← الميكانيكا
١٣
القسم ٢ · الميكانيكا — الموضوع ١٣ من ١٧
الجاذبية الكونية وقوانين كبلر
قانون الجذب الكوني (نيوتن): قوة التجاذب بين جسمين تتناسب طرديًّا مع كتلتيهما وعكسيًّا مع مربع المسافة بين مركزيهما:
F = G · m₁ · m₂r²
FNقوة التجاذب
GN·m²/kg²ثابت الجذب الكوني
m₁ ، m₂kgالكتلتان
rmالمسافة بين المركزين
- G ثابت الجذب الكوني، والقوة بينهما متساوية متضادة (قانون نيوتن الثالث).
- قاس العالم كافنش (Cavendish) ثابت الجذب الكوني G = 6.67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg² (قيمةٌ ثابتةٌ لا تتغيّر في أنحاء الكون)، وبذلك تمكّن من إيجاد كتلة الأرض.
تنبيه
⚠ بما أن القوة تتناسب عكسيًّا مع مربع المسافة، فمضاعفة البعد بين الجسمين تجعل قوة التجاذب ربع قيمتها الأصلية.
المجال الجاذبي (تسارع الجاذبية الأرضية) يُحسَب من كتلة الأرض ونصف قطرها:
g = G · mErE²
- فهو يتناسب طرديًّا مع كتلة الأرض mE، وعكسيًّا مع مربع نصف قطرها rE.
الزمن الدوري لقمرٍ اصطناعيٍّ يدور حول الأرض على مدارٍ نصفُ قطره r:
T = 2π · r³G · mE
- وهو يتناسب عكسيًّا مع الجذر التربيعي لكتلة الأرض.
قوانين كبلر الثلاثة لحركة الكواكب:
- قوانين كبلر
- الأول (القطوع)مدارُ كلِّ كوكبٍ قطعٌ ناقصٌ (إهليلجي) والشمسُ في إحدى بؤرتيه
- الثاني (المساحات)الخطُّ الواصل بين الشمس والكوكب يمسح مساحاتٍ متساويةً في أزمنةٍ متساوية
- فيسرع الكوكب قُربَ الشمس ويبطُؤ بعيدًا عنها
- الثالث (الأزمنة)(TATB)² = (rArB)³ ⟸ T² ∝ r³
أمثلة على «الجاذبية الكونية وقوانين كبلر»
مثال ١
باب طوله 1.5 m تؤثر فيه قوة 60 N عمودية على حافّته، فما مقدار العزم بوحدة N·m؟
◎ توقّع الإجابة أولًا: