الفصل السابع : ارتياد الفضاء
كان خيال وأصبح حقيقة . يوم 4 أكتوبر 1975
1-فى يوم 4 أكتوبر 1957 أطلق الاتحاد السوفيتى قمره الصناعى الأول ( سبوتنك – 1) كتلته 83.6 كجم شكله كروى نصف قطره 58 سم دار حول الأرض على ارتفاع 950 كم أتم دورته فى 96.2 دقيقة .
2-فى يوم 3 نوفمبر 1957 أطلق الاتحاد السوفيتى قمره الصناعى الثانى ( سبوتنك- 2 ) يحمل الكلبة ( لايكا ) كتلته حوالى نصف طن ويحمل بعض الأجهزة والمعدات .
3-فى يناير 1958 أطلق الولايات المتحدة قمرها الصناعى المستكشف ( ديسكفرى ) .
4-فى أبريل 1961 أطلق الاتحاد السوفيتى أول قمر صناعى يحمل أول رائد فضاء ( يورى جاجارين ) وتلى ذلك عدة محاولات من الدولتين .
5-فى 20 أبريل 1969 أطلقت الولايات المتحدة أول مركبة فضاء فى العالم ( أبوللو – 11 ) وكان نيل أرمسترونج أول رائد فضاء تطأ قدمه سطح القمر.
وصف رحلة الفضاء (أبوللو – 11 ) إلى القمر :
1-أطلقت ( أبوللو- 11 ) بفضل صاروخ من طراز ( سايترى ) ودارت دورتين حول الأرض حيث زادت سرعتها وتخلصت من مجال جاذبية الأرض .
2-اتجهت نحو القمر لمدة 4 أيام ودخلت مجال جاذبية القمر وبدأت تدور حوله وتقلل من سرعتها لتقترب من الأرض بإطلاق صواريخ عكسية مدة 13 يوم وفى نهاية اليوم الثالث عشر انفصلت المركبة القمرية النسر عن المركبة الأم كولومبيا على ارتفاع 15 كم من سطح القمر وأطلقت المركبة النسر آلات الهبوط لتنزل على سطح القمر . ويهبط منها نيل أرمسترونج يليه أندرين وامضيا 21 ساعة فوق القمر ليقطعا بالمركبة النسر للعودة للمركبة الأم كولومبيا التى أخذت طريق العودة إلى الأرض.
الصاروخ متعدد المراحل:
وظيفته ( فائدته ) 1-تحرير مركبة الفضاء من الجاذبية الأرضية .
2-وضع قمر صناعى فى مداره حول الأرض .
فكرة عمله : تعتمد على قانون بقاء كمية الحركة الخطية حيث تندفع الغاذات لأسفل فيندفع الصاروخ لأعلى .
وصفه ( تركيبه ) ثلاث مراحل طوله110 م كتلته أكثر من 3000 طن .
المرحلة الأولى : طولها 42 م مزودة بخمسة محركات تولد دفع هائل للتغلب على حالة السكون التى كان عليها الصاروخ قبل إطلاقه وللتغلب على مقاومة الهواء الكبيرة قرب الأرض . ولا يوجد بها أجهزة توجيه لأنه يتم توجيه الصاروخ من على سطح الأرض.
وتعمل هذه المرحلة لمدة 2.5 دقيقة ثم تنفصل بعد نفاذ وقودها .
المرحلة الثانية : وتعمل بمجرد انفصال الأولى ومزودة أيضا بخمس محركات ولكن تولد دفع أقل من الأولى ويوجد بها أجهزة توجيه لتصحيح مسار الصاروخ فى الهواء وينفصل بعد نفاذ وقودها .
المرحلة الثالثة : وتعمل بعد نفاذ المرحلة الثانية وبها محرك واحد وتدفع الصاروخ لوضع مركبة الفضاء فى مدارها وبها أجهزة توجيه أيضا لتصحيح مسار الصاروخ فى الهواء. والمحرك الواحد يكفى لزيادة سرعة الصاروخ لأن مقاومة الهواء قليلة جدا فى الطبقات العليا.
س1 علل ينبغى مراعاة نسبة معينة بين طول الصاروخ وقطره .
لأن هذه النسبة يعتمد عليها اتزان الصاروخ فى الهواء.
س2 علل الصاروخ أشبه ما يكون بالقلم الرصاص؟
انقاص مقاومة الهواء عليه لأقل ما يمكن.
س3 ما فكرة عمل الصاروخ وفيم يستخدم
س4 علل يوجد بالمرحلة الأولى خمس محركات وبالأخيرة محرك واحد.
س5 علل لا توجد أجهزة توجيه فى المرحلة الأولى وتوجد أجهزة توجيه فى المرحلة الثانية والثالثة .
سرعة الهروب من الجاذبية الأرضية vesp
لكى يتمكن الصاروخ من الهروب من الجاذبية الأرضية يجب أن يكتسب طاقة حركة = طاقة وضعه عند سطح الأرض أو تزيد عليها.
حيث r eنصف قطر الأرض ، m كتلة الصاروخ
M V2 e sp = M g re 1/2
Vesp = 2g re
Vesp = 2 x9.8 x 6.36 x 10 6 = 11160m/s = 11016 k / s
س : إذا علمت أن سرعة هروب جسم كتلته 1 كجم هى 11.2 كم / ث تكون سرعة هروب جسم كتلته 2 كجم هى .......
جـ - 11.2 كم / ث
تذكر أن سرعة الهروب من الجاذبية الأرضية = 11.16 كم / ث
وتتعين من العلاقة 2gre = vesp ولا تتوقف على كتلة الجسم.
الأقمار الصناعية
أنواعها ( ثابتة – متحركة )
استخدامها : الاتصالات – التليفزيون – الحروب – لرصد الثروات الطبيعية – لرصد الأحوال الجوية – أبحاث الفضاء.
شروط استقرار القمر الصناعى الثابت فى مداره.
أن يكون فى مستوى خط الاستواء وهو فى مداره.
أن يكون دورانه فى نفس اتجاه دوران الأرض.
أن يكون زمن الدورة24 h r وهو زمن دوران الأرض حول محورها .
المسافة بين الأرض والقمر 36000k m
حركة الأقمار الصناعية حول الأرض
القمر الصناعى : هو جسم يطلق بسرعة معينة تجعله يدور فى مسار منحنى بحيث يبقى بعده ثابت عن الأرض.
السرعة المدارية v o / هى السرعة التى ينطلق بها قمر صناعى وتجعله يدور فى مسار منحنى فيظل بعده ثابت عن الأرض.
استنتاج علاقة لحساب السرعة المدارية لقمر صناعى vo
نفرض أن m كتلة القمر ، ro نصف قطر المسار الدائرى للقمر الصناعى ، vo السرعة المدارية.
قوة جذب الأرض للقمر (1) fg= m g
القوة المركز = المؤثرة على الأرض f c = m (2)
من (1) ، (2)
Mg = m vo2 = g ro
ro نصف قطر المدار v o = g r o
حيث ro= re+ h
حيث re نصف قطر الأرض ، h ارتفاع القمر عن الأرض
لحساب الزمن الدورى (t) وهو الزمن اللازم للدورة الكاملة
t = t =
مرة أخرى استنتاج علاقة لحساب السرعة المدارية لقمر صناعى (vo)
نفرض أن m كتلة القمر ، me كتلة الأرض ، ro نق المدار
1-قوة الجذب التبادلية بين الأرض
والقمر تتعين من العلاقة (1) f = G
2-القوة الجاذبية المركزية (f c )
للقمر تتعين من العلاقة (2)f c = m
من (1) ، (2)
M = G v o 2 = G
مما سبق توجد علاقتان لحساب السرعة المدارية وهما v o =
v o = g ro
مثال قمر صناعى يدور حول الأرض على ارتفاع 940 كم فوق سطح الأرض فما سرعته المدارية وما زمن دورته حول الأرض علما بأن re= 6360 k m
G = 6067 x 10 -11n . m/k,2 ،كجم Me = 6 x 10 24
الحل / 73 000 k m = ro = re + h= 6360 + 940
ro= 7300x 1000
vo= g = = 7404 m /s
t = = = 6197 s = 103.3
الأقمار الصناعية
تستخدم لنقل البرامج التليفزيونية والاتصالات التليفونية المحمولة وهى ثابتة فى موقعها بالنسبة للأرض لأن زمن الدورة للقمر الصناعى = زمن دورة الأرض حول نفسها = 24 ساعة وتتخذ مسار دائرى ثابت حول خط الاستواء.
وكان آرثر كلارك أول من تخيل أنه يمكن تغطية الأرض بثلاث أقمار صناعية ثابتة على زوايا 120 ْ بالنسبة لبعضها وقد تحقق ذلك .
انعدام الوزن
إذا تصورنا شخص داخل مصعد مع ميزان زنبركى معلق به كتلة m
أولا : والمصعد ساكن Fg = Ft
وزن الكتلة (Fg) = قوة الشد ( Ft )
العجلة = صفر محصلة القوة المؤثرة على الكتلة = صفر
ثانيا : والمصعد يتحرك بسرعة منتظمة يبقى الحال كما هو Fg = Ft
ثالثا والمصعد يتحرك لأعلى بعجلة a فإن
أى أن الميزان يقرأ وزن أكبر f t = f g+m a
ويسمى بالوزن الظاهرى
رابعا والمصعد يتحرك لأسفل بعجلة a فإن f t = f g- m a
وفى هذه الحالة الميزان يقرأ أقل يسمى الوزن الظاهرى .
خامسا" عندما يتحرك لأسفل بنفس عجلة الجاذبية الأرضية تكون a = g أى
Ft=0
وبالتالى يكون الجسم غير معرض لأى قوة شد رغم أنه معلق فى الهواء وهذا هو انعدام الوزن
كان خيال وأصبح حقيقة . يوم 4 أكتوبر 1975
1-فى يوم 4 أكتوبر 1957 أطلق الاتحاد السوفيتى قمره الصناعى الأول ( سبوتنك – 1) كتلته 83.6 كجم شكله كروى نصف قطره 58 سم دار حول الأرض على ارتفاع 950 كم أتم دورته فى 96.2 دقيقة .
2-فى يوم 3 نوفمبر 1957 أطلق الاتحاد السوفيتى قمره الصناعى الثانى ( سبوتنك- 2 ) يحمل الكلبة ( لايكا ) كتلته حوالى نصف طن ويحمل بعض الأجهزة والمعدات .
3-فى يناير 1958 أطلق الولايات المتحدة قمرها الصناعى المستكشف ( ديسكفرى ) .
4-فى أبريل 1961 أطلق الاتحاد السوفيتى أول قمر صناعى يحمل أول رائد فضاء ( يورى جاجارين ) وتلى ذلك عدة محاولات من الدولتين .
5-فى 20 أبريل 1969 أطلقت الولايات المتحدة أول مركبة فضاء فى العالم ( أبوللو – 11 ) وكان نيل أرمسترونج أول رائد فضاء تطأ قدمه سطح القمر.
وصف رحلة الفضاء (أبوللو – 11 ) إلى القمر :
1-أطلقت ( أبوللو- 11 ) بفضل صاروخ من طراز ( سايترى ) ودارت دورتين حول الأرض حيث زادت سرعتها وتخلصت من مجال جاذبية الأرض .
2-اتجهت نحو القمر لمدة 4 أيام ودخلت مجال جاذبية القمر وبدأت تدور حوله وتقلل من سرعتها لتقترب من الأرض بإطلاق صواريخ عكسية مدة 13 يوم وفى نهاية اليوم الثالث عشر انفصلت المركبة القمرية النسر عن المركبة الأم كولومبيا على ارتفاع 15 كم من سطح القمر وأطلقت المركبة النسر آلات الهبوط لتنزل على سطح القمر . ويهبط منها نيل أرمسترونج يليه أندرين وامضيا 21 ساعة فوق القمر ليقطعا بالمركبة النسر للعودة للمركبة الأم كولومبيا التى أخذت طريق العودة إلى الأرض.
الصاروخ متعدد المراحل:
وظيفته ( فائدته ) 1-تحرير مركبة الفضاء من الجاذبية الأرضية .
2-وضع قمر صناعى فى مداره حول الأرض .
فكرة عمله : تعتمد على قانون بقاء كمية الحركة الخطية حيث تندفع الغاذات لأسفل فيندفع الصاروخ لأعلى .
وصفه ( تركيبه ) ثلاث مراحل طوله110 م كتلته أكثر من 3000 طن .
المرحلة الأولى : طولها 42 م مزودة بخمسة محركات تولد دفع هائل للتغلب على حالة السكون التى كان عليها الصاروخ قبل إطلاقه وللتغلب على مقاومة الهواء الكبيرة قرب الأرض . ولا يوجد بها أجهزة توجيه لأنه يتم توجيه الصاروخ من على سطح الأرض.
وتعمل هذه المرحلة لمدة 2.5 دقيقة ثم تنفصل بعد نفاذ وقودها .
المرحلة الثانية : وتعمل بمجرد انفصال الأولى ومزودة أيضا بخمس محركات ولكن تولد دفع أقل من الأولى ويوجد بها أجهزة توجيه لتصحيح مسار الصاروخ فى الهواء وينفصل بعد نفاذ وقودها .
المرحلة الثالثة : وتعمل بعد نفاذ المرحلة الثانية وبها محرك واحد وتدفع الصاروخ لوضع مركبة الفضاء فى مدارها وبها أجهزة توجيه أيضا لتصحيح مسار الصاروخ فى الهواء. والمحرك الواحد يكفى لزيادة سرعة الصاروخ لأن مقاومة الهواء قليلة جدا فى الطبقات العليا.
س1 علل ينبغى مراعاة نسبة معينة بين طول الصاروخ وقطره .
لأن هذه النسبة يعتمد عليها اتزان الصاروخ فى الهواء.
س2 علل الصاروخ أشبه ما يكون بالقلم الرصاص؟
انقاص مقاومة الهواء عليه لأقل ما يمكن.
س3 ما فكرة عمل الصاروخ وفيم يستخدم
س4 علل يوجد بالمرحلة الأولى خمس محركات وبالأخيرة محرك واحد.
س5 علل لا توجد أجهزة توجيه فى المرحلة الأولى وتوجد أجهزة توجيه فى المرحلة الثانية والثالثة .
سرعة الهروب من الجاذبية الأرضية vesp
لكى يتمكن الصاروخ من الهروب من الجاذبية الأرضية يجب أن يكتسب طاقة حركة = طاقة وضعه عند سطح الأرض أو تزيد عليها.
حيث r eنصف قطر الأرض ، m كتلة الصاروخ
M V2 e sp = M g re 1/2
Vesp = 2g re
Vesp = 2 x9.8 x 6.36 x 10 6 = 11160m/s = 11016 k / s
س : إذا علمت أن سرعة هروب جسم كتلته 1 كجم هى 11.2 كم / ث تكون سرعة هروب جسم كتلته 2 كجم هى .......
جـ - 11.2 كم / ث
تذكر أن سرعة الهروب من الجاذبية الأرضية = 11.16 كم / ث
وتتعين من العلاقة 2gre = vesp ولا تتوقف على كتلة الجسم.
الأقمار الصناعية
أنواعها ( ثابتة – متحركة )
استخدامها : الاتصالات – التليفزيون – الحروب – لرصد الثروات الطبيعية – لرصد الأحوال الجوية – أبحاث الفضاء.
شروط استقرار القمر الصناعى الثابت فى مداره.
أن يكون فى مستوى خط الاستواء وهو فى مداره.
أن يكون دورانه فى نفس اتجاه دوران الأرض.
أن يكون زمن الدورة24 h r وهو زمن دوران الأرض حول محورها .
المسافة بين الأرض والقمر 36000k m
حركة الأقمار الصناعية حول الأرض
القمر الصناعى : هو جسم يطلق بسرعة معينة تجعله يدور فى مسار منحنى بحيث يبقى بعده ثابت عن الأرض.
السرعة المدارية v o / هى السرعة التى ينطلق بها قمر صناعى وتجعله يدور فى مسار منحنى فيظل بعده ثابت عن الأرض.
استنتاج علاقة لحساب السرعة المدارية لقمر صناعى vo
نفرض أن m كتلة القمر ، ro نصف قطر المسار الدائرى للقمر الصناعى ، vo السرعة المدارية.
قوة جذب الأرض للقمر (1) fg= m g
القوة المركز = المؤثرة على الأرض f c = m (2)
من (1) ، (2)
Mg = m vo2 = g ro
ro نصف قطر المدار v o = g r o
حيث ro= re+ h
حيث re نصف قطر الأرض ، h ارتفاع القمر عن الأرض
لحساب الزمن الدورى (t) وهو الزمن اللازم للدورة الكاملة
t = t =
مرة أخرى استنتاج علاقة لحساب السرعة المدارية لقمر صناعى (vo)
نفرض أن m كتلة القمر ، me كتلة الأرض ، ro نق المدار
1-قوة الجذب التبادلية بين الأرض
والقمر تتعين من العلاقة (1) f = G
2-القوة الجاذبية المركزية (f c )
للقمر تتعين من العلاقة (2)f c = m
من (1) ، (2)
M = G v o 2 = G
مما سبق توجد علاقتان لحساب السرعة المدارية وهما v o =
v o = g ro
مثال قمر صناعى يدور حول الأرض على ارتفاع 940 كم فوق سطح الأرض فما سرعته المدارية وما زمن دورته حول الأرض علما بأن re= 6360 k m
G = 6067 x 10 -11n . m/k,2 ،كجم Me = 6 x 10 24
الحل / 73 000 k m = ro = re + h= 6360 + 940
ro= 7300x 1000
vo= g = = 7404 m /s
t = = = 6197 s = 103.3
الأقمار الصناعية
تستخدم لنقل البرامج التليفزيونية والاتصالات التليفونية المحمولة وهى ثابتة فى موقعها بالنسبة للأرض لأن زمن الدورة للقمر الصناعى = زمن دورة الأرض حول نفسها = 24 ساعة وتتخذ مسار دائرى ثابت حول خط الاستواء.
وكان آرثر كلارك أول من تخيل أنه يمكن تغطية الأرض بثلاث أقمار صناعية ثابتة على زوايا 120 ْ بالنسبة لبعضها وقد تحقق ذلك .
انعدام الوزن
إذا تصورنا شخص داخل مصعد مع ميزان زنبركى معلق به كتلة m
أولا : والمصعد ساكن Fg = Ft
وزن الكتلة (Fg) = قوة الشد ( Ft )
العجلة = صفر محصلة القوة المؤثرة على الكتلة = صفر
ثانيا : والمصعد يتحرك بسرعة منتظمة يبقى الحال كما هو Fg = Ft
ثالثا والمصعد يتحرك لأعلى بعجلة a فإن
أى أن الميزان يقرأ وزن أكبر f t = f g+m a
ويسمى بالوزن الظاهرى
رابعا والمصعد يتحرك لأسفل بعجلة a فإن f t = f g- m a
وفى هذه الحالة الميزان يقرأ أقل يسمى الوزن الظاهرى .
خامسا" عندما يتحرك لأسفل بنفس عجلة الجاذبية الأرضية تكون a = g أى
Ft=0
وبالتالى يكون الجسم غير معرض لأى قوة شد رغم أنه معلق فى الهواء وهذا هو انعدام الوزن
مس رباب2012-01-09, 8:19 am