شرح درس استعمال قانون الجذب الكوني – الجاذبية

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

شرح درس استعمال قانون الجذب الكوني – الجاذبية

نبدأ على بركة الله ...

كيف تم اكتشاف كوكب نبتون :

بعد أن تم اكتشاف كوكب أورانوس سنة 1781 م , وفي عام 1830 م استغرب العلماء أن المدار الذي تم حسابه لا يتفق مع المدار الفعلي لكوكب أورانوس . لذا قام عالمان فلكيان باقتراح وجود كوكب آخر غير مكتشف يجذب أورانوس بالإضافة لجذب الشمس له. وقد قاما بحساب مدار هذا الكوكب عام 1845 م , وبعد سنة من ذلك أعلن فلكيون في مرصد برلين أنهم وجدوا ذلك الكوكب الذي يعرف اليوم بنبتون .

مسارات الكواكب والأقمار الاصطناعية :

تجربة نيوتن حول حركة الأقمار الاصطناعية :

تخيل نيوتن مدفعا يطلق قذيفة في اتجاه افقي بسرعة معينة . وهذه القذيفة لها سرعة أفقية وأخرى رأسية , ولذلك يكون مسارها قطعا مكافئا , ثم تسقط على الأرض . فإذا زادت السرعة الأفقية للقذيفة فإنها ستقطع مسافة أطول وهكذا وافترض انه إذا كان لدينا مدفع ضخم تطلق منه قذيفة بسرعة كبيرة فإنها ستسير المسافة كاملة حول الأرض (أي ستتحرك القذيفة في مسار دائري حول الأرض) . كما في الشكل التالي .

ملاحظة : يتحرك القمر الاصطناعي الذي يدور على ارتفاع ثابت عن الأرض حركة دائرية منتظمة .

ملاحظة : من قانون التسارع المركزي للحركة الدائرية وقانون قانون نيوتن الثاني ودمج القانون الناتج  بقانون الجذب الكوني نستنتج قانون سرعة القمر الاصطناعي الذي يدور حول الأرض بالعلاقة :

من خلال الاثبات التالي من قانون التسارع المركزي للحركة الدائرية المنتظمة :

وهذه العلاقة تعبر عن مقدار سرعة القمر الاصطناعي الذي يدور حول الأرض.

قانون الزمن الدوري للقمر الصناعي:

ملاحظة : يمكن استعمال معادلات سرعة الأقمار الاصطناعية وزمنها الدوري لأي جسم آخر يتحرك في مدار حول جسم ثان .

كتلة القمر الاصطناعي :

يزودنا القمر الصناعي لاندسات 7 بصور سطحية للأرض , وتستعمل هذه الصور في :

    1-  رسم الخرائط ودراسة استغلال الأرض .

    2-  عمل مسح للمصادر الأرضية والخامات والتغيرات التي تحدث على الأرض

ملاحظة : يمكن تسريع الأقمار الاصطناعية باستعمال الصواريخ التي تزودها بالسرعة المناسبة من أجل وضعها في مساراتها حول الأرض . (وكلما زادت كتلة القمر تطلب ذلك صاروخا أقوى لإيصاله إلى مداره ) .

تسارع الجاذبية الأرضية :

ملاحظة : يمكن إيجاد تسارع الأجسام الناشئ عن الجاذبية باستعمال قانون نيوتن الثاني وقانون الجذب الكوني كما يلي :

وهذا يوضح أنه كلما ابتعدت عن الأرض فغن التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية يقل .

الوزن وانعدام الوزن :

تسمى الحالة الموضحة في الشكل السابق بـ (zero – g ) أو انعدام الوزن . وعادة ما يدور المكوك على ارتفاع 400 km  فوق سطح الأرض . وفي هذا الارتفاع تكون الجاذبية الأرضية 8.7 m/s ² (أي أقل بقليل من قيمتها على سطح الأرض ) . من المحتمل ان يتبادر إلى ذهنك هذا السؤال .. إذا لماذا يبدو الرواد عديمي الوزن ؟

الجواب :

لان الأرض والكرسي وجميع الاجسام من حولهم يتسارعون بالكيفية نفسها نحو الأرض فلا توجد قوى تماس تؤثر فيهم مما يجعل وزنهم الظاهري صفرا فيسعرون بانعدام الوزن .

مجال الجاذبية :

من المعروف أن الجاذبية تؤثر في الأجسام عن بعد . وهذا الأمر أشغل نيوتن فقد كان يتساءل : كيف تؤثر الشمس بقوة في الأرض وهي بعيدة عنها ؟ وجاء الجواب على هذا السؤال من خلال دراسة المغناطيسية ففي القرن التاسع عشر طور العالم فراداي مفهوم المجال لتفسير كيف يجذب المغناطيس الأشياء . ثم طبق مبدأ المجال على الجاذبية .

ملاحظة : كل جسم له كتلة محاط بمجال جاذبي يؤثر من خلاله بقوة في أي جسم آخر يوجد في ذلك المجال نتيجة التفاعل المتبادل بين كتلته والمجال الجاذبي g .

النص الفيزيائي لقانون المجال الجاذبي :

المجال الجاذبي يساوي ثابت الجذب الكوني مضروبا في كتلة الجسم مقسوما على مربع البعد عن مركز الجسم ويكون اتجاهه في اتجاه مركز الكتلة .

القانون الرياضي للمجال الجاذبي :

ملاحظات :

     -         لإيجاد المجال الجاذبي الذي يسببه أكثر من جسم فيجب حساب المجال الجاذبي لكل جسم ثم تجمع جمعا اتجاهيا .

     -        إن شدة المجال الجاذبي عند سطح الأرض تساوي 9.8 N/kg  في اتجاه مركز الأرض .

     -        يتناسب المجال عكسيا مع مربع البعد عن مركز الأرض كما يعتمد على كتلة الأرض لا على كتلة الجسم .

نوعا الكتلة :

     1-  كتلة القصور : هي نسبة مقدار القوة المحصلة المؤثرة في جسم ما إلى مقدار تسارعه .

     -        يتم قياس كتلة القصور عن طريق التأثير بقوة في الجسم ومن ثم قياس تسارعه باستعمال ميزان القصور (فكلما كانت كتلة الجسم أكبر كان الجسم اقل تأثرا بأي قوة مما يجعل تسارعه أقل  ) .

     -        تعد كتلة القصور مقياسا لممانعة أو مقاومة الجسم لأي نوع من أنواع القوى المؤثرة فيه .

     2-  كتلة الجاذبية : هي الكتلة المستعملة لإيجاد مقدار قوة الجاذبية بين جسمين .

     -        يتم قياس كتلة الجاذبية باستعمال الميزان ذا الكفتين .

ملاحظة : زعم نيوتن أن كتلة القصور وكتلة الجاذبية متساويتين من حيث المقدار . وتسمى هذه الفرضية بمبدأ التكافؤ . وكل التجارب التي أجريت حتى الآن توصلت إلى نتائج تدعم صحة هذا المبدأ .

ملاحظة : فهرس يحتوي على جميع دروس فيزياء 1 - فيزياء اولى ثانوي الفصل الأول والثاني >> انقر هنا   

تم بحمد الله

نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "

بالتوفيق للجميع ...^_^