الفيزياء التطبيقية – الفيزياء في المهن، الأرض والسماء، الفيزياء والبيئة

ماذا تعرض

تجمع هذه المحاكاة ثلاثة نماذج قصيرة في الفيزياء التطبيقية. في الأول ترفع رافعة أو مضخة ري أو مصعد بثقل موازن حمولةً بسرعة ثابتة: الشغل المفيد mgh، والقدرة المفيدة P = F·v، وتبيّن الكفاءة H مقدار الطاقة الإضافية التي يجب أن يوفرها المحرك. ويمثّل الثاني المسار اليومي الظاهري للشمس انطلاقًا من ميل محور الأرض، فيعطي ارتفاع الشمس وطول النهار لأي دائرة عرض وتاريخ. أما الثالث فنموذج توازن طاقة بطبقة واحدة يربط CO₂ في الغلاف الجوي بدرجة الحرارة المتوسطة لسطح الأرض.

طريقة الاستخدام

استخدم الأزرار العلوية للتنقل بين الموضوعات. في «الفيزياء في العمل» غيّر كتلة الحمولة المرفوعة واضغط «تغيير الآلة» لمقارنة الشغل والقدرة والطاقة المهدرة في الآلات الثلاث. في «الأرض والسماء» اضبط دائرة عرض الراصد، واسحب على السماء لتغيير ساعة اليوم، واضغط «تغيير اليوم (الانقلابان)» للتنقل بين الانقلابين والاعتدال. في «الفيزياء والبيئة» اسحب أفقيًا أو اضغط «CO₂ × 2» واقرأ درجة حرارة السطح الجديدة.

المعاملات القابلة للتغيير

• الموضوع الحالي 1. الفيزياء في المهن, 2. الأرض والسماء, 3. الفيزياء وحماية البيئة
• آلة الرفع رافعة بناء (كفاءة 75%), مضخة مياه للري (كفاءة 60%), مصعد بثقل موازن (كفاءة 85%)
• كتلة الحمولة المرفوعة 50–5000 kg
• دائرة عرض الراصد (الموجب شمالًا) -60–60 درجة
• اليوم من السنة 1–365 يوم
• تركيز CO₂ في الغلاف الجوي 280–1000 ppm

أسئلة للاستكشاف

1. لرفع الحمولة نفسها، لماذا تحتاج مضخة الري إلى طاقة كلية أكبر مما يحتاج إليه المصعد ذو الثقل الموازن؟
2. عند دائرة العرض 40° شمالًا، كيف يختلف ارتفاع الشمس عند الظهر وطول النهار بين اليوم 172 واليوم 355؟
3. بحسب النموذج، بكم ترتفع درجة الحرارة المتوسطة للسطح عندما يتضاعف CO₂ من 280 ppm؟