من الظواهر اليومية إلى اتساع الكون.
371 مقالًا
كم عدد أقمار المريخ؟ للمريخ قمران طبيعيان معروفان، هما فوبوس وديموس، وقد اكتشفهما الفلكي أساف هول عام 1877. وهما جسمان صغيران غير منتظمي الشكل، يختلفان في الحجم والمسافة ومدة الدوران. ويقدم التعرف إليهما مثالًا واضحًا على أن أقمار الكواكب لا تشبه قمر الأرض في الشكل أو الحجم بالضرورة.
تبدأ تمارين على حساب مساحة الدائرة بتحديد المعطى: هل هو نصف القطر، أم القطر، أم المحيط؟ نحتاج إلى نصف القطر في العلاقة A=πr². لذلك قد تسبق التعويض خطوة لاستخراجه أو توحيد وحدته. سنحل مسائل جديدة، ونبقي π في الجواب الدقيق ثم نقرب في النهاية عند الحاجة.
في مسائل على محيط المستطيل نجمع أطوال حدوده الأربعة. ولأن الضلعين المتقابلين متساويان، نستخدم P=2(L+w)، حيث L الطول و w العرض. سنحل مسائل مباشرة وعكسية، ثم نقارن شكلين لهما المحيط نفسه ومساحتان مختلفتان. تكتب النتيجة بوحدة طول، بعد توحيد وحدات الأبعاد.
يمكن البدء في تعليم حساب مساحة المستطيل للأطفال بتغطية سطح مرسوم بمربعات متساوية، ثم عدّها. فالمساحة تصف مقدار السطح، بينما يصف المحيط طول الحد الخارجي. النشاط الآتي اقتراح يمكن للمعلم أو ولي الأمر تعديله حسب الطفل؛ لا يمثل تجربة مقاسة أو وعدًا بنتيجة تعلم محددة.
عند قراءة كميات فيزيائية ووحدات قياسها نحتاج إلى العدد والوحدة معًا. فالطول 2 م يساوي 200 سم: تغيرت القيمة العددية والوحدة، وبقي الطول نفسه. ويفيد فهم الوحدات في تحويل القياسات واكتشاف بعض أخطاء القوانين، لكنه لا يغني عن معرفة العلاقة الفيزيائية المناسبة.
لا توجد وحدة واحدة لكل ما نسميه كهرباء. فالتيار يقاس بالأمبير، وفرق الجهد بالفولت، والمقاومة بالأوم، والقدرة بالواط، والطاقة بالجول أو الكيلوواط ساعة. نحدد الكمية المقصودة أولًا، ثم نختار الوحدة المناسبة. سنربط بينها بمثال حسابي افتراضي لتيار مستمر ثابت.
تتعاون أجزاء الآلة الحاسبة الإلكترونية لتحويل ما تدخله إلى نتيجة: تختار الأرقام والعمليات بالمفاتيح، تنفذ الدائرة الحسابية المطلوب، وتعرض الشاشة المدخل أو الناتج، بينما تمدها منظومة الطاقة بالكهرباء. وتساعد الذاكرة على الاحتفاظ بقيم لاستخدامها لاحقًا. تختلف التفاصيل بين الأجهزة؛ لذا نفهم وظيفة الجزء أولًا، ثم نقرأ تعليمات الطراز لمعرفة ما يفعله كل مفتاح.
تعني درجة الانصهار للعناصر درجة الحرارة التي يتوازن عندها الصلب والسائل للعنصر في شروط محددة. ليست قائمة الأرقام منفصلة عن الضغط أو البنية أو نقاوة العينة. سنقرأ قيمًا مختارة موثقة، ونحولها إلى كلفن، ونستخدمها في أمثلة جديدة لفهم الحالة الفيزيائية، مع تجنب قاعدة خاطئة تربط ارتفاع الانصهار دائمًا بارتفاع العدد الذري.
تظهر تطبيقات الديناميكا الحرارية في الحياة عندما نسخن جسمًا، أو نحول جزءًا من انتقال الحرارة إلى شغل، أو ننقل الطاقة من حيز بارد إلى آخر أدفأ. لفهم الجهاز، نحدد حدود النظام واتجاه الطاقة وما نعده فائدة. بذلك نستطيع تفسير المحرك والثلاجة والمضخة الحرارية بحسابات واضحة، بدل الاكتفاء بأسماء القوانين.
تختلف أنواع أكاسيد الحديد في تركيبها وبنيتها، فلا يكفي أن نعرف أنها تحتوي على الحديد والأكسجين. من الصيغ الشائعة في الدراسة FeO و Fe2O3 و Fe3O4، وتوجد كذلك مواد تحتوي على الأكسجين والهيدروجين مثل FeO(OH). يساعدنا قراءة الصيغة وحساب عدد التأكسد على التمييز، بينما نحتاج إلى معلومات إضافية قبل أن نحدد معدنًا أو مادة صباغية من اللون وحده.
تشمل الطاقة الحيوية واستخداماتها الحصول على حرارة وكهرباء ووقود للنقل من مواد عضوية حديثة المنشأ نسبيًا، تُسمى الكتلة الحيوية. ومن أمثلتها بقايا النباتات والمخلفات الزراعية ومخلفات الطعام. تختلف الطاقة التي نحصل عليها بحسب المادة وطريقة تحويلها؛ فلا تمر جميع هذه الموارد بمسار واحد أو تنتج الوقود نفسه.
تستعمل أجهزة انعكاس الضوء المرايا لأهداف مختلفة: قد نريد تغيير مسار الشعاع لنعبر حاجزًا، أو جمع الأشعة القادمة من جسم بعيد، أو إعادة الضوء نحو مصدره. يساعدنا تتبع المسار على فهم الجهاز، بدل افتراض أن كل أداة بصرية تعمل بالطريقة نفسها. وفيما يأتي نموذج لمنظار بسيط، ثم مقارنة بالتلسكوب العاكس والعواكس الركنية.
تظهر استخدامات الكيمياء الفيزيائية عندما نحتاج إلى تفسير سلوك المادة بلغة القياس والنماذج: كيف تتغير خواص الجزيئات؟ ما سرعة تحول المتفاعلات؟ وإلى أين يميل النظام في شروطه؟ يربط هذا الفرع مبادئ الفيزياء بالظواهر الكيميائية، ويستعمل الحساب والأجهزة لاختبار التفسير ومقارنته بالبيانات. تختلف الإجابة باختلاف السؤال؛ فلا يجيب قياس السرعة وحده عن مقدار الناتج عند الاتزان.
تنجح طرق تدريس الكيمياء في خدمة الدرس عندما تكون مرتبطة بهدف واضح يمكن فحصه. لا يكفي أن يسمع الطالب تعريفًا أو يحفظ معادلة؛ نريد أن يربط ما نلاحظه في المادة بتفسير على مستوى الجسيمات وبالرموز التي نكتبها. توصي إرشادات الجمعية الكيميائية الأمريكية بربط هذه المستويات وبمتابعة الفهم أثناء التعلم. نقدم هنا خطة أصلية قابلة للتعديل، وليست نتيجة تجربة على فصل أو وعدًا بطريقة تصلح للجميع.
يحتاج تعريف الغلوسيدات إلى ضبط المصطلح أولًا؛ فقد تستعمل بعض المراجع العربية الكلمة للدلالة على السكريات أو الكربوهيدرات، وتوردها أخرى عند الحديث عن الغليكوسيدات. هنا نميز بين Glucides بمعنى الكربوهيدرات، و Glycosides بوصفها مشتقات يرتبط فيها جزء سكري عبر مركزه الأنوميري بمجموعة أخرى. سنشرح النوع الأكسجيني بمثال بنيوي محدد، ثم نوضح لماذا لا تكفي الصيغة أو كلمة «سكر» للحكم على تركيب المادة.
تشمل خصائص المعادن الفلزية قدرتها المعتادة على توصيل الحرارة والكهرباء، وقابليتها للتشكيل، وظهور بريق على أسطحها. لكن هذه الصفات لا تجعل جميع الفلزات متساوية في الكثافة أو الصلابة أو درجة الانصهار. نستعمل كلمة المعادن هنا بمعنى الفلزات، مثل الألومنيوم والنحاس، ونتناول خواصها الفيزيائية وكيف نربطها باستعمال مناسب.
يبدأ تعريف النظام في الفيزياء بتحديد الجزء الذي نريد دراسته: كمية مادة، أو منطقة نتابع ما يدخل إليها وما يخرج منها. تفصل الحدود هذا الجزء عن المحيط، وقد تكون سطحًا حقيقيًا أو خطًا تخيليًا في نموذج. في الديناميكا الحرارية نصنف التبادل عبر هذه الحدود، ولا نحكم على نوع النظام من اسم الجهاز وحده.
أين يكتب العدد الذري للعنصر في الجدول الدوري؟ يظهر داخل خانة العنصر، لكن مكانه الدقيق يتبع تصميم الجدول ومفتاحه؛ لا توجد زاوية واحدة نفرضها على جميع النسخ. نقرأ الرقم من دلالته وعنوانه مع الرمز والاسم، ونميزه من الكتلة الذرية النسبية ورقم المجموعة. سنطبق ذلك على المغنيسيوم ثم على جزء صغير من الجدول.
