شارك في التأليف: Sean Alexander, MS . شون الكساندر مُدرس أكاديمي متخصص في تدريس الرياضيات والفيزياء، وهو مالِك شركة Alexander Tutoring للدروس الخصوصية في مادتي الرياضيات والفيزياء. شون لديه خبرة أكثر من ۱٥ عامًا في تدريس الفيزياء والرياضيات بجامعة ستانفورد وجامعة سان فرانسيسكو وأكاديمية ستانبريدج، وهو حاصل على بكالوريوس الفيزياء من جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا، وماجيستير الفيزياء النظرية من جامعة سان فرانسيسكو.
تم عرض هذا المقال ١٤٬٨٦١ مرة/مرات.
يأتي التفوق في الفيزياء لدى بعض المحظوظين بالفطرة، أما بالنسبة لبقيتنا فإن الحصول على درجة جيدة في الفيزياء يتطلب كثيرًا من العمل الجاد. الخبر السعيد أن أي شخص تقريبًا يمكنه إتقان مادة الفيزياء والمنهج الدراسي الخاص به من خلال تعلم المهارات الأساسية المهمة والتدريب الكافي. هناك كذلك هو أهم من الحصول على درجة جيدة في الفيزياء، ألا وهو أن فهمها بشكل أفضل يمكن أن يلقي الضوء على القوى الغامضة التي تحكم طريقة سير العالم.
الخطوات
- احفظ الثوابت الأساسية. هناك ثوابت رياضية تقابل قوى معينة في الفيزياء، كتسارع الجاذبية على الأرض. هذه طريقة أنيقة لنقول أن هذه القوى تمثل عادة بنفس الرقم بغض النظر عن مكان أو كيفية استخدامها. يعد حفظ أكثر الثوابت شيوعًا (ووحداتها) فكرة ذكية فهي لا تعطى في الاختبار غالبًا. موضح أدناه بضعة من أكثر الثوابت استخدامًا في الفيزياء:
- الجاذبية (على الأرض): 9,81 م/ث 2
- سرعة الضوء: 3* 10 2 م/ث
- ثابت مولارية الغاز: 8,32 جول/(مول*كلفن)
- عدد أفوجادرو: 6,02*102 لكل مول
- ثابت بلانك: 6,63* 10--34 جول*ثانية
- احفظ المعادلات الأساسية. توصف العلاقات التي تربط العديد من قوى الكون المختلفة في الفيزياء بمعادلات؛ بعض هذه المعادلات شديد البساطة، بينما البعض الآخر شديد التعقيد. من المهم حفظ أبسط المعادلات ومعرفة كيفية استخدامها عند حل المسائل البسيطة والمعقدة. تقدر على حل حتى أصعب المسائل المعقدة والمربكة عادة باستخدام عدة معادلات بسيطة، أو ربما تعديلها قليلًا لتناسب الموقف الجديد. هذه المعادلات الأساسية هي أسهل جزء تتعلمه من الفيزياء وإذا عرفته جيدًا فستزداد احتمالات معرفتك لجزء على الأقل من كل المسائل المعقدة التي تقابلها. إليك القليل من أهم المعادلات: [١]
- السرعة = التغير في الموضع/ التغير في الزمن (dx/dt)
- العجلة = التغير في السرعة/ التغير في الزمن
- السرعة الحالية = السرعة الابتدائية + (العجلة * الزمن)
- القوة = الكتلة في العجلة
- الطاقة الحركية = 1/2 الكتلة * مربع السرعة
- الشغل = الإزاحة * القوة
- القدرة = التغير في الشغل/ التغير في الزمن
- العزم = الكتلة* السرعة
- ادرس اشتقاق المعادلات الأساسية. إن حفظ المعادلات البسيطة أمرٌ وفهم سبب انطباقها أمرٌ آخر. خذ وقتك لمعرفة كيفية اشتقاق كل معادلة فيزيائية بسيطة إذا أمكن. يمنحك هذا فهمًا أوضح بكثير للعلاقة بين المعادلات ويجعلك أفضل في حل المسائل. ستتمكن من استخدام المعادلة بفعالية أكبر بكثير مما لو كانت صفًا من الرموز محفوظًا ومرتبًا في ذهنك لأنك تفهم طريقة تطبيقها في الأساس.
- لننظر مثلًا إلى معادلة شديدة البساطة: العجلة = التغير في السرعة/ التغير في الزمن أو a = Delta(v)/Delta(t). العجلة هي القوة التي تسبب تغير سرعة الشيء. إذا كان لشيء سرعة ابتدائية في زمن v0 وزمن t0 وسرعة نهائية V في زمن T فيمكن أن يقال أن الشيء يتسارع بتغير سرعته من v0 إلى V. لا يمكن أن يكون التسارع لحظيًا إذ سيكون هناك فارقٌ زمنيٌ بين تحرك الشيء بسرعته الابتدائية وبلوغه سرعته النهائية أيًا كانت سرعة حدوثه. لذا فإن a = (v - v0/t - t0) = Delta(v)/Delta(t).
- تعلم المهارات الرياضية المطلوبة لحل المسائل الفيزيائية. يقال بأن الرياضيات هي "لغة الفيزياء". التمرس في أساسيات الرياضيات طريقة رائعة لتحسين قدرتك على حل مسائل الفيزياء. حتى أن بعض المعادلات الفيزيائية المعقدة تتطلب مهارات رياضية خاصة (كالاشتقاق والتكامل) لحلها. موضح أدناه بضعة موضوعات رياضية يمكن أن تساعدك على حل مسائل الفيزياء بترتيب الصعوبة:
- مقدمات الجبر والجبر (للمعادلات الأساسية وحل مسائل إيجاد المجاهيل)
- علم المثلثات (لمخططات القوى ومسائل الدوران والأنظمة ذات الزوايا)
- الهندسة (للمسائل التي تتعامل مع المساحة والحجم، إلخ)
- رياضيات ما قبل التكامل والتفاضل وعلم التكامل والتفاضل (لأخذ اشتقاق وتكامل المعادلات الفيزيائية وعادة ما تكون موضوعات متقدمة)
- ركز على المعلومات المهمة في كل مسألة. تحتوي مسائل الفيزياء في الغالب "ملهيات" وهي معلومات غير ضرورية لحل المسألة. حدد المعطيات عند قراءة مسألة فيزياء ثم حدد ما تحاول إيجاده. اكتب المعادلة (المعادلات) التي تحتاجها لحل المسألة ثم رتب تلك المعطيات مع المتغيرات الملائمة. تجاهل المعلومات غير الضرورية لأنها قد تبطئك وتصعب إيجاد الطريق الصحيح لحل المسألة.
- لنقل مثلًا أن عليك إيجاد تسارع سيارة مع تغير سرعتها في ثانيتين. سيارة تزن 1000 كجم وتبدأ الحركة بسرعة 9م/ث وتنتهي بسرعة 22 م/ث فيمكننا القول أن v0 = 9 m/s, v = 22 m/s, m = 1000 t = 2 s. كما ذكرنا أعلاه فإن معادلة التسارع الأساسية هي a = (v - v0/t - t0) لاحظ أن هذا لا يأخذ كتلة السيارة في الحسبان لذا يمكننا تجاهل هذه الحقيقة.
- لذا سنحل المسألة كما يلي: a = (v - v0/t - t0) = ((22 - 9)/(2 - 0)) = (13/2) = 6.5 m/s2
- استخدم الوحدات الصحيحة في كل مسألة. لن تجني من نسيان تمييز إجابتك (كتابة الوحدة الصحيحة بعد رقم الحل) أو وضع وحدات خاطئة، إلا خسارة درجات سهلة للغاية. احرص على تمييز إجابتك بالوحدة الصحيحة بناءً على نوع المعطيات للتأكد من حصولك على الدرجة الكاملة في أي مسألة تحلها. موضح أدناه بعض أكثر الوحدات استخدامًا للقياسات الشائعة في الفيزياء، لاحظ –كقاعدة عامة- أن مسائل الفيزياء تستخدم النظام المتري دومًا تقريبًا:
- الكتلة: الجرام أو الكيلوجرام
- القوة: النيوتن
- السرعة: متر/ثانية (أحيانًا كيلومتر/ساعة)
- التسارع: متر/ثانية 2
- الطاقة/الشغل: الجول أو الكيلوجول
- القدرة:الوات
- لا تنس التفاصيل الصغيرة (كالاحتكاك والسحب، إلخ). تعد مسائل الفيزياء في الغالب نماذج لما يحدث في العالم الحقيقي؛ أي أنها تبسط طريقة عمل الأشياء الفعلية لتسهل فهم الموقف. يعني هذا أحيانًا أن القوى التي يمكنها تغيير ناتج مسألة (كالاحتكاك مثلًا) تغفل من المسألة عن عمد أحيانًا لكن هذا لا يحدث دومًا. احرص على تضمين هذه التفاصيل الصحيحة إذا لم تغفل تمامًا من المسألة وكان لديك معلومات كافية لحسابها لتحصل على أدق إجابة.
- لنقل مثلًا بأن المسألة تطلب منك إيجاد معدل تسارع قطعة خشبية كتلتها 5 كجم على أرضية ناعمة إذا دفعت بقوة 50 نيوتن. نعلم أن القوة هي حاصل ضرب الكتلة في العجلة ،لذا فقد تبدو الإجابة ببساطة حل المعادلة كما يلي 50 = 5 a. لكن قوة الاحتكاك تعمل ضد حركة الشيء التقدمية في الواقع، وتقلل قوة دفعه بشكل ملحوظ. سيؤدي إغفال هذا من مسألتك إلى توصلك لإجابة تدل على أن القطعة تتسارع بمعدل أسرع قليلًا من المعدل الفعلي.
- تأكد من إجابتك مرة أخرى. يمكن أن تتضمن مسألة فيزياء متوسطة الصعوبة كم كبير من الحسابات الرياضية، وقد يتسبب خطأٌ في أحدها لخطأ في الإجابة النهائية، لذا انتبه جدًا للعمليات الرياضية أثناء الحل وتأكد من إجابتك مرتين في النهاية لتضمن صحة حساباتك، على الأقل طالما كان لديك الوقت.
- إعادة الحل إحدى الطرق المتبعة لمراجعة الحسابات، لكنك قد ترغب أيضًا في استخدام الحدس لربط المسألة بالحياة الواقعية لتفقد إجابتك. إذا كنت تحاول إيجاد العزم مثلًا (الكتلة في السرعة) لشيء يتحرك للأمام فلن تتوقع إجابة سالبة لأن الكتلة لا يمكن أن تكون سالبة والسرعة تكون سالبة عند تحركها في الاتجاه "السالب" فقط (عكس الاتجاه "الأمامي" في إطارك المرجعي). لذا ستعلم أن هناك خطأً في حساباتك في مكان ما من الحل إذا كانت إجابتك سالبة.
- اقرأ الموضوع قبل المحاضرة. يفضل ألا تتعرف على مفاهيم الفيزياء الجديدة لأول مرة في الصف. حاول قراءة الدروس القادمة في الكتاب الدراسي قبل تغطيتها في الصف بيوم. لا تركز على الرياضيات الدقيقة للموضوع في هذه المرحلة ولكن ركز على استيعاب المفاهيم العامة ومحاولة الإلمام بما سيناقش. سيمنحك هذا أساسًا معرفيًا صلبًا وبالتالي ستتمكن من تطبيق المهارات الرياضية التي ستتعلمها في الصف عليه.
- انتبه أثناء الصف. سيشرح المعلم أثناء الصف المفاهيم التي صادفتها في قراءتك السابقة ويوضح الأجزاء التي لا تفهمها من المادة جيدًا. دوّن الملحوظات واطرح الكثير من الأسئلة. سيمر معلمك غالبًا على الرياضيات الخاصة بالموضوع، فحاول حينها أن تكون فكرة عامة عما يحدث حتى لو لم تتذكر الاشتقاق الدقيق لكل معادلة فإن اكتساب هذا "الحس" بالمادة مكسبٌ كبير.
- تحدث إلى معلمك إذا كانت لديك أسئلة عالقة بعد الصف. حاول أن تجعل أسئلتك دقيقة قدر الإمكان فهذا يظهر للمعلم أنك كنت تنصت. سيتمكن المعلم من ترتيب موعد للاطلاع على المادة معك ومساعدتك على فهمها إذا لم يكن منشغلًا.
- راجع ملحوظاتك في البيت. خذ بضع دقائق للاطلاع على ملحوظاتك في أقرب وقت من وصولك للبيت لإتمام مهمة الدراسة وصقل معارفك الفيزيائية. سيساعدك فعل هذا على استبقاء المعارف التي اكتسبتها من صف اليوم. كلما طال انتظارك لمراجعة الملحوظات بعد تدوينها زادت صعوبة تذكرها وزادت غرابة المفاهيم بالنسبة إليك لذا كن سباقًا وثبت معارفك بمراجعة ملحوظاتك في البيت.
- حل الأسئلة التدريبية. حل مسائل الفيزياء مهارة عقلية كالرياضيات أو الكتابة أو البرمجة. كلما زاد استخدامك لهذه المهارة زادت سهولتها. احرص على التدرب بكثرة على حل المسائل إذا كنت تواجه صعوبة في الفيزياء. لن يعدك هذا للاختبارات فحسب وإنما سيفيد في توضيح الكثير من المفاهيم وأنت تشق طريقك في المادة.
- لا تسعد بحل مسائل الفرض المنزلي كتدريب، إذا لم تكن راضيًا عن درجتك في الفيزياء. ابذل جهدًا إضافيًا لحل المسائل التي لا تصادفها عادة، يمكن أن تكون هذه المسائل في الكتاب المدرسي لكنك لم تكلف بحلها أو مسائل مجانية على الإنترنت أو حتى مسائل في كتب تدريبات الفيزياء (تباع عادة في المكتبات الأكاديمية).
- استخدم مصادر المساعدة المتاحة. ليس عليك أن تتحمل برنامج الفيزياء الدراسي الصعب بنفسك، فقد يكون هناك عشرات الطرق حرفيًا للحصول على المساعدة حسب حالتك الدراسية. اسع لأي مصادر مساعدة تحتاجها لتحسين فهمك لمادة الفيزياء واستخدمها. رغم أن بعض مصادر المساعدة قد تكلف المال إلا أن هناك بضعة خيارات مجانية على الأقل متاحة لمعظم الطلاب. موضح أدناه بضعة أفكار عمن يمكنه مساعدتك إذا احتجت لمساعدة في الفيزياء:
- معلم (موعد بعد المدرسة)
- أصدقاؤك (المجموعات الدراسية وجلسات حل الفروض)
- الشروحات (سواءً الدروس الخصوصية أو جزء من برنامج المدرسة)
- مصادر خارجية (ككتب مسائل الفيزياء والمواقع التعليمية كخان أكاديمي وهكذا)
أفكار مفيدة
- ركز على المفاهيم . سيفيدك دومًا أن تكون صورة ذهنية عما يحدث.
- طور مهاراتك الرياضية . إن الفيزياء في المستوى المتقدم تكاد تكون من الرياضيات التطبيقية خاصة التفاضل والتكامل. احرص على معرفة كيفية إجراء التكامل وحله تبعًا لذلك بالتعويض أو التجزئة.
- انتبه لأدق التفاصيل عند حل المسائل. لا تنس تضمين الاحتكاك في الحساب أو أخذ عزم القصور الذاتي على المحول الصحيح.
- تعلم الاشتقاق.
- ناقش الملحوظات والمواضيع مع أحد زملائك أو أصدقائك. سوف يستفيد كل من يشارك في هذا الأمر.