الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9
8قياس الزمن
“خمس دقائق أخرى فقط!” — لكن كم تبلغ هذه حقًّا؟ الزمن لا يُرى ولا يُمسك ولا يُمدّ على مسطرة. ومع ذلك نقيسه كل يوم: فللسباقات فائزون، والكعك يخرج لا نيئًا ولا محترقًا، والمدرسة تنتهي في اللحظة الصحيحة. فلنتعلّم كيف يُروَّض الزمن.
8.1 اللحظات والمُدد
مثال 8.1 (ترتيب اليوم)
اليوم موكب من الأحداث، على ترتيب واحد دائمًا: الاستيقاظ، فالفطور، فالمدرسة، فالغداء، فبعد الظهر، فالعشاء، فالنوم. و“الفطور قبل المدرسة” و“العشاء بعد الغداء” — فالقبل والبعد أول كلمتين في الزمن، مثلما كان الأطول والأقصر أول كلمتين في الطول.
تعريف 8.2 (المدة)
اللحظة نقطة واحدة من اليوم: لحظة قرع الجرس. والمدة هي امتداد الزمن بين لحظتين: من قرع الجرس إلى انتهاء الدرس. اللحظات تجيب عن متى؟؛ والمُدد تجيب عن كم طالت؟
مثال 8.3 (متى أم كم طالت؟)
“يبدأ الفيلم بعد العشاء” كلام عن لحظة. و“يدوم الفيلم قدر استراحتَي غداء” كلام عن مدة. و“عيد ميلادي في الربيع”: لحظة. و“بدت العطلة قصيرة جدًّا”: مدة — وهذا الفصل عن المُدد في معظمه.
8.2 مقارنة المُدد
طريقة 8.4 (سباق عادل بين مدّتين)
لتعرف أيّ الشيئين يدوم أطول:
- ابدأهما في اللحظة نفسها — “استعدّ، انتبه، انطلق!”؛
- راقب أيّهما ينتهي أولًا؛
- الذي ما زال مستمرًّا حين انتهى الآخر هو الأطول دوامًا.
وإن تعذّر أن يجريا معًا (حمّام اليوم وعشاء الأمس)، فأجرِ كلًّا منهما في سباق مع شيء ثالث واحد — ساعة رملية.
مثال 8.5 (الساعة الرملية)
الساعة الرملية زجاجة صغيرة ذات خصر ضيّق: يستغرق الرمل المدة نفسها دائمًا لينسكب من خلاله. وهذا يجعلها حكمًا. تنظيف الأسنان في مواجهة الساعة: نفد الرمل أولًا — فنظّف مدة أطول! وأغنية في مواجهة الساعة: فازت الأغنية. إذن الأغنية أطول من تنظيف الأسنان، وإن لم يتسابقا مباشرة قطّ.
ملاحظة 8.6 (المشاعر ساعات رديئة)
يطير بعد الظهر الممتع؛ ويزحف الطابور المملّ — ومع ذلك قد تعدّ الساعة لهما العدد نفسه. فإحساسنا بالزمن سهل الخداع، مثلما خُدع اللمس في الساخن والبارد. ولهذا بالضبط تهمّ حكّام مثل الساعة الرملية: فالرمل لا يملّ.
8.3 عدّ نبضات منتظمة
تعريف 8.7 (الثانية)
الثانية وحدة الزمن المستعملة في العالم كله، وتُكتب . والثانية الواحدة نحو نبضة قلب هادئة، أو دقّة منتظمة من ساعة كبيرة. وقولك “تمساح صغير واحد، تمساحان صغيران” على مهل يعدّ ثانية واحدة تقريبًا لكل تمساح.
مثال 8.8 (جرّب: كم ثانية؟)
عُدّ الثواني بانتظام بينما: تحبس نفَسك حبسًا مريحًا؛ ويملأ الصنبور كأسًا؛ ويجري صديق إلى السياج ويعود. قد يستغرق ملء الكأس ثوانٍ، والجري . والآن يمكن أن ينال تنظيف الأسنان والأغنية أعدادًا — والأعداد، كما في الأطوال، تستطيع أن تسافر وأن يُتحقّق منها.
مثال 8.9 (الساعات على الساعة)
الثواني للأشياء القصيرة. أما الامتدادات الطويلة فتُعدّ بالساعات: فصباحات المدرسة تدوم ساعات، وليلة النوم كذلك. والعقرب القصير في الساعة يشير إلى الساعة: فإن كان على العدد تمامًا فالوقت الثالثة؛ وإن كان بين و والعقرب الطويل يشير إلى الأسفل تمامًا فالوقت الثالثة والنصف. واليوم بنهاره وليله معًا يسع ساعة — بينما تتمّ الأرض، كما تذكر، دورة كاملة.
8.4 تمارين
تمرين 8.1 ★
رتّب: العشاء؛ الاستيقاظ؛ لعب بعد الظهر؛ الفطور؛ النوم.
حل
حل التمرين 8.1.
الاستيقاظ، فالفطور، فلعب بعد الظهر، فالعشاء، فالنوم.
تمرين 8.2 ★
لحظة أم مدة؟ “يقرع الجرس عند الظهر”؛ “تُخبز الكعكة نصف ساعة”؛ “رحلنا بعد الغداء”؛ “بدت الرحلة بلا نهاية”.
تمرين 8.3 ★
أُشعلت شمعتان في اللحظة نفسها؛ فانطفأت الحمراء والزرقاء ما زالت تشتعل. أيّ الشمعتين دامت أطول؟ وأيّ قاعدة من الطريقة 8.4 اتّبعتها الشمعتان؟
حل
حل التمرين 8.3.
الشمعة الزرقاء دامت أطول. فقد بدأت الشمعتان في اللحظة نفسها، والتي بقيت مشتعلة حين انتهت الأخرى هي الأطول دوامًا — وهذه قاعدة السباق العادل بعينها.
تمرين 8.4 ★
لماذا تكون الساعة الرملية حكمًا عادلًا للمُدد؟ وما الذي يبقى فيها واحدًا في كل مرة تُقلب؟
حل
حل التمرين 8.4.
في كل مرة تُقلب يستغرق الرمل المدة نفسها لينسكب من الخصر الضيّق. والحَكَم الذي لا يتغيّر عادل مع الجميع.
تمرين 8.5 ★
يقول بن إن انتظاره المملّ عند طبيب الأسنان دام “إلى الأبد”. وتقول ساعته إنه دام أقلّ من فيلمه المتحرّك المفضّل. كيف يكون هذا؟ (انظر الملاحظة 8.6.)
حل
حل التمرين 8.5.
إحساسنا بالزمن ساعة رديئة: فالانتظار المملّ يزحف والمتعة تطير. أما الساعة فتعدّ بانتظام مهما شعر بن، فالانتظار كان أقصر حقًّا من الفيلم — وإنما بدا أطول.
تمرين 8.6 ★
عُدّ الثواني بانتظام وقِس: كم ثانية تستغرق لتكتب اسمك كاملًا؟ ولتلبس حذاءك؟
حل
حل التمرين 8.6.
الأجوبة مختلفة؛ والمعتاد بضع ثوانٍ للاسم ونحو ثانية للحذاء. ويجب أن يبقى العدّ هادئًا منتظمًا.
تمرين 8.7 ★
أيّ وحدة أنسب، الثواني أم الساعات: عطسة؛ ليلة نوم؛ ربط رباط حذاء؛ صباح مدرسي؟
حل
حل التمرين 8.7.
العطسة: ثوانٍ. وليلة النوم: ساعات. وربط رباط الحذاء: ثوانٍ. والصباح المدرسي: ساعات.
تمرين 8.8 ★
ارسم ساعة تشير إلى الخامسة تمامًا، وأخرى تشير إلى الخامسة والنصف. إلى أين يشير العقرب القصير عند الخامسة والنصف؟
حل
حل التمرين 8.8.
عند الخامسة تمامًا يشير العقرب القصير إلى (والعقرب الطويل إلى الأعلى تمامًا)؛ وعند الخامسة والنصف يشير العقرب القصير إلى منتصف الطريق بين و (والعقرب الطويل إلى الأسفل تمامًا).
تمرين 8.9 ★★
حمّام الأمس ودشّ اليوم لا يستطيعان أن يتسابقا. اشرح خطوة خطوة كيف تعرف أيّهما أطول باستعمال ساعة رملية واحدة — وماذا تكتب حتى يتحقّق منه صديقك.
حل
حل التمرين 8.9.
أجرِ كلًّا منهما في سباق مع الساعة الرملية نفسها: عند الحمّام أدِر الساعة وعُدّ كم دورة كاملة منها دام الحمّام؛ وافعل مثل ذلك غدًا مع الدشّ. ثم اكتب العددين (مثلًا: “الحمّام: دورات، والدشّ: ”)؛ فالدورات الأكثر تعني الأطول، ويستطيع كل من عنده الساعة نفسها أن يتحقّق.
تمرين 8.10 ★★
تعدّ ليلى “واحد، اثنان، ثلاثة…” بسرعة كبيرة فتقول إن الكأس امتلأ في ثانية؛ ويعدّ توم على مهل فيجد . وقد جرى الصنبور جريانه نفسه في المرتين. مَن أقرب إلى الحقيقة، وما الذي يجعل عدّ الثواني أمينًا؟
حل
حل التمرين 8.10.
توم أقرب. فعدّ الثواني لا يكون أمينًا إلا بإيقاع هادئ منتظم — نحو نبضة قلب هادئة لكل عدد، أو “تمساح صغير” لكل عدّة. أما الإسراع في الأعداد فيجعل الثواني أقصر مما ينبغي.