☰ خطة العام · الرياضيات التطبيقية (بالعربية)

السلالم والقضبان المسندة إلى حائط

الأسبوع 10 · Equilibrium of coplanar forces: ladders on rough ground and a smooth wall, a ladder held by a rope, and a rod about to slip · 3 دروس
2

سلم على أرض ملساء وحائط أملس يمسكه حبل أفقي: يزداد الشد كلما صعد الشخص، وأكبر مسافة آمنة

Applied Mathematics Sec 3 Term 1, Unit 2, Lesson 2, Part 3
Goalأوجد شد الحبل الذي يمسك سلمًا على أرض ملساء وإلى أي حد يصعد الشخص قبل أن ينقطع.
New words
حبل أفقي · حبل عند القدم مربوط بالحائط؛ يحل محل الاحتكاكأرض ملساء · الأرض لا تدفع إلا إلى أعلى
Explanation

على أرض ملساء لا يوجد احتكاك. يمسك السلم حبل أفقي مربوط بالقدم ⁦A⁩ وبالحائط. القوى كما سبق لكن شد الحبل ⁦T⁩ يحل محل الاحتكاك ⁦F⁩ (الحائط على اليمين؛ إلى أعلى وإلى اليمين وعكس عقارب الساعة موجب). رأسيًا: ⁦N = W + P⁩. أفقيًا: ⁦T = S⁩. العزوم حول ⁦A⁩ تعطي للسلم ⁦٣‎-٤‎-٥‎⁩ (طوله ⁦٥‎ m⁩ وقدمه تبعد ⁦٣‎ m⁩ عن الحائط): ⁦T = S = ٠٫٧٥‎(W/٢‎ + Pf)⁩. كلما صعد الشخص زاد ⁦f⁩ فيزيد ⁦T⁩. وإذا كان أكبر شد يتحمله الحبل ⁦Tmax⁩ فنضع ⁦T = Tmax⁩ ونحل لإيجاد ⁦f⁩: لا يصعد الشخص أعلى من ذلك.

θNTSWPABQ
Worked examples
θNTS120 N400 NABQ
سلم طوله ⁦٥‎ m⁩ ووزنه ⁦١٢٠‎ N⁩ تبعد قدمه ⁦٣‎ m⁩ عن حائط أملس على أرض ملساء ويمسكه حبل أفقي عند ⁦A⁩. يصعده رجل وزنه ⁦٤٠٠‎ N⁩. يتحمل الحبل ⁦٢٤٠‎ N⁩. إلى أي حد يصعد؟ ⁦T = ٠٫٧٥‎(٦٠‎ + ٤٠٠‎f) = ٢٤٠‎⁩ فـ⁦٦٠‎ + ٤٠٠‎f = ٣٢٠‎⁩ و⁦f = ٠٫٦٥‎⁩ أي ⁦s = ٣٫٢٥‎ m⁩. جدول ⁦T⁩ بدلالة ⁦f⁩: ⁦f = ٠‎⁩ يعطي ⁦٤٥‎ N⁩ و⁦٠٫٢٥‎⁩ يعطي ⁦١٢٠‎ N⁩ و⁦٠٫٥‎⁩ يعطي ⁦١٩٥‎ N⁩ و⁦٠٫٧٥‎⁩ يعطي ⁦٢٧٠‎ N⁩ و⁦١‎⁩ يعطي ⁦٣٤٥‎ N⁩.
الرجل نفسه عند قمة السلم (⁦f = ١‎⁩). أوجد ⁦T⁩ و⁦N⁩. ⁦T = ٠٫٧٥‎(٦٠‎ + ٤٠٠‎) = ٣٤٥‎ N⁩ و⁦N = ١٢٠‎ + ٤٠٠‎ = ٥٢٠‎ N⁩.
Class activity

أسند مسطرة إلى حائط وطرفها السفلي على صينية ملساء بإصبعك. لماذا يلزم أن يشد إصبعك نحو الحائط؟ توقّع الاتجاه قبل التجربة.

Practice
1
سلم ⁦٨٠‎ N⁩ (طوله ⁦٥‎ m⁩ وقدمه تبعد ⁦٣‎ m⁩ عن الحائط) على أرض ملساء وحبل عند القدم، ورجل ⁦٢٤٠‎ N⁩ عند منتصفه. أوجد ⁦T⁩.
2
سلم ⁦١٠٠‎ N⁩ يحمل رجلًا ⁦٣٠٠‎ N⁩ (الشكل نفسه، أرض ملساء، حبل عند القدم) ويتحمل الحبل ⁦١٥٠‎ N⁩. إلى أي مسافة يصعد؟
3
سلم ⁦٨٠‎ N⁩ (الشكل نفسه، أرض ملساء، حبل عند القدم) عليه رجل ⁦٢٤٠‎ N⁩ عند القمة. أوجد ⁦N⁩ و⁦S⁩ و⁦T⁩.
4
لماذا يزداد الشد كلما صعد الرجل؟
5
سلم منتظم وزنه ⁦٣٠٠‎ N⁩ قمته على ارتفاع ⁦٦‎ m⁩ من الأرض وقدمه تبعد ⁦٣‎ m⁩ عن الحائط أي ⁦tan θ = ٢‎⁩. الأرض ملساء ولا رجل عليه. أوجد ⁦T⁩.