محطة الفضاء الدولية في مدارها
يقيس زمن دورة محطة الفضاء حول الأرض ويحسب عدد دوراتها في اليوم، ويفسّر دور الجاذبية في بقائها في مدارها.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: الجاذبية و الأفلاك — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٦): محطّة الفضاء الدوْليّة — الجزء الثاني، ص ١٠٤
خطوات التجربة
افتح شاشة «نموذج»، واختر النظام الذي فيه «الأرض» و«محطة فضاء».
فعّل «المسار» و«قوة الجاذبية» و«السرعة»، وشغّل المحاكاة. لاحظ اتجاه سهم قوة الجاذبية على المحطة أثناء دورانها.
راقب عدّاد الزمن بوحدة «دقائق أرضية»، وسجّل الزمن الذي تحتاجه المحطة لإكمال دورة كاملة والعودة إلى نقطة بدايتها.
احسب عدد الدورات في اليوم: ١٤٤٠ دقيقة ÷ زمن الدورة، وقارن بما في الكتاب.
أوقف المحاكاة، واجعل «الجاذبية» على «إيقاف»، ثم شغّلها: ماذا يحدث لمسار المحطة؟
اضغط «عودة الأجسام» وأعد «الجاذبية» إلى «تشغيل»، ثم اختر نظام «الأرض» و«قمر الأرض»، وقارن زمن دورة القمر بوحدة «أيام أرضية» بزمن دورة المحطة.
الفكرة العلمية
تدور محطة الفضاء الدولية حول الأرض على ارتفاع نحو ٤٠٠ كيلومتر بسرعة نحو ٢٨ ألف كم/ساعة، وتكمل دورة كاملة كل ٩٠ دقيقة تقريبًا، أي نحو ١٦ دورة في اليوم. والذي يُبقيها في مدارها هو الجاذبية الأرضية: سهم قوة الجاذبية يشير دائمًا نحو مركز الأرض، فيثني مسار المحطة باستمرار، وسرعتها الكبيرة تجعلها تدور حول الأرض بدل أن تسقط عليها. فإذا ألغيت الجاذبية اختفى ما يثني المسار، فتمضي المحطة في خط مستقيم ولا تعود إلى مدارها. والقمر أبعد عن الأرض بكثير، فدورته أطول بكثير، نحو ٢٧ يومًا، كما أن الكوكب الأبعد عن الشمس سنته أطول. وروّاد الفضاء يبدون بلا وزن مع أن الجاذبية موجودة عندهم، لأنهم يسقطون مع المحطة حول الأرض معًا. وشاشة «نموذج» تكبّر أحجام الأجسام لتراها، فهي ليست بمقياس رسم حقيقي.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
جعلت «الجاذبية» على «إيقاف» أثناء دوران المحطة. ماذا يحدث لمسارها؟
- يصير دائرة أوسع
- يصير خطًّا مستقيمًا تبتعد فيه
- تتوقف المحطة في مكانها
- تسقط المحطة على الأرض
اعرض الإجابة
ب) يصير خطًّا مستقيمًا تبتعد فيه
الجاذبية هي القوة الوحيدة التي تثني مسار المحطة. وبإلغائها لا تبقى قوة تغيّر حركتها، فتمضي في خط مستقيم بالسرعة التي كانت عليها. ومن ظن أنها تسقط أو تتوقف خلط بين إلغاء الجاذبية وإلغاء الحركة.
قِست زمن دورة المحطة فكان نحو ٩٠ دقيقة. كم دورة تقريبًا تكمل في اليوم الواحد؟
- ٤ دورات
- ٩٠ دورة
- ١٦ دورة
- ٢٤ دورة
اعرض الإجابة
ج) ١٦ دورة
اليوم ٢٤ × ٦٠ = ١٤٤٠ دقيقة، و١٤٤٠ ÷ ٩٠ = ١٦ دورة. ومن اختار ٢٤ خلط بين عدد ساعات اليوم وعدد الدورات، ومن اختار ٩٠ أخذ زمن الدورة نفسه عددًا للدورات.
في أيّ اتجاه يشير سهم «قوة الجاذبية» على المحطة طوال دورانها؟
- نحو مركز الأرض
- في اتجاه حركة المحطة
- بعيدًا عن الأرض
- إلى أعلى الشاشة دائمًا
اعرض الإجابة
أ) نحو مركز الأرض
الأرض تجذب المحطة نحو مركزها، فيدور السهم مع المحطة ويبقى متجهًا إلى الأرض. ومن ظن أن القوة في اتجاه الحركة خلط بين سهم القوة وسهم السرعة، وهما متعامدان تقريبًا في المدار الدائري.
كم مرة يرى روّاد المحطة شروق الشمس في اليوم الواحد؟ فسّر.
اعرض الإجابة
نحو ١٦ مرة، لأن المحطة تكمل حول الأرض نحو ١٦ دورة في اليوم، وفي كل دورة تمرّ مرة في الجهة المضاءة من الأرض ومرة في الجهة المظلمة. فيرى الروّاد في كل دورة شروقًا واحدًا وغروبًا واحدًا.
يبدو روّاد الفضاء داخل المحطة كأنهم يطفون بلا وزن. هل انعدمت الجاذبية عندهم؟ فسّر بما رأيته في المحاكاة.
اعرض الإجابة
لا، الجاذبية موجودة، وسهمها في المحاكاة ظاهر على المحطة، ولولاها لانطلقت المحطة في خط مستقيم. والذي يحدث أن المحطة ومن فيها يسقطون نحو الأرض معًا وباستمرار، لكنهم يتحركون جانبًا بسرعة كبيرة فيدورون بدل أن يصلوا. ولأن الجميع يسقط معًا لا يضغط الرائد على أرضية المحطة، فيبدو بلا وزن.