكون يبدأ بفهم كيفية حركة الأجسام من حولنا، فمجال الميكانيكا في الفيزياء هو الأساس الذي بدأ منه علم الفيزياء، ومن هنا سننطلق في دراسة الفيزياء للصف العاشر.(ص 26)

الفيزياء والعلوم الأخرى ..(ص 26)

الفيزياء لا تقتصر على فهم الكون فحسب، بل تعمل أيضًا كمحرك خفي يدفع العديد من العلوم الأخرى؛ فهي تدعم مجالات علمية مثل: الأحياء، الكيمياء، الجيولوجيا (علم الأرض)، أو حتى الطب والهندسة.(ص 26)

إضاءة فيزيائية .. كيف تعمل أجهزة الكائنات الحية؟(ص 27)

الفيزياء الحيوية: انتقال الإشارات العصبية في الجسم(ص 27)

هل تعلم كيف تنتقل الإشارات العصبية من دماغك إلى أطرافك بسرعة فائقة تصل إلى عشرات الأمتار في الثانية الواحدة؟ وكيف يضخ قلبك الدم بقوة تكفي للدوران في جسدك كاملاً؟ الإجابة تكمن في الفيزياء الحيوية. يُعد هذا المجال أحد أكثر الفروع إثارة، حيث يطبق الفيزيائيون قوانين المادة والطاقة لفهم كيفية عمل الكائنات الحية. فنحن لا ننظر إلى الجسد كمجرد أعضاء، بل كمنظومة فيزيائية حيوية متكاملة. إن الفيزياء الحيوية تثبت لنا أن قوانين الفيزياء لا تحكم النجوم والآلات فحسب، بل هي المحرك الأساسي لكل نبضة قلب وكل فكرة تخطر ببالك.(ص 27)

حل المسائل على السبورة

شاهد المعلم يكتب الحل سطرًا سطرًا، أوقفه، أعد الخطوة، واسأل «لماذا؟» — ثم حُلّ مسألة مشابهة بنفسك لتكسب نجمة.

6 مسائل تُحل أمامك خطوة خطوة، وبعد كل مسألة سؤال قصير تكسب به نجمة.0 من 6

المسألة · الكتاب ص 28
اكتب المصطلح العلمي الذي تدل عليه العبارة الآتية: «فرعٌ من فروع العلوم الطبيعية يختص بدراسة المادة والطاقة والعلاقة بينهما».
المعطيات
1. العبارة: فرعٌ من فروع العلوم الطبيعيةمن هنا
2. يختص بدراسة المادة والطاقة
3. والعلاقة بينهما
1. الجزء الأول: فرعٌ من فروع العلوم الطبيعية
المعلم: نَبْدَأُ بِتَفْكِيكِ العِبارَةِ إِلَى أَجْزاءٍ. الجُزْءُ الأَوَّلُ يَقُولُ فَرْعٌ مِنْ فُرُوعِ العُلُومِ الطَّبِيعِيَّةِ، فَهَذا يُخْرِجُ الرِّياضِيّاتِ وَالتّارِيخَ مِنَ الحِسابِ، وَيُبْقِي أَمامَنا العُلُومَ الطَّبِيعِيَّةَ مِثْلَ الأَحْياءِ وَالكِيمْياءِ وَالجِيُولُوجْيا وَالفِيزْياءِ.
الخطوة 1 من 4

الملخص

علم الفيزياء فرعٌ من فروع العلوم الطبيعية يختص بدراسة المادة والطاقة والعلاقة بينهما.
يهدف علم الفيزياء إلى تفسير الظواهر الكونية والتنبؤ بها بدقة من خلال استنباط القوانين الرياضية، كما يسهم في بناء الأساس العلمي للتقنيات الحديثة.
الرياضيات هي اللغة التي تُعبِّر بها الفيزياء عن قوانينها ومفاهيمها؛ فالفيزياء لا تكتفي بوصف الظواهر بل تبني نماذج رياضية تمنحنا القدرة على التنبؤ بالمستقبل.
استمر اعتقاد العلماء بأن الفيزياء وصلت لأوّجها حتى واجهتهم معضلتان: عدم سقوط الالكترونات داخل النواة رغم قوة التجاذب، وثبات سرعة الضوء مهما كانت حركة المصدر.
قُسّمت الفيزياء إلى مجالين رئيسيين: الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الحديثة.
الفيزياء الكلاسيكية تدرس وتتنبأ بالظواهر الطبيعية وحركة الأجسام على المستوى الماكروسكوبي (الكبير) بشرط أن تكون سرعتها أقل بكثير من سرعة الضوء، وتعتمد على قوانين نيوتن ومعادلات ماكسويل.
الفيزياء الحديثة تدرس الظواهر على المستوى الميكروسكوبي (الذرات والجسيمات دون الذرية) أو الأجسام فائقة السرعة، وتعتمد على النظرية النسبية لأينشتاين وميكانيكا الكم لماكس بلانك.
المجالات الفرعية للفيزياء الكلاسيكية: الميكانيكا، الديناميكا الحرارية، الكهرومغناطيسية، البصريات والموجات. وللفيزياء الحديثة: ميكانيكا الكم، الفيزياء الذرية والنووية، الفيزياء النسبية.

الأفكار الرئيسية

العلم يبدأ بسؤال؛ فالتساؤل هو مفتاح اكتشاف القوانين التي تحكم الكون.
معيار التصنيف بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الحديثة هو مستوى الجسم (ماكروسكوبي أو ميكروسكوبي) وسرعته مقارنة بسرعة الضوء.
الفيزياء لا تقتصر على فهم الكون، بل تعمل كمحرك خفي يدفع العلوم الأخرى: الأحياء والكيمياء والجيولوجيا وحتى الطب والهندسة.
مجال الميكانيكا هو الأساس الذي بدأ منه علم الفيزياء، ومنه تنطلق دراسة فيزياء الصف العاشر.

الأسئلة المهمة

عرّف علم الفيزياء.

علم الفيزياء فرعٌ من فروع العلوم الطبيعية يختص بدراسة المادة والطاقة والعلاقة بينهما.

الكتاب صفحة 22

ما هدف علم الفيزياء؟

يهدف علم الفيزياء إلى تفسير الظواهر الكونية والتنبؤ بها بدقة من خلال استنباط القوانين الرياضية، كما يسهم في بناء الأساس العلمي للعديد من التقنيات الحديثة التي نستخدمها في حياتنا.

الكتاب صفحة 22

علّل: ترتبط الفيزياء بعلم الرياضيات ارتباطًا وثيقًا.

لأن الرياضيات هي اللغة التي تُعبِّر بها الفيزياء عن قوانينها ومفاهيمها من أجل وصف أكثر دقة للظواهر باستخدام الأرقام والعلاقات الرياضية، ولأن الفيزياء تسعى لبناء نماذج رياضية تمنحنا القدرة على التنبؤ بالمستقبل.

الكتاب صفحة 23

ما المعضلتان اللتان واجهتا علماء الفيزياء بعد أن ظنوا أن الفيزياء وصلت لأوّجها؟

الأولى: لماذا لا تسقط الالكترونات داخل النواة على الرغم من قوة التجاذب بينهما؟ والثانية: لماذا سرعة الضوء ثابتة دائمًا مهما كانت حركة المصدر؟

الكتاب صفحة 23

قارن بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الحديثة من حيث طبيعة الأجسام التي يدرسها كل مجال (الكتلة - السرعة).

الفيزياء الكلاسيكية: أجسام على المستوى الماكروسكوبي (الكبير) نراها في حياتنا اليومية، وسرعتها أقل بكثير من سرعة الضوء. الفيزياء الحديثة: أجسام على المستوى الميكروسكوبي (الدقيق جدًا كالذرات والجسيمات دون الذرية)، أو أجسام تتحرك بسرعات هائلة تقترب من سرعة الضوء.

الكتاب صفحة 24

عدّد مجالات الفيزياء الكلاسيكية الفرعية.

الميكانيكا Mechanics، الديناميكا الحرارية Thermodynamics، الكهرومغناطيسية Electromagnetism، البصريات والموجات Optics & Waves.

الكتاب صفحة 25

عدّد مجالات الفيزياء الحديثة الفرعية.

ميكانيكا الكم Quantum Mechanics، الفيزياء الذرية والنووية Atomic & Nuclear Physics، الفيزياء النسبية Relativity.

الكتاب صفحة 26

علّل: يُعد مجال الميكانيكا هو الأساس الذي بدأ منه علم الفيزياء.

لأن فهم الكون يبدأ بفهم كيفية حركة الأجسام من حولنا، والميكانيكا هي التي تُعنى بدراسة حركة الأجسام والقوى المؤثرة عليها؛ ومن هنا تنطلق دراسة الفيزياء للصف العاشر.

الكتاب صفحة 26

الواجب

أسئلة تطبيقية لتحلها في البيت. يمكنك طباعتها من الأعلى.

(تحقق مما تعلمت 1) فكّر في ثلاثة أسئلة تراودك حول الظواهر الطبيعية من حولك، ثم اكتب الأسئلة وحدد المجال الفيزيائي الذي يجيب عليها.

متوسط

(تحقق مما تعلمت 2) ارسم خريطة مفاهيم توضح فيها مفهوم علم الفيزياء والمجالات الأساسية والفرعية التي يدرسها، مع توضيح مثال تطبيقي لكل منها.

صعب

(أنت الفيزيائي - السؤال الثاني) أكمل: تُعتبر .......... أحد مجالات الفيزياء الحديثة، وتهدف إلى فهم النواة ومكوناتها.

متوسط

(أنت الفيزيائي - السؤال الثاني) أكمل: تصميم المنشآت الهندسية يعتمد في الأساس على مجال .......... والذي يُعتبر من مجالات الفيزياء الكلاسيكية.

متوسط

(أنت الفيزيائي - السؤال الثالث) قارن بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الحديثة من حيث: طبيعة الأجسام التي يدرسها هذا المجال (الكتلة - السرعة)، ثم عدِّد مجالين من المجالات الفرعية لكل مجال.

صعب

مصطلحات الدرس

علم الفيزياء (Physics): فرعٌ من فروع العلوم الطبيعية يختص بدراسة المادة والطاقة والعلاقة بينهما.
الفيزياء الكلاسيكية: المجال الذي يدرس ويتنبأ بالظواهر الطبيعية وحركة الأجسام على المستوى الماكروسكوبي (الكبير)، بشرط أن تكون سرعتها أقل بكثير من سرعة الضوء.
الفيزياء الحديثة: المجال الذي يدرس الظواهر الطبيعية على المستوى الميكروسكوبي (الدقيق جدًا كالذرات والجسيمات دون الذرية)، أو الأجسام التي تتحرك بسرعات هائلة تقترب من سرعة الضوء.
الميكانيكا (Mechanics): مجال يُعنى بدراسة حركة الأجسام والقوى المؤثرة عليها، ويُعد الأساس في تصميم وسائل النقل والمنشآت الهندسية.
الديناميكا الحرارية (Thermodynamics): مجال يركز على دراسة الحرارة كشكل من أشكال الطاقة وتحولاتها المختلفة وكيفية انتقال الطاقة بين الأنظمة.
الكهرومغناطيسية (Electromagnetism): مجال يدرس التفاعلات بين الشحنات الكهربائية والمجالات المغناطيسية، ويُعتبر أساس تكنولوجيا الاتصالات الحديثة.
البصريات والموجات (Optics & Waves): مجال يختص بدراسة طبيعة الأمواج، كالأمواج الكهرومغناطيسية مثل الضوء والأمواج الميكانيكية مثل الصوت.
ميكانيكا الكم (Quantum Mechanics): مجال يختص بدراسة سلوك المادة والطاقة على المستوى الذري ودون الذري، ويفترض أن الطاقة توجد في حزم منفصلة.
الفيزياء النسبية (Relativity): مجال يهتم بدراسة الأجسام التي تتحرك بسرعات هائلة تقترب من سرعة الضوء، ويفسر العلاقة بين الزمان والمكان والجاذبية.

تمارين الكتاب كاملة

كل سؤال ونشاط وتمرين ورد في صفحات هذا الدرس، بنصه وإجابته النموذجية. 17 تمرينًا.

فكِّر !!كيف تساهم الفيزياء وأدواتها في فهم نظام الكون ومكوناته؟(ص 21)

تساهم الفيزياء في فهم نظام الكون لأنها تختص بدراسة المادة والطاقة والعلاقة بينهما، وتهدف إلى تفسير الظواهر الكونية والتنبؤ بها بدقة من خلال استنباط القوانين الرياضية. وأدواتها هي الرياضيات (الأرقام والعلاقات والنماذج الرياضية) التي تمنحنا وصفًا أدق للظواهر وقدرة على التنبؤ بالمستقبل، كتحديد وقت وصول مسبار فضائي إلى هدفه بدقة متناهية.

اكتشف بنفسك (1)الصورة على اليسار التقطها تلسكوب هابل، تُظهر منطقة نشطة لتَشكُّل النجوم داخل سحابة ماجلان الصغرى، تأملها ثم اكتب ثلاثة أسئلة تتبادر إلى ذهنك.(ص 22)

إرشاد الإجابة: نشاط مفتوح، ويُقبل أي ثلاثة أسئلة تتعلق بالصورة، مثل: كيف تتكوّن النجوم داخل هذه السحابة؟ ما مصدر الضوء الأزرق في الصورة؟ كم تبعد سحابة ماجلان الصغرى عنا؟ ويعلق الكتاب: «أنت الآن تمارس أولى مهارات الفيزيائي، فالتساؤل هو مفتاح اكتشاف القوانين التي تحكم الكون».

أين ترى الفيزياء؟تأمل الصور في الشكل (2)، لاحظ أجهزة التصوير الطبي في المستشفيات، توربينات الرياح، والأقمار الصناعية وألواح الطاقة الشمسية، ناقش زملاءك أين تكمن الفيزياء فيها؟(ص 22)

إرشاد الإجابة: أجهزة التصوير الطبي تعتمد على الموجات الكهرومغناطيسية والفيزياء الذرية والنووية، وتوربينات الرياح تحوّل طاقة حركة الهواء إلى طاقة كهربائية (ميكانيكا وكهرومغناطيسية)، والأقمار الصناعية تعتمد على الميكانيكا في حساب المدارات، وألواح الطاقة الشمسية تحوّل طاقة الضوء إلى طاقة كهربائية. وفي كل صورة يظهر تعريف الفيزياء نفسه: مادة وطاقة وعلاقة بينهما.

اكتشف بنفسك (2)ناقش زملاءك. لماذا يصعُب عليك وصف جمال منظر غروب الشمس بدقة، بينما يسهل عليك الوصف الدقيق لسرعة سيارة تتحرك في مضمار سباق؟(ص 23)

إرشاد الإجابة: لأن جمال الغروب انطباع وصفي لا يمكن التعبير عنه بالأرقام، أما سرعة السيارة فهي كمية فيزيائية يمكن قياسها والتعبير عنها بالأرقام والعلاقات الرياضية. ومن هنا تُعدّ الرياضيات اللغة التي تُعبِّر بها الفيزياء عن قوانينها ومفاهيمها من أجل وصف أكثر دقة للظواهر.

المعضلة (1)لماذا لا تسقط الالكترونات داخل النواة على الرغم من قوة التجاذب بينهما؟(ص 23)

هذه إحدى المعضلتين اللتين واجهتا علماء الفيزياء ولم تستطع الفيزياء الكلاسيكية تفسيرهما. وقد واجه العلماء مع مطلع القرن العشرين أزمة حقيقية في تفسير استقرار البنية الذرية، فكان الحل في نشأة الفيزياء الحديثة، وتحديدًا نظرية ميكانيكا الكم لماكس بلانك التي تدرس سلوك المادة والطاقة على المستوى الذري ودون الذري.

المعضلة (2)لماذا سرعة الضوء ثابتة دائمًا مهما كانت حركة المصدر؟(ص 23)

هذه المعضلة الثانية التي عجزت الفيزياء الكلاسيكية عن تفسيرها، وكانت من أسباب ظهور الفيزياء الحديثة، وتحديدًا النظرية النسبية لأينشتاين التي تدرس الأجسام التي تتحرك بسرعات هائلة تقترب من سرعة الضوء وتفسر العلاقة بين الزمان والمكان والجاذبية.

اكتشف بنفسك (3) - المشروع رقم (1)كمهندس تعمل في مركز الكويت الوطني لأبحاث الفضاء (Kuwait-NSRC)، عليك اختيار المجال الفيزيائي المناسب لدراسة المشروع الآتي: هبوط مسبار فضائي على القمر. الكتلة: كتلة كبيرة، السرعة: عادية. حدِّد مجال الفيزياء المناسب: الفيزياء الكلاسيكية / الفيزياء الحديثة.(ص 24)

الفيزياء الكلاسيكية. لأن المسبار جسم على المستوى الماكروسكوبي (كتلة كبيرة) وسرعته عادية أي أقل بكثير من سرعة الضوء، وهذا هو شرط الفيزياء الكلاسيكية، ويُدرس بقوانين نيوتن للحركة والجاذبية.

اكتشف بنفسك (3) - المشروع رقم (2)حدِّد مجال الفيزياء المناسب لدراسة المشروع: دراسة الثقب الأسود M87. الكتلة: كتلة هائلة، السرعة: فائقة. الفيزياء الكلاسيكية / الفيزياء الحديثة.(ص 24)

الفيزياء الحديثة. لأن السرعة فائقة أي تقترب من سرعة الضوء، فينتفي شرط الفيزياء الكلاسيكية، والمجال الفرعي المناسب هو الفيزياء النسبية التي تدرس الأجسام فائقة السرعة وتفسر العلاقة بين الزمان والمكان والجاذبية.

اكتشف بنفسك (3) - المشروع رقم (3)حدِّد مجال الفيزياء المناسب لدراسة المشروع: تصميم معالج ذكي. الكتلة: كتلة ذرية، السرعة: عادية. الفيزياء الكلاسيكية / الفيزياء الحديثة.(ص 24)

الفيزياء الحديثة. لأن الكتلة ذرية أي أن الدراسة على المستوى الميكروسكوبي، وهذا مجال الفيزياء الحديثة، والمجال الفرعي المناسب هو ميكانيكا الكم وهي العلم المسؤول عن ثورة الإلكترونيات وتطوير المعالجات الحاسوبية.

الفيزياء والعلوم الأخرى (نشاط)كن باحثًا علميًا واختر أحد هذه العلوم، وفكّر: كيف أحدث مفهوم أو اكتشاف معين في الفيزياء ثورة في ذلك العلم؟ شارك زملاءك أكثر ما أثار دهشتك في بحثك.(ص 26)

إرشاد الإجابة: نشاط بحثي مفتوح. أمثلة يمكن البناء عليها من الدرس: في الطب أحدثت الفيزياء الذرية والنووية ثورة باستخدام النظائر المشعة في التشخيص والعلاج الطبي، وفي الإلكترونيات أحدثت ميكانيكا الكم ثورة في تطوير المعالجات الحاسوبية وأجهزة الليزر، وفي الأحياء تفسر الفيزياء الحيوية انتقال الإشارات العصبية وضخ القلب للدم. ويُشترط ربط المفهوم الفيزيائي بالعلم الذي تغيّر بسببه.

تحقق مما تعلمت (1)فكّر في ثلاثة أسئلة تراودك حول الظواهر الطبيعية من حولك. فكّر: هل يمكن أن تحصل على إجابة عنها في أحد مجالات الفيزياء؟ اكتب الأسئلة وحدد المجال الفيزيائي الذي يجيب عليها.(ص 27)

إرشاد الإجابة: يُكتب في الجدول سؤال في كل صف ثم المجال المقابل له. نموذج: «لماذا السماء زرقاء؟» البصريات والموجات، «لماذا تنجذب الأشياء نحو مركز الأرض؟» الميكانيكا، «كيف يعمل فرن الميكروويف؟» الكهرومغناطيسية، «كيف تولَّد الطاقة في المفاعلات النووية؟» الفيزياء الذرية والنووية. ويُقبل أي سؤال آخر إذا طابق تعريف المجال في الكتاب.

تحقق مما تعلمت (2)ارسم خريطة مفاهيم توضح فيها مفهوم علم الفيزياء والمجالات الأساسية والفرعية التي يدرسها، مع توضيح مثال تطبيقي لكل منها.(ص 27)

إرشاد الإجابة: في المركز «علم الفيزياء: فرع من فروع العلوم الطبيعية يختص بدراسة المادة والطاقة والعلاقة بينهما». يتفرع منه: (1) الفيزياء الكلاسيكية ومنها: الميكانيكا (تصميم وسائل النقل والمنشآت الهندسية)، الديناميكا الحرارية (المحركات الحرارية وأنظمة التبريد والتكييف)، الكهرومغناطيسية (الدوائر والمحركات الكهربائية والاتصالات)، البصريات والموجات (الضوء وظواهره والصوت وانتشاره). (2) الفيزياء الحديثة ومنها: ميكانيكا الكم (المعالجات الحاسوبية وأجهزة الليزر)، الفيزياء الذرية والنووية (المفاعلات النووية والنظائر المشعة في التشخيص والعلاج)، الفيزياء النسبية (أنظمة تحديد المواقع العالمية GPS).

إضاءة فيزيائية.. كيف تعمل أجهزة الكائنات الحية؟هل تعلم كيف تنتقل الإشارات العصبية من دماغك إلى أطرافك بسرعة فائقة تصل إلى عشرات الأمتار في الثانية الواحدة؟ وكيف يضخ قلبك الدم بقوة تكفي للدوران في جسدك كاملاً؟(ص 27)

الإجابة تكمن في الفيزياء الحيوية؛ وهي أحد أكثر الفروع إثارة، حيث يطبق الفيزيائيون قوانين المادة والطاقة لفهم كيفية عمل الكائنات الحية، فلا يُنظر إلى الجسد كمجرد أعضاء بل كمنظومة فيزيائية حيوية متكاملة. وتثبت لنا الفيزياء الحيوية أن قوانين الفيزياء لا تحكم النجوم والآلات فحسب، بل هي المحرك الأساسي لكل نبضة قلب وكل فكرة تخطر ببالك.

أنت الفيزيائي - السؤال الأولاكتب المصطلح العلمي الذي تدل عليه العبارة الآتية: فرعٌ من فروع العلوم الطبيعية يختص بدراسة المادة والطاقة والعلاقة بينهما.(ص 28)

علم الفيزياء (Physics).

أنت الفيزيائي - السؤال الثاني (1)أكمل العبارة التالية بما تراه مناسبًا علميًا: تُعتبر .......... أحد مجالات الفيزياء الحديثة، وتهدف إلى فهم النواة ومكوناتها.(ص 28)

الفيزياء النووية. لأنها تركز على دراسة مكونات النواة والقوى التي تربطها، وتطبيقاتها واسعة تبدأ من توليد الطاقة في المفاعلات النووية وصولًا إلى استخدام النظائر المشعة في التشخيص والعلاج الطبي.

أنت الفيزيائي - السؤال الثاني (2)أكمل العبارة التالية بما تراه مناسبًا علميًا: تصميم المنشآت الهندسية يعتمد في الأساس على مجال .......... والذي يُعتبر من مجالات الفيزياء الكلاسيكية.(ص 28)

الميكانيكا. لأن الكتاب ينص على أن الميكانيكا تُعنى بدراسة حركة الأجسام والقوى المؤثرة عليها، وتُعد الأساس في تصميم جميع وسائل النقل والمنشآت الهندسية.

أنت الفيزيائي - السؤال الثالثقارن بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الحديثة من حيث: طبيعة الأجسام التي يدرسها هذا المجال (الكتلة - السرعة)، وعدِّد مجالين من المجالات الفرعية لهذا المجال.(ص 28)

طبيعة الأجسام — الفيزياء الكلاسيكية: أجسام على المستوى الماكروسكوبي (كتلة كبيرة نراها في حياتنا اليومية) وسرعتها أقل بكثير من سرعة الضوء. الفيزياء الحديثة: أجسام على المستوى الميكروسكوبي (كتلة ذرية أو دون ذرية) أو أجسام تتحرك بسرعات هائلة تقترب من سرعة الضوء. المجالات الفرعية — الكلاسيكية: الميكانيكا والديناميكا الحرارية (ويصح أيضًا الكهرومغناطيسية والبصريات والموجات). الحديثة: ميكانيكا الكم والفيزياء الذرية والنووية (ويصح أيضًا الفيزياء النسبية).