La main à la pâte
ما هي العلاقة بين المسافة بين كوكب ما والشمس ومدة الدوران؟
27/11/2003
تاريخ
 
سؤال من
 

لقد دخلنا في دراسة النظام الشمسي. وبملاحظة سرعة دوران الكواكب حول الشمس وسرعة دورانها حول نفسها وبعدها بالنسبة للشمس، تساءل تلاميذ الصف الثاني من مرحلة رياض الأطفال إذا كان هناك علاقة بين هذه المعلومات.

 

 
 
08/12/2003
تاريخ
 
إجابة من
 

على المحاور الثلاثة المقترحة، اثنان منها مرتبطان، زمن الدوران حول الشمس والمسافة بالنسبة للشمس والثالث أي مدة الدوران مستقل. إن رائد الفضاء الألماني جوناس كيبلر (1571 – 1630) هو الذي اقترح العلاقة بين نصف قطر R المدار والزمن T الذي تدور فيه الكواكب حول الشمس، ويتناسب مربع المدة T مع نصف قطر المدار T أس 3. وقد تم تطبيق هذه النتيجة بواسطة إسحاق نيوتن (1642 – 1727) باستخدام قوانين الميكانيكا ونظرية الجاذبية الكونية – إن مدة الدوران لكل كوكب ليس لها أية علاقة بالمميزات المدارية مثل T وR ولكنها تعتمد على قصة الكوكب منذ نشأته وكذلك تفاعلاته مع الأقمار وكذلك أهمية المد والجزر اللذيْنِ يؤثران فيه من ناحية الشمس، فمدة دوران كوكب الزهرة – القريب من الشمس – تساوي 59 يوماً أرضياً ولا تختلف كثيراً عن مدة دورانه حول نفسه وهى 88 يوماً. وهذه المدة تستطيل حتى تصل إلى مدة دوران الكوكب حول نفسه إذا يبقى نفس الوجه من كوكب الزهرة هو المعرض للشمس تماماً مثل القمر مع الأرض.

 
 
ما هي العلاقة بين المسافة بين كوكب ما والشمس ومدة الدوران؟

 
 
08/12/2003
تاريخ
 
إجابة من
 

نعم هناك علاقة بين الاثنين الأخيريْن!! إنهما مرتبطان بواسطة قانون كيبلر الثالث (وهو رائد فضاء من القرن السابع عشر)، الذي يشترط العلاقة بين مكعب نصف قطر مدار الكوكب (إذا افترضنا أنه دائري، في الواقع هو بيضاوي بعض الشئ إذاً نأخذ مربع نصف المحور الكبير للمدار)، ومربع مدة دوران الكوكب حول الشمس ثابت لا يعتمد على الكوكب – نأخذ مثالاً رقمياً لتكن الوحدة: سنة بالنسبة للزمن ووحدة فضائية بالنسبة للمسافات (1ua = 149.5 مليون كم، المسافة بين كوكب الأرض والشمس). في نظام الوحدات، تقع الأرض على بعد 1ua ومدة عام واحد، مكعب المسافة / مربع المدة = 1 (في الوحدات الجيدة)، فلنأخذ الآن المشترى والبعد بينه وبين الشمس 5.201 ua ومدته 11.86 عام، مكعب المسافة / مربع المدة = 1 (بتحديد جيد). يمكننا عمل ذلك مع الكواكب الأخرى، أو تغيير الوحدات (نأخذ مثلاً ملايين الكيلومترات والأعوام) ستعطي كلُّ الكواكب نفس النتيجة. إن سرعة الدوران التي تتحدثون عنها مرتبطة بالطبع بنصف قطر المدار. وأما المدة: السرعة = 2* pi * نصف القطر / المدة. إذا يمكننا إعادة كتابة قانون كيبلر الثالث بالنسبة للسرعة المدارية إذا ما رغبنا في ذلك – أما بالنسبة لسرعة دوران الكوكب حول نفسه فهى ليست مرتبطة بالكميات الأخرى. إنها تعتمد على الظروف التي حدثت في أثناء تكوّن الكوكب، ومن الصعب تحديدها الآن.