مرحبًا أيها الإنسان العاقل، هل تعلم أنك تعيش على كوكب؟ نعم، بالطبع شكرًا لك كابتن أوبفيوس، لكن هل تعلم أن هذا يتحرك؟ الكابتن واضح المرة الثانية شكرا لك! ومن الواضح أنك هل تساءلت يومًا كيف يتحرك، وما هي خصائص حركته؟لأنه نعم، الكوكب أو القمر الصناعي لا يتحرك كما يحلو له، فهم يتبعون القواعد وأنا هنا لأشرحها لك!لكن أولاً، عد إلى الماضي (كما لو كنت تعرف Code Lyoko). وسنبدأ على الفور بمراجعة فيديو صغيرة للباكالوريا.
قوانين كيبلر
في عام 1571، ولد يوهانس كيبلر، وهو عالم فلك وفيزيائي مشهور يجب أن يعشقه زملائي في Terminale S. بعد دراسات طويلة، لأنه نعم لا يمكنك العثور على خصائص سماوية كهذه، أظهر كيبلر 3 قوانين في 1609 و1618: قانون المدارات، وقانون المناطق، وقانون الفترات.
قانون كبلر الأول: قانون المدارات
حسنًا، في ذلك الوقت، لم نكن أغبياء تمامًا، فقد كنا نعلم بالفعل أن الأرض مستديرة، وأن الشمس هي مركز النظام الشمسي، وأن الكواكب تدور حولها (على الأقل تلك التي نعرفها)، ولكن كان يُعتقد أن هذه المسارات عبارة عن دوائر مثالية.وهناك يعطي كيبلر ركلة عالية لعلم الفلك في ذلك الوقت من خلال توضيح قانون المدارات، الذي يقول إن الكواكب لا تتبع مسارات دائرية بل مسارات إهليلجية!
يصف كل كوكب في نظامنا الشمسي شكلًا بيضاويًا حول شمسنا، وتكون الشمس أحد مراكزه، بينما يكون المركز الآخر غير مشغول.
قانون كبلر الثاني: قانون المناطق
وبعد هذا الاكتشاف الرائع في ذلك الوقت، أصبح السيد كيبلر مهتمًا بشكل أكثر تحديدًا بالمقطع الناقص الذي سافر، وبالتالي بالمسافات والأسطح التي يغطيها الكوكب. في رسمتي الرائعة، ادفع مصداقيتك، يمكننا أن نرى 4 نقاط تمثل كوكبًا في أوقات مختلفة بالإضافة إلى الشمس.ينص القانون على أن الشعاع الذي يصل الكوكب بالشمس يكتسح مساحات متساوية لفترات زمنية متساوية.
لتمثيل ذلك لك (سيتم تمثيل الشمس بالحرف S):
نضع SP، SP'، SA، SA' للأشعة
SPP' = المساحة التي اجتاحها الكوكب لمدة T
SAA' = المساحة التي اجتاحها الكوكب لمدة T'
فهنا أناشد منطقكم العلمي، أروني أن مجتمعنا ذكي!
1- إذا كانت T وT' متساويتين، فإن المساحات متساوية.
2 - إذا كانت T و T' متساويتين، فإن مساحة القوس PP' تكون بالضرورة أكبر من مساحة القوس AA'. وبالتالي فإن السرعة بين P وP' أكبر من السرعة بين A وA'.
وبفضل ملاحظاته ونتائجه،يمكننا أن نستنتج أن سرعة الكوكب تكون أعلى عندما يقترب الكوكب من الشمس، وتنخفض عندما يبتعد عنها. وبالتالي فإن هذه الحركة ليست منتظمة لأن الكوكب يصل إلى سرعته القصوى عند نقطة الحضيض وأقل سرعة له عند نقطة الأوج.
ومن هذا القانون يمكننا القول أن القوة المؤثرة على الكوكب تتجه باستمرار نحو الشمس.
ولإعطائك مثالاً ملموسًا لاستخدام هذا القانون، تمكنا من اكتشاف سبب اختلاف فترات الفصول، مثل الشتاء الذي يستمر 89 يومًا مقابل الصيف الذي يستمر 93 يومًا.
قانون كبلر الثالث: قانون الفترات
وأخيرًا، القانون الأخير، الأكثر انتظارًا، والأكثر طلبًا، وهو القانون الذي يسمح لنا بتحديد المسار وفقًا لترتيب رياضي، وهو فترة دوران الكوكب. تنبيه: لا تخلط بين فترة الثورة والفترة الخاصة بالكوكب.فترة الدورة هي الوقت الذي يستغرقه الكوكب في الدوران حول الشمس، والفترة المناسبة هي الوقت الذي يستغرقه الكوكب للقيام بدورة كاملة حول أحد محاوره(الأرض التي تدور حول نفسها).
أعلم أن الأرض لها محور شبه رئيسي = 149597887.5 كم (شكرا لك يا رب ويكي). لذلك، نطبق صيغة كبلر ويمكننا أن نجد أن الأرض لها فترة دوران تبلغ 366 يومًا تقريبًا (حسنًا، أعلم أنها 365 يومًا، لكن البيانات تقريبية، ولن تشتكي).
ولذلك فإن التطبيقات عديدة وقد أدت إلى تقدم كبير في علم الفلك في ذلك الوقت، ولا سيما من خلال جعل من الممكن التعبير عن اليقين بأنوكانت الكواكب الأبعد عن الشمس هي الأبطأ.
الأقمار الصناعية
"حسنًا، قوانينك المعقدة كلها جيدة وجيدة، ولكن هذه ليست الطريقة التي سأضع بها شيئًا ما في المدار." الصبر يا تفاحة صغيرة، هذه هي المعرفة القادمة.
القوة الرئيسية التي تربط الجسم بالأرض هي جاذبية الأرض، الأمر بسيط: إذا قفزت في الهواء، فسوف تتراجع بفضل جاذبية الأرض. لوضع قمر صناعي في المدار، حتى تتمكن من مشاهدة البرامج التليفزيونية ومشاهدة البرامج التي لن أذكرها، نضعه في صاروخ ينطلق من الأرض. يستخدم هذا المحرك للإقلاع، ومن المنطقي بالمناسبة أننا نسمي هذه الظاهرة الدفع النفاث: سيقوم المحرك بإخراج كمية من الغاز بسرعة عالية جدًا مما سيخلق قوة دفع قادرة على مقاومة قوة الجاذبية للأرض.
مثال صغير لتوضيح ماهية القوة الدافعة، لأنني أعلم أنك تحب مخططاتي!
دعونا نتخيل مسبارًا بعيدًا عن نظامنا الشمسي وبعيدًا عن أي قوة جاذبية (مسبار فوييجر 1 و2 في عام 1977). يقوم مسبار الكتلة M، والسرعة v في وقت t0، بإخراج جزء من كتلته خلال مدة T' على شكل غاز بسرعة Vgas (مثلما يحدث عند التسطيح). سرعة المسبار عند الزمن T+T' تساوي V+V'
تتناسب قوة الدفع هذه مع سرعة ومعدلات تدفق الغاز المنبعث (مثلما يحدث عند نفخ الغاز للمرة الثانية...). Fp = Dgas x Vgas. لقد انطلق صاروخك حتى الآن، وتغلب على جاذبية الأرض إذا كانت قوة الدفع أكبر، ويستعد لإطلاق قمره الصناعي.ولكن كيف يمكننا التأكد من أن هذا القمر الصناعي يعمل ولا يصطدم بالأرض أو يضيع في الفضاء؟
يدور القمر الصناعي حول نجم بسرعة ثابتة. وخلافا للاعتقاد الشائع، فإن القمر الصناعي ليس عديم الوزن. بل إنه في حالة سقوط حر باستمرار، ولكن بفضل سرعته، فإنه يسقط "بجانب" الأرض. بدون احتكاك الهواء، يمكننا الدوران على أي ارتفاع، وتجنب العوائق بالطبع. لكن الغلاف الجوي يمنع وضع قمر صناعي على ارتفاع أقل من 200 كيلومتر. يا له من كوكب مقيد. القمر الصناعي الذي تم وضعه على هذا المستوى المنخفض سيستمر لبضعة أيام فقط. فكبحه الهواء، ستنخفض سرعته وسيعود إلى الأرض. السرعة التي تعطى للقمر الصناعي تتناقص مع ارتفاعه.كلما زاد ارتفاعه، قل تعرضه للجاذبية. سرعة القمر الصناعي هي 8 كم على مسافة 200 كم و6.9 على مسافة 2000 كم.
لذا، أتمنى أن ينال هذا المقال إعجابكم، وأن تكونوا قد تعلمتم المزيد عن الحركات في الفضاء، والميكانيكا السماوية، وأن تصبحوا جميعًا مهندسي فضاء في المستقبل بفضلي! لا تتردد في التعليقات أن تسألني أسئلة حول نقاط معينة لم أشرحها أو أسئلة تطرحها على نفسك!
ملاحظة: للمهتمين، إليك بعض الصيغ المفيدة:
