علوم 12 | مراجعة شاملة للوحدة الثالثة - الجزء الثاني

⚗️ الكيمياء وعلم المواد – الجزء الثاني

الملابس والأحذية – أدوات الحماية – المواد المركبة – التعليلات

الملابس والأحذية الرياضية (البوليمرات)

1. الأحذية الرياضية

النعل الخارجي

يصنع من المطاط المعالج لزيادة الاحتكاك والثبات

النعل الأوسط (Midsole)

أهم جزء، يصنع من "الفوم" (EVA) أو البولي يوريثان
الوظيفة: امتصاص الصدمات وتخزين الطاقة لإعادة دفع اللاعب (مثل الزنبرك)

2. بدلات السباحة والجري

النايلون

ألياف صناعية ناعمة جداً لتقليل الاحتكاك مع الهواء/الماء

السباندكس (الليكرا)

يتميز بمرونة عالية جداً (يستطيل 600%)
فائدته: يضغط على العضلات (Compression) مما يحسن الدورة الدموية ويقلل إنتاج حمض اللاكتيك (تأخير التعب)

⚠️ محاكاة جلد القرش: بدلات سباحة تحتوي على نتوءات دقيقة جداً تحاكي جلد القرش لتقليل اضطراب الماء وزيادة السرعة (تم حظر بعضها لأنها تعطي ميزة غير عادلة)

أدوات الحماية (الخوذات)

🛡️ مبدأ الحماية: تعتمد على فيزياء "الدفع والزخم" (زيادة زمن التصادم لتقليل القوة)

الطبقة الخارجية (الصلبة)

مصنوعة من "البولي كربونات"
الوظيفة: توزيع قوة الضربة على مساحة واسعة ومنع الاختراق

الطبقة الداخلية (الرغوية/الفوم)

الوظيفة: تنضغط عند التصادم لتمتص الطاقة وتبطئ حركة الرأس تدريجياً، مما يحمي الدماغ من الارتجاج

المواد المركبة (Composites)

مفهوم المواد المركبة

🔗 هي مواد تتكون من دمج مادتين مختلفتين للحصول على خصائص أفضل (مثل الخرسانة المسلحة)

التركيب

1. مادة التقوية (الألياف)

مثل ألياف الزجاج أو الكربون (تتحمل الشد والقوة)

2. المصفوفة (Matrix)

مادة بلاستيكية/راتينج (تحيط بالألياف وتحميها وتوزع الحمل)

مقارنة هامة: ألياف الزجاج vs ألياف الكربون

وجه المقارنة	ألياف الزجاج (Fiberglass)	ألياف الكربون (Carbon Fiber)
الوزن	أثقل نسبياً	خفيفة جداً
التكلفة	رخيصة وسهلة التصنيع	غالية جداً
الصلابة	مرنة (تتحمل الانحناء)	صلبة جداً (High Stiffness)
الاستخدام	قوارب الكاياك، زانة القفز (للمبتدئين)	دراجات السباق، سيارات الفورمولا 1، مضارب التنس للمحترفين

صور الكربون (تأصل الكربون)

الجرافيت

ذرات كربون مرتبة في طبقات (ناعم، يستخدم في أقلام الرصاص والتزييت)

الألماس

ذرات كربون مرتبة في شبكة ثلاثية الأبعاد (أقسى مادة طبيعية)

ألياف الكربون

تجمع بين خفة الجرافيت وقوة الألماس بسبب ترتيب الذرات في سلاسل طويلة

أهم التعليلات (تفسير علمي) – للجزء الثالث

علل: يفضل استخدام ألياف الكربون في دراجات السباق بدلاً من الفولاذ؟

لأن ألياف الكربون أخف وزناً بكثير مع صلابة عالية، مما يقلل الجهد اللازم لتحريك الدراجة ويزيد السرعة.

علل: توضع ألياف الكربون في اتجاهات متعاكسة عند صنع المضارب؟

لضمان القوة في جميع الاتجاهات ومنع الكسر (لأن الألياف قوية طولياً فقط).

علل: تستخدم رغوة الفوم داخل الخوذات الرياضية؟

لأنها تحتوي على فقاعات غازية تنضغط عند التصادم، مما يستهلك طاقة الصدمة ويزيد زمن التوقف، فتقل القوة المؤثرة على الرأس.

علل: يحظر استخدام بعض أنواع بدلات السباحة المتطورة (جلد القرش)؟

لأنها تعطي ميزة ميكانيكية كبيرة (تقليل الاحتكاك والطفو) لا تعتمد على مهارة السباح الجسدية (منشطات تكنولوجية).

علل: القوس المركب الحديث يحتوي على بكرات؟

لتقليل القوة التي يحتاجها الرامي لتثبيت الوتر مشدوداً، مما يسمح له بالتصويب بدقة أكبر ولفترة أطول.