التحصيلي

اختبار التحصيل الدراسي — المسار العلمي

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 · mr²
FNقوة التجاذب
GN·m²/kg²ثابت الجذب الكوني
m ، mkgالكتلتان
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)³T²r³
الجذب العامMmrFFF = G M m / r2قانون الجذب العام
قانون الجذب العام: F = G·m₁·mr²، قوّةُ تجاذبٍ متبادَلة بين كلّ كتلتين.
مدار كبلرالشمسأسرعأبطأالمساحتان متساويتان في زمنين متساويينمدار كبلر (القانون الثاني)
قانون كبلر الثاني: الخطّ الواصل بين الكوكب والشمس يمسح مساحاتٍ متساوية في أزمنةٍ متساوية.

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:

قدّام | منصة التدريب على اختبارات القدرات والتحصيلي وموهبة