بحث حول حركة الكواكب والجاذبية بحث حول حركة الكواكب حول الشمس
حركة الكواكب والجاذبية
حركة الكواكب حول الشمس
علوم فيزيائية
مرحلة التعليم الثانوي فيزياء
تعتبر الجاذبية من الأمور التي سلبت وحيرت عقول الفيزيائيين لعقود طويلة من الزمن، فقد كان البحث فيها مهما للغاية لما في ذلك من النتائج الجيدة على اكتشاف أصل المجالات الكهربية والمغناطيسية على الأرض والذي يتأدى فيما بعد إلى استغلال طاقة الجاذبية الأرضية، ولعل البحث كان في أصله عن أصل تلك الطاقة وقياسها بدقة عالية تتابعت في سلسلة كبيرة من علماء الفيزياء والبحث في مضامير ذلك، فكان البحث كبيرا في مجالات الجاذبية وهي تعتبر أحد فروع الفيزياء النظرية الشهيرة والتي يتخصص بها عدد كبير من الفيزيائيين الموجودين اليوم على الأرض.
مسألة الكواكب والجاذبية مسألة قديمة وليست جديدة فقد درس فيزيائيو الفلك مسألة علاقة الجاذبية بوجود الكواكب في الفضاء الخارجي حيث كان البحث في العلاقة بين الشمس كالنجم الذي يحكم حركة الكواكب في المجموعة الشمسية ودوران تلك الكواكب في مدارات ثابتة وعلاقة ذلك بالمسافات التي تقع بين تلك الكواكب والشمس، بل بالمسافة الواقعة بين كل كوكب والآخر، وهذه مسألة لطالما كانت مجال بحث لدى فيزيائي الفلك لمعرفة المسافة التي يتوسع بها مجال الشمس، وكيف يمكن أن يؤثر زيادة المجال أو نقصانه على تأثر الكواكب في المجموعة الشمسية وخصوصا كوكب الأرض الذي نعيش عليه الآن.
لم يصل علم الفيزياء إلى قاعدة حاسمة تحدد إذا ما كانت هناك علاقة بين الجاذبية الأرضية والكواكب المحيطة بها، ولكن الثابت لديهم أن تحديد المدار التي تدور الأرض في مضماره منذ بلايين السنين يتحدد مباشرة بسبب قوة جاذبية الشمس لكوكب الأرض الذي يدور في نفس المضمار التي تدور فيه، وتم تعريف الجاذبية الأرضية بأنها علاقة عن كثافة الكتلة المشكلة للأرض بشكل كبير حيث تعتبر الجاذبية الأرضية هي وصول كثافة المادة لحد معين يسمح لجزئيات الكوكب أو النجم في التقارب من بعضه البعض، ويتم تعريفه بعض الأحيان وفقا لتعريف نيوتن بأنها طاقة خفية ناتجة عن الأرض لا تسمح للأجسام بالطفو ومغادرة سطح الكوكب بسهولة، ومع اختلاف التعاريف واختلاف النظريات والفرضيات التي تحدد شكل الجاذبية إلا أنه تم تعيين رقم أولي من قبل العالم الفيزيائي نيوتن يحدد قيمة الجاذبية الأرضية ووضعها بأساس أن تكون 9.8 ولكن آينشتاين في النسبية العامة وضع لذلك تناسبا كبيرا مطردا في شرح وتوضيح نظريته حيث جعل الجاذبية مختلفة من جزء إلى جزء آخر على كوكب الأرض واعتبر القيمة التي اخرجها نيوتن خاصة فقط في خط الاستواء ومدار السرطان والجدي ولا تشمل المسافة بين المدارات بسبب قوانيين نسبية اتخذها في تعريف الجاذبية بشكل رياضي في نظريته المشهورة.
بغض النظر عن ما ذهب إليه الفيزيائيين في شرح النظرية والتعبير عنها، إلا انه يعتبر لكل كوكب من كواكب المجموعة الشمسية جاذبية مختلفة تماما عن الكوكب الذي بجواره لاختلاف كثافة كل كوكب عن الآخر، ولكن يبقى السؤال مطروقا حتى الآن هل لجاذبية هذه الأجسام تأثير مغناطيسي أو فعلي على الكوكب الذي بجواره أم لا؟!
بحث حول حركة الكواكب حول الشمس
#حركة_الكواكب_حول_الشمس:
بيّن الاعتقاد الذي كان سائدًا لدى العديد من الثقافات القديمة، وخاصّة في فترة العصور الوسطى أنّ الأرض ثابتة في المركز، بينما تدور النجوم، والكواكب حولها، وقد استمرّ هذا الاعتقاد حتى فترة عصر النهضة التي بدأ خلالها علماء الفلك بإعادة النظر في نظرية مركزية الأرض، إذ قاموا بذلك بعد رصدهم للكواكب، ومراقبة حركتها المعقّدة في السماء، فحاولوا عندها تفسير هذه الحركة، ممّا أدّى إلى اكتشاف قوانين الميكانيكا المداريّة.
#ماذا_يطلق_على_حركة_الكواكب_حول_الشمس؟
يُطلق على حركة الكواكب حول الشمس (النظام الشمسي) اسم نموذج مركزية الشمس، ما يعني أنه نموذج تمثل الشمس محوره وجميع الكواكب التسعة تدور حولها، بينما يُطلق على المسار الذي تتبعه الكواكب في أثناء الدوران اسم المدار.
#سبب_دوران_الكواكب_حول_الشمس_في_مدارات_ثابتة:
يدور حول الشمس تسعة كواكب، ويُطلق على حركة دورانها تلك اسم الدوران.
أما عن السبب الأساسي الكامن وراء دوران الكواكب حول الشمس فهو جاذبية الأخيرة التي تبقيها في مداراتها، فلو كانت الشمس غير موجودة لتحركت الكواكب في خط مستقيم إلى ما لانهاية، لكن جاذبية الشمس تُغيّر مسارها باستمرار لإجبارها على التحرك حولها في شكل أشبه ما يكون بالدائرة.
#سبب_دوران_الكواكب_حول_الشمس_من_الغرب_إلى_الشرق:
بالرغم من أنه لا يوجد سبب علمي واضح مُتفق عليه حول آلية دوران الكواكب حول الشمس، والتي تبدأ من الغرب وتنتهي في الشرق، فإنّه يُعتقد أن هذه الحركة نشأت في مرحلة تكوين النظام الشمسي قبل نحو 4.6 مليار سنة، واستمرت إلى نحو 0.5 مليار سنة، فكما هو معروف نشأت الكواكب من التهام الأجسام والصخور الفضائية، لذا يعد أفضل تفسير لسبب دوران الكواكب هو ميل محاورها نظرًا لتعرضها للكثير من الاصطدامات في أثناء تكونها وتشكلها.
وبالرغم من أن جميع الكواكب تدور من الغرب إلى الشرق حول الشمس، فإنّ كل من كوكب الزهرة وأورانوس يدوران من الشرق إلى الغرب، ويمكن تفسير هذا الدوران الاستثنائي بسبب تعرضهما لاصطدامات قوية من أجسام فضائية أدت بدورها إلى قلب دورانهما بشكل دائم، كما يمكن أن يُعزى السبب وراء دوران كوكب الزهرة (على وجه الخصوص)، إلى تأثير مد وجزر قوة الجاذبية الشمسية.
#مقدار_سرعة_دوران_الكواكب_حول_الشمس:
تدور الكواكب حول الشمس بسرعات مختلفة، وتتغير السرعة المدارية لكل كوكب وفقًا لبعده عن الشمس، فكلما اقترب من الشمس زادت قوة جذب الشمس له، وبالتالي زادت سرعة حركته والعكس صحيح.
ونوضح مقدار سرعة دوران كل كوكب من كواكب النظام الشمس حول الشمس في الجدول الآتي:
#الكوكب/// #سرعة_دوران_الكوكب_حول_الشمس:
#عطارد// 47.87 كم/ث أي نحو 88 يومًا.
#الزهرة// 35.02 كم/ث أي نحو 225 يومًا.
#الأرض// 29.78 كم/ث أي نحو 365 يومًا.
#المريخ// 24.077 كم/ث أي نحو 687 يومًا.
#المشتري// 13.07 كم/ث أي نحو 12 عامًا.
#زحل// 9.69 كم/ث أي نحو 29 عامًا.
#أورانوس// 6.81 كم/ث أي نحو 84 عامًا.
#نيبتون// 5.43 كم/ث أي نحو 164 عامًا.
#بلوتو// 4.74 كم/ث أي نحو 248 عامًا.
#القوانين_الحاكمة_لحركة_الكواكب_حول_الشمس:
قوانين كيبلر للحركة الكوكبية:
توصّل يوهانس كيبلر إلى ثلاثة قوانين تصف حركة الكواكب في السماء، وذلك بالاعتماد على البيانات الدقيقة التي جمعها الفلكيّ تيخو براهي دون استخدام التليسكوب، ويُمكن تلخيص هذه القوانين في الآتي:
قانون المدارات:
ينصّ على أنّ جميع الكواكب تدور في مدارات إهليجية حول مركزٍ ثابتٍ، وهو الشّمس.
قانون المساحات:
ينصّ على أنّ الخطّ الواصل من مركز أيّ كوكب إلى الشّمس يقطع مساحات متساوية في أزمنة متساوية.
قانون الزمن:
ينصّ على أنّ مربع الفترة المدارية لأيّ كوكب يتناسب طرديًا مع مكعب نصف المحور الرئيسيّ لمداره، ويجدر بالذكر أنّ هذه القوانين الثلاثة كانت قد اشتُقّت لتفسير حركة الكواكب في مداراتها حول الشّمس، إلّا أنّها عُمِّمت بعد ذلك لتنطبق على حركة الأقمار في مداراتها.
/قوانين نيوتن للحركة:
فسّر إسحاق نيوتن في قوانينه مبادئ الحركة بشكل عام، وبالاعتماد على قوانين كيبلر استنتج أنّ حركة جميع الأجسام، سواء كانت كبيرة جدًا كحركة القمر حول الأرض، أو صغيرة كسقوط تفاحة عن الشجرة تتّبع المبادئ الأساسيّة نفسها، وقد نشر نيوتن قوانينه في الحركة في عام 1687م بإيجاز، ويُمكن تلخيصها في الآتي:
قانون نيوتن الأول:
ينصّ على أنّ الجسم الساكن يبقى ساكنًا ما لم تؤثّر عليه قوة خارجية تُحرّكه، والجسم المتحرّك بسرعة ثابتة في خطّ مستقيم يبقى على هذه الحالة، ما لم تؤثّر عليه قوة خارجية فتغيّر الحالة الحركية له، ويُسمّى هذا القانون أيضًا بقانون القصور الذاتي.
قانون نيوتن الثاني:
ينصّ على أنّه إذا أثّرت قوة على جسم ما، فإنّها تكسبه تسارعًا يتناسب طرديًا مع هذه القوّة، وعكسيًا مع كتلته.
قانون نيوتن الثالث:
ينصّ على أنّ لكلّ فعل رد فعل يساويه في الشدّة، ويعاكسه في الاتّجاه.
#قانون_الجذب_العام_لنيوتن:
قدّم نيوتن قانون الجاذبية العام كمثال على قوانين الحركة التي سبق أن قدّمها، إذ توصّل إسحاق نيوتن إلى أنّ كلّ جسم في الكون يمتلك قوة جذب تسحب الأجسام الأخرى نحو مركزه، وتعتمد قوة الجاذبية على كتلة الجسم نفسه، فكلّما زادت كتلته زادت قوة جاذبيته، فمثلًا نجد أنّ قوة الجاذبية للشّمس أكبر من قوة الجاذبية للأرض، كما أنّ قوة الجاذبية للأرض أكبر من قوة الجاذبية لأي جسمٍ آخر صغير، هذا وتتأثّر قوة الجاذبية أيضًا بالمسافة بشكلٍ عكسي، إذ تقلّ قوة الجاذبية كلّما زادت المسافة بين الجسمين، ممّا يُفسّر سبب عدم قدرة الشّمس على جذب الأجسام البعيدة عنها.
قدّمت كلّ من قوانين نيوتن في الحركة، وقانون الجاذبية تفسيرًا واضحًا لحركة الأرض السنويّة حول الشمس، ففي حين أنّ الأرض تتحرّك أساسًا إلى الأمام بشكلٍ مستقيم عبر هذا الكون، إلّا أنّه بسبب قوة جذب الشمس لها بشكل دائم تتغيّر حركة الأرض المستقيمة، وتنحرف عن مسارها، لتتحرّك باتّجاه الشمس، وفي مدارٍ إهليجي.
#نظرية_النسبية_الخاصّة:
استمرّ تطبيق قوانين نيوتن في الحركة، والجاذبية لما يُقارب 220 عاماً، ثمّ جاءت نظرية النسبية الخاصة التي قدّمها ألبرت أينشتاين في عام 1905م، فقد اعتمد نيوتن في قوانينه على افتراض أنّ كلّاً من الوقت، والكتلة، والمسافة تُعدّ عوامل ثابتة بغض النظر عن المكان الذي تُؤخذ منه القياسات، أمّا النظرية النسبية لأينشتاين فاعتمدت على افتراض أنّ مكان المراقب، أو النقطة المرجعية تلعب دورًا مهمًّا في التأثير على الزمان، والكتلة، والمسافة.
ويتحرّك جميع الأشخاص الذين يعيشون على الأرض وفقًا لإطار مرجعي واحد، في حين أنّ الإطار المرجعي لروّاد الفضاء الموجودين في المركبة الفضائية سيكون مختلفًا، ويجدر بالذّكر أنّه عند الوجود ضمن نفس الإطار المرجعي، فإنّه يُمكن عندها تطبيق قوانين نيوتن، إلّا أنّ المشكلة تظهر في الحالة التي يتمّ فيها ملاحظة الأشياء من إطارين مرجعيين مختلفين عن بعضهما، وفي هذه الحالة تُعتمد نظرية النسبية الخاصّة لوصف الحركة بشكلٍ دقيق، هذا ولا يُمكن اعتبار النظرية النسبية بديلًا عن قوانين نيوتن في الحركة، والجاذبية، بل إنّها مكمّلة له، إذ إنّ لكلٌّ منها حالاته الخاصّة.
يتبع في الأسفل