ESO/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard) (CC BY 4.0)
مدفع نيوتن
ما هذا؟ تخيل إسحاق نيوتن مدفعاً على جبل مرتفع جداً بحيث يرتفع من الهواء، وأطلق الكرة ببطء وتسقط مرة أخرى، وأطلقها بسرعة كافية وتتحول الأرض تحتها إلى الجانب الآخر بنفس السرعة التي تسقط بها، وبالتالي لا تهبط أبداً. هذا هو المدار.
كيف تستخدمه: حدد سرعة الإطلاق بالمسند أو زر السرعة، ثم اضغط على إطلاق النار. تبقى اللقطات السابقة على الشاشة حتى يمكنك مقارنتها.
كم سريع هذا؟
- .. طلقتك
- طائرة نقل نفاثة، حوالي 900 كم/ساعة (0.25 كم/ثانية)
- رصاصة بندقية، حوالي 1 كم/ثانية
- السرعة المدارية
- سرعة الهروب
تم رسم الجبل أعلى بكثير من أي جبل حقيقي لكي تتمكن من رؤيته، ويتم تجاهل مقاومة الهواء.
جرب هذا
- اضغط على "طائرة نفاثة" و اطلق النار ثم "رصاصة بندقية" و اطلق النارملاحظة: وكل منهما ينخفض مرة أخرى في وقت واحد تقريبا. حتى الأشياء اليومية السريعة جداً ليست سريعة بما فيه الكفاية للوصول إلى المدار.
- اضغط على "سرعة المدار" واطلق النارملاحظة: كرة تدور حول نفسها طوال الطريق ثم تعود إلى المدفع، وهي تسقط طوال الوقت ولكنها لا تزال تخطئ الأرض، وهكذا تبقى محطة الفضاء الدولية على قيد الحياة.
- إطلاق النار ببطء قليل من السرعة المدارية، ثم أسرع قليلا.ملاحظة: أبطأ: تنحني إلى الأسفل وتهبط في جزء من الطريق الدائري. أسرع: الدائرة تمتد إلى شكل بيضاوي طويل الذي يتأرجح بعيداً ويعود.
- اضغط على "سرعة الهروب" و اطلق النار ثم قم بتحويل الكوكب إلى القمرملاحظة: وعلى القمر، حيث الجاذبية أضعف، فإن السرعة المدارية لا تتجاوز حوالي 1.6 كم/ثانية. وإذا كانت الكرة تدور بسرعة الهرب، فإنها تغادر المدار ولا تعود أبداً.
الأفكار الكامنة وراءها
لماذا لا تسقط الكرة المدارية؟
انها تسقط، طوال الوقت. يميل سطح الأرض نحو الأسفل بحوالي 5 متر لكل 8 كيلومتر تقطعه، وأي شيء يسقط يسقط بحوالي 5 متر في ثانيته الأولى. وبالتالي فإن الكرة التي تتحرك جانبيا بسرعة تبلغ حوالي 8 كيلومترا في الثانية تسقط على بعد 5 مترا كل ثانية بينما تنخفض الأرض ببعد 5 متر. لا يقترب من الأرض أبداً
لماذا هذا الجبل الطويل؟
على الأرض، يبلغ ارتفاع الجبل هنا نحو 510 كم (8% من نصف قطر الأرض)، وهو أعلى من ارتفاع محطة الفضاء الدولية (حوالي 400 كم)، لذا فإن الكرة تبدأ فوق كل الهواء تقريبا. وفي الجو، سوف تتباطأ السحب وتسخن الكرة قبل أن تصل إلى سرعة المدار بوقت طويل. ولهذا السبب ترتفع الصواريخ الحقيقية من الهواء أولاً ثم تتسارع جانبياً.
المصادر: كتلة الكواكب وأحجامها من NASA/JPL (bodies.json)؛ المسارات هي مدارات جسمين بالضبط، والسرعة اليومية هي أرقام مستديرة نمطية: الطائرات النفاثة تطير بسرعة حوالي 900 كم/ساعة، ورصاص البنادق يخرج من السبطانة بسرعة تتراوح بين 0.7 إلى 1.2 كم/ثانية تقريباً، وحوالي 1 كم/ثانية بالنسبة للرصاص السريع.
الجاذبية التي يملكها كل جسم على الآخر جاذبية الأرض تسحب كل شيء نحو مركزها، وهذا هو سبب سقوط الأشياء.
المزيد في المسرد →مسار شيء ما يستمر في السقوط حول كوكب أو نجم دون أن يصطدم به أبداً، لأنه يتحرك جانبياً بسرعة كافية.
المزيد في المسرد →السرعة التي يجب أن تذهب بها جانباً لتدور حول كوكب على ارتفاع معين دون أن تسقط فيه أو تحلق بعيداً عنه فوق هواء الأرض مباشرةً هي حوالي 7.8 كم/ثانية
المزيد في المسرد →السرعة اللازمة لمغادرة كوكب إلى الأبد، دون أن تعود أبداً من سطح الأرض هي حوالي 11.2 كم/ثانية، بصرف النظر عن الهواء
المزيد في المسرد →إن الهواء يدفع جسماً متحركاً ويبطئه، ولكن هذه الأداة تتجاهل هذا؛ فإذا أطلقت رصاصة مدفعية حقيقية بهذه السرعة فإنها ستتوقف وتحرق في الهواء.
جدول البيانات (نص بديل)
وإذا كانت السرعة أبطأ من السرعة الدائرية : فإنه يعود إلى الوراء ؛ وإذا كانت بين السرعة الدائرية وسرعة الهروب : فإنه يدور في مدار ؛ وإذا كانت سرعة الهروب أو أعلى منها : فإنه يغادر إلى الأبد .
| الكوكب | سرعة المدار الدائري هنا | سرعة الهروب هنا |
|---|---|---|
| الأرض | 7.61 كم/ث | 10.8 كم/ث |
| القمر | 1.62 كم/ث | 2.29 كم/ث |
| المريخ | 3.42 كم/ث | 4.84 كم/ث |
وتستخدم الأدوات والدروس نماذج مبسطة لأغراض التعلم فقط، ولا ينبغي استخدامها لأغراض الملاحة أو تخطيط البعثات أو اتخاذ أي قرار تشغيلي.() والشهادات مجانية وغير معتمدة. اقرأ إخلاء المسؤولية عن المحتوى التعليمي