الصلة:
في 12 أبريل، تتذكر بلادنا حدثًا عظيمًا - رحلة الإنسان إلى الفضاء. ناقشنا في الفصل أيضًا موضوع الفضاء ورسمنا الصور. وطلب منا المعلم إعداد تقارير شيقة عن الفضاء. ولهذا اخترت هذا الموضوع لأني مهتم به بنفسي. وعشية عطلة "يوم رواد الفضاء" هذا مهم بالنسبة لنا، وأعتقد أنه سيثير اهتمامك أيضًا.
تخميناتي:
في المنزل، أخرجت موسوعة "الأجرام السماوية" وبدأت في القراءة. ثم سألت نفسي ربما سيسقط القمر علينا؟ أجبته أن القمر من المحتمل أن يسقط إذا اقترب من الأرض. أو ربما يمسكه شيء ما بالأرض، فلا يسقط ولا يطير بعيدًا في أي مكان.
الغرض والأهداف من عملي:
قررت أن أدرس الأدبيات بمزيد من التفصيل حول كيفية تكوين القمر وكيف يؤثر على الأرض وما الذي يربطه بالأرض ولماذا لا يطير القمر إلى الفضاء ولا يسقط على الأرض. وهذا ما اكتشفته.
مقدمة
في علم الفلك، القمر الصناعي هو جسم يدور حول جسم كبير وتمسكه قوة جاذبيته. القمر هو أحد الأقمار الصناعية للأرض. الأرض هي قمر صناعي للشمس. القمر هو جرم سماوي صلب وبارد وكروي، وهو أصغر من الأرض بأربع مرات.
القمر هو الجرم السماوي الأقرب إلى الأرض. لو كان ذلك ممكنا، لكان السائح سيرا على الأقدام إلى القمر لمدة 40 عاما
يعد نظام الأرض والقمر فريدًا من نوعه في النظام الشمسي، حيث لا يوجد كوكب لديه مثل هذا القمر الصناعي الكبير. القمر هو القمر الصناعي الوحيد للأرض.
ويمكن رؤيته بالعين المجردة أفضل من أي كوكب آخر من خلال التلسكوب. يخفي قمرنا الصناعي العديد من الألغاز.
والقمر هو الجسم الكوني الوحيد الذي زاره الإنسان حتى الآن. يدور القمر حول الأرض بنفس الطريقة التي تدور بها الأرض حول الشمس (انظر الشكل 1).
تبلغ المسافة بين مركزي القمر والأرض حوالي 384,467 كم.
كيف يبدو القمر؟
القمر ليس مثل الأرض على الإطلاق. فلا هواء ولا ماء ولا حياة. إن تركيز الغازات بالقرب من سطح القمر يعادل الفراغ العميق. نظرًا لقلة الغلاف الجوي ، تصل حرارة مساحاتها القاتمة والمتربة إلى +120 درجة مئوية أثناء النهار وتتجمد في الليل أو في الظل إلى -160 درجة مئوية. السماء على القمر سوداء دائمًا، حتى أثناء النهار. يبدو قرص الأرض الضخم من القمر أكبر بـ 3.5 مرة من القمر من الأرض، وهو معلق بلا حراك تقريبًا في السماء (انظر الشكل 2).
سطح القمر بأكمله مليء بالحفر التي تسمى الحفر. يمكنك رؤيتها من خلال النظر عن كثب إلى القمر في ليلة صافية. بعض الحفر كبيرة جدًا بحيث يمكن أن تتسع بداخلها مدينة ضخمة. هناك خياران رئيسيان لتشكيل الحفر - البركانية والنيزكية.
يمكن تقسيم سطح القمر إلى نوعين: التضاريس الجبلية القديمة جدًا (القارة القمرية) والماريا القمرية الناعمة نسبيًا والأحدث.
ماريا القمرية، التي تشكل ما يقرب من 16٪ من سطح القمر، هي عبارة عن حفر ضخمة نشأت عن الاصطدامات مع الأجرام السماوية التي غمرت فيما بعد بالحمم السائلة. وأطلق على البحار القمرية أسماء: بحر الأزمات، بحر الوفرة، بحر الهدوء، بحر الأمطار، بحر الغيوم، بحر موسكو وغيرها.
وبالمقارنة مع الأرض، فإن القمر صغير جدًا. يبلغ نصف قطر القمر 1738 كم، وحجم القمر 2% من حجم الأرض، وتبلغ مساحته 7.5% تقريباً
كيف تم تشكيل القمر؟
القمر والأرض في نفس العمر تقريبًا. هنا نسخة واحدة من تشكيل القمر.
1. بعد وقت قصير من تكوين الأرض، اصطدم بها جرم سماوي ضخم.
2. من الارتطام تحطمت إلى شظايا كثيرة.
3. تحت تأثير الجاذبية (الجاذبية) للأرض بدأت الشظايا بالدوران حولها.
4. مع مرور الوقت، اجتمعت الشظايا معًا وشكلت القمر.
مراحل القمر
القمر يغير مظهره كل يوم. في البداية يكون الهلال ضيقا، ثم يصبح القمر أكثر اكتمالا، وبعد أيام قليلة يصبح مستديرا. لبضعة أيام أخرى، يصبح القمر البدر أصغر وأصغر تدريجيًا ويصبح مثل المنجل مرة أخرى. غالبًا ما يُطلق على الهلال اسم الشهر. إذا كان المنجل محدبًا إلى اليسار، مثل حرف "C"، فإنهم يقولون إن القمر "يشيخ". وبعد 14 يومًا و19 ساعة من اكتمال القمر، سيختفي الشهر القديم تمامًا. القمر غير مرئي. تسمى هذه المرحلة من القمر "القمر الجديد". ثم يتحول القمر تدريجياً من هلال ضيق يتجه نحو اليمين إلى بدر مرة أخرى.
ولكي "ينمو" القمر مرة أخرى، يلزم نفس الفترة الزمنية: 14 يومًا و19 ساعة. تغيير مظهر القمر، أي. يحدث التغيير في مراحل القمر، من البدر إلى البدر، كل أربعة أسابيع، وبشكل أكثر دقة في 29 يومًا ونصف. هذا شهر قمري. كان بمثابة الأساس لتجميع التقويم القمري. أثناء اكتمال القمر، يواجه القمر الأرض بجانبه المضاء، وأثناء ظهور القمر الجديد، بجانبه غير المضاء. يدور القمر حول الأرض، ويتجه نحوها إما كسطح مضاء بالكامل، أو كسطح مضاء جزئيا، أو كسطح مظلم. ولهذا السبب يتغير مظهر القمر بشكل مستمر طوال الشهر.
مد وجزر
تسبب قوى الجاذبية بين الأرض والقمر بعض التأثيرات المثيرة للاهتمام. وأشهرها المد البحري. الفرق بين مستويات المد العالية والمنخفضة في المناطق المفتوحة من المحيط صغير ويصل إلى 30-40 سم، ومع ذلك، بالقرب من الساحل، بسبب صعود موجة المد إلى قاع صلب، تزداد موجة المد الارتفاع بنفس طريقة موجات الرياح العادية للأمواج.
مع الأخذ في الاعتبار اتجاه دوران القمر حول الأرض، من الممكن إنشاء صورة لموجة المد والجزر التي تتبع المحيط. لوحظ الحد الأقصى لسعة موجة المد والجزر على الأرض في خليج فندي في كندا ويبلغ 18 مترًا.
استكشاف القمر
لقد جذب القمر انتباه الناس منذ العصور القديمة. أتاح اختراع التلسكوبات التمييز بين التفاصيل الدقيقة لتضاريس القمر (الشكل السطحي). قام جيوفاني ريتشولي بتجميع إحدى الخرائط القمرية الأولى في عام 1651، كما أعطى أسماء للمناطق المظلمة الكبيرة، وأطلق عليها اسم "البحار"، والتي لا نزال نستخدمها حتى اليوم. في عام 1881، جمع جولز يانسن "أطلسًا فوتوغرافيًا للقمر" مفصلًا.
منذ بداية عصر الفضاء، زادت معرفتنا بالقمر بشكل ملحوظ. تمت زيارة القمر لأول مرة بواسطة المركبة الفضائية السوفيتية لونا 2 في 13 سبتمبر 1959.
ولأول مرة تمكنا من النظر إلى الجانب البعيد من القمر عام 1959، عندما حلقت المحطة السوفيتية لونا 3 فوقه وصورت جزءا من سطحه غير مرئي من الأرض.
كانت المهمة الأمريكية المأهولة إلى القمر تسمى أبولو.
وتم الهبوط الأول في 20 يوليو 1969، وكان أول شخص تطأ قدمه على سطح القمر هو الأمريكي نيل أرمسترونج. قامت ست بعثات استكشافية بزيارة القمر، لكن آخر مرة كانت في عام 1972، نظرًا لأن الرحلات الاستكشافية مكلفة للغاية. وفي كل مرة، هبط عليها شخصان وقضوا ما يصل إلى ثلاثة أيام على سطح القمر. ويجري حاليا إعداد بعثات جديدة.
لماذا لا يسقط القمر على الأرض؟
سيسقط القمر على الفور على الأرض إذا كان ثابتًا. لكن القمر لا يقف ساكنا، فهو يدور حول الأرض.
عندما نرمي جسمًا ما، مثل كرة التنس، فإن الجاذبية تسحبه نحو مركز الأرض، وحتى كرة التنس التي يتم رميها بسرعة عالية ستظل تسقط على الأرض، ولكن النمط سيتغير إذا كان الجسم بعيدًا جدًا تتحرك بشكل أسرع بكثير.
تجربتي:
سألت والدي هذا السؤال فشرحه لي بمثال بسيط. لقد ربطنا ممحاة عادية بخيط. تخيل أنك الأرض والممحاة هي القمر، وابدأ في دورانها. سوف تتمزق ممحاة الخيط من يدك حرفيًا، لكن الخيط لن يتركها. القمر بعيد جدًا ويتحرك بسرعة كبيرة لدرجة أنه لا يقع أبدًا في نفس الاتجاه. حتى لو سقط القمر باستمرار، فلن يسقط القمر على الأرض أبدًا. وبدلا من ذلك، فإنه يتحرك حول الأرض في مسار ثابت.
إذا قمنا بتدوير الممحاة بقوة شديدة، فسوف ينقطع الخيط، وإذا قمنا بتدويرها ببطء، فسوف تسقط الممحاة.
ونستنتج: لو تحرك القمر بشكل أسرع لتغلب على جاذبية الأرض وطار في الفضاء؛ وإذا تحرك القمر بشكل أبطأ لسحبته الجاذبية إلى الأرض. هذا التوازن الدقيق لسرعة الجاذبية يخلق ما نسميه المدار، حيث يدور الجسم السماوي الأصغر باستمرار حول الجسم الأكبر.
القوة التي تمنع القمر من "الهروب" أثناء دورانه هي قوة جاذبية الأرض. والقوة التي تمنع القمر من السقوط على الأرض هي قوة الطرد المركزي التي تنشأ عندما يدور القمر حول الأرض.
يدور القمر حول الأرض، ويتحرك في مداره بسرعة 1 كم/ثانية، أي ببطء بما يكفي حتى لا يترك مداره و"يطير" إلى الفضاء، ولكنه أيضًا سريع بما يكفي حتى لا يسقط على الأرض.
بالمناسبة...
سوف تتفاجأ، لكن في الحقيقة القمر... يبتعد عن الأرض بسرعة 3-4 سم سنوياً! يمكن تصور حركة القمر حول الأرض على أنها دوامة تتفكك ببطء. والسبب في مسار القمر هذا هو الشمس التي تجذب القمر أقوى مرتين من الأرض.
لماذا إذن لا يسقط القمر على الشمس؟ ولكن لأن القمر والأرض يدوران بدورهما حول الشمس، وينفق التأثير الجذاب للشمس بالكامل على النقل المستمر لهذين الجثتين من مسار مستقيم إلى مدار منحني.
– القمر نفسه لا يتوهج، بل يعكس فقط ضوء الشمس الساقط عليه؛
– يدور القمر حول محوره خلال 27 يومًا أرضيًا؛ وفي نفس الوقت يقوم بدورة واحدة حول الأرض؛
– القمر، الذي يدور حول الأرض، يواجهنا دائمًا بجانب واحد، ويبقى جانبه الخلفي غير مرئي بالنسبة لنا؛
– يتحرك القمر في مداره ويبتعد تدريجياً عن الأرض بحوالي 4 سم سنوياً.
– قوة الجاذبية على القمر أقل بـ 6 مرات من الأرض.
ولذلك، فإن إطلاق الصاروخ من القمر أسهل بكثير من إقلاعه من الأرض.
من الممكن أن يتم إرسال سفن الفضاء قريبًا في رحلات طويلة بين الكواكب ليس من الأرض، ولكن من القمر.
ومع بداية هذا القرن، أعلنت الصين استعدادها لاستكشاف القمر، وكذلك بناء عدة قواعد قمرية مأهولة هناك. بعد هذا البيان، أطلقت منظمات الفضاء في الدول الرائدة، وخاصة الولايات المتحدة الأمريكية (ناسا) ووكالة الفضاء الأوروبية (وكالة الفضاء الأوروبية)، برامجها الفضائية مرة أخرى.
ماذا سيأتي من هذا؟
سنرى في عام 2020. في هذا العام خطط جورج بوش لهبوط البشر على سطح القمر. وهذا التاريخ يسبق الصين بعشر سنوات، حيث ذكر برنامجها الفضائي أن إنشاء القواعد القمرية الصالحة للسكن وهبوط الأشخاص عليها لن يتم إلا في عام 2030.
القمر هو الأجرام السماوية الأكثر استكشافًا، لكنه لا يزال يخفي الكثير من الألغاز بالنسبة للبشر: ربما يكون أساس حضارات خارج كوكب الأرض، وربما ستكون الحياة على الأرض مختلفة تمامًا إذا لم يكن هناك قمر، وربما في المستقبل سيستقر الناس على القمر. قمر ...
الاستنتاجات:
لذلك، اكتشفنا أن القمر هو القمر الصناعي الطبيعي للأرض، وهو يدور حول كوكبنا ويتحرك مع الأرض في مدار حول الشمس؛
- مسألة أصل القمر لا تزال مثيرة للجدل؛
- التغيرات في شكل القمر تسمى المراحل. إنهم موجودون بالنسبة لنا فقط
تبين أن أحد افتراضاتي كان صحيحًا، القمر مقيد بالفعل بشيء ما، وهذه هي قوة الجاذبية الأرضية وقوة الطرد المركزي.
وافتراضي الآخر، أن القمر سوف يسقط إذا اقترب من الأرض، ليس صحيحًا تمامًا. سوف يسقط القمر على الأرض عندما يتوقف القمر عن الدوران ويظل بلا حراك، عندها لن تعمل قوة الطرد المركزي.
من خلال دراسة الموسوعات والإنترنت، تعلمت الكثير من الأشياء الجديدة والمثيرة للاهتمام. سأشارك بالتأكيد هذه الاكتشافات مع زملائي في درس العالم من حولنا.
لقد تمكنا من حل بعض ألغاز القمر، لكن هذا لم يجعله أقل إثارة للاهتمام وجاذبية!
الأدب المستخدم:
1. "الفضاء. أطلس المستعرات الأعظم للكون"، م.، "إكسمو"، 2006.
2. الموسوعة المدرسية الجديدة “الأجرام السماوية” م. “روزمن” 2005
3. موسوعة الأطفال "Pochemuchka"، م.، "Rosmen"، 2005.
4. "ما هذا؟ من هذا؟" موسوعة الأطفال، م. "علم أصول التدريس -
اضغط “1995
5. الإنترنت - كتب مرجعية وصور عن الفضاء.
مكتمل:طالب الصف 3B
خاليولين إيلدار
مشرف:ساكاييفا جي.
المؤسسة التعليمية البلدية المدرسة الثانوية رقم 79، أوفا
وفقًا لقانون الجذب العام لنيوتن، فإن جميع الأجسام المادية تتجاذب مع بعضها البعض بقوة تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتها وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينها. حسنًا، لا تفكر كثيرًا في الأمر. أنا أعرف كم كنت لا ترغب في القيام بذلك. التالي سأشرح كل شيء بالتفصيل! لذا، ضع في اعتبارك أنه عندما تقفز، فإن الأرض تسحبك للخلف، ويحدث نفس الشيء مع الأرض، فأنت تجذبها إليك أيضًا. لكن هذا غير ملحوظ، لأن كتلتك لا تذكر مقارنة بكتلة الأرض!
الآن دعونا نزيل كل شيء: الهواء، والشمس، والأقمار الصناعية، والأنظمة والأشياء الأخرى في الكون. دعونا نترك فقط القمر والأرض التجريبيين! 
هل تعتقد أنه في مثل هذا النظام المثالي سيصطدم القمر بالأرض؟
حسنًا، من حيث المبدأ، هذا ما يجب أن يحدث، بناءً على القانون المذكور أعلاه، يجب أن تجذب الأرض القمر إليها، ويجب أن يجذب القمر الأرض إليها، وسوف يتحدان في شيء واحد! لكن هذا لا يحدث! هناك شيء في الطريق! الآن دعونا نضيفني إلى نظامنا! حسنًا، للتوضيح، دعونا نضع حجرًا في يدي! (هكذا ينبغي أن يكون) 
يرجى ملاحظة أنني موجود بالفعل على الأرض، وقد تم سحبي إليها ولا أستطيع الابتعاد عنها! والحجر الذي في يدي ما زال يصل إلى الأرض، لكني لا أتركه ينجذب... أنا أشمت بالأرض.
إذن التجربة:
أطلق حجرًا بكل قوتي على طول سطح الأرض! 
إنه يطير لمسافة ما وسيكون سعيدًا بالطيران بعيدًا إلى نظام شمسي آخر إذا لم تبدأ الأرض الخبيثة في جذبه. لم يستطع مقاومة قانون الجاذبية الكونية هذا. والتي عانى منها نيوتن أيضًا. من المؤكد أن التفاحة أعطته نتوءًا جيدًا! لهذا السبب...
الآن أطلق هذا الحجر بقوة أكبر... حسنًا، باختصار، بكل القوة التي أطلقتها! 
طار حول ما يقرب من نصف الأرض. ولكن مع ذلك تبين أن الأرض أقوى وما زالت تسحبه!
إذن ما رأيك...
لن أكتفي بهذا، فقد قمت الآن بإطلاق الحجر بسرعة تقارب 8000 م/ث.
يطير حجر إلى نفسه ويقول: "أخيرًا، سأبتعد عن هذا الكوكب الضخم... أم لا؟... آآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآآه 
وقبل أن أتمكن من النظر إلى الوراء، كان حجري يتطاير باتجاه مؤخرة رأسي... ماذا لو انحنيت؟ ... من الواضح أنه سيطير أبعد في المدار التالي!
كل ما تبقى هو إعطاء الحجر قوة كونية ثانية وسنرى... 
...مثل الحجر سيترك المدار وربما النظام الشمسي، إذا لم يجذبه أحد بالطبع!
هذا كل شيء!
تبين أن الشمس هنا وليس لها علاقة بها! لكن القمر هو نفس الحجر، وإذا أبطأت سرعته، فسوف يسقط بالتأكيد على الأرض!
يتحدث المقال عن سبب عدم سقوط القمر على الأرض، وأسباب حركته حول الأرض وبعض الجوانب الأخرى من الميكانيكا السماوية لنظامنا الشمسي.
بداية عصر الفضاء
لقد جذب القمر الصناعي الطبيعي لكوكبنا الانتباه دائمًا. في العصور القديمة، كان القمر موضوع عبادة بعض الأديان، ومع اختراع التلسكوبات البدائية، لم يتمكن علماء الفلك الأوائل من الابتعاد عن التفكير في الحفر المهيبة.
بعد ذلك بقليل، مع الاكتشافات في مجالات أخرى من علم الفلك، أصبح من الواضح أنه ليس فقط كوكبنا، ولكن أيضًا عددًا من الكواكب الأخرى، لديها مثل هذا القمر الصناعي السماوي. والمشتري لديه ما يصل إلى 67 منهم! لكن نظامنا هو الرائد من حيث الحجم في النظام بأكمله. لكن لماذا لا يسقط القمر على الأرض؟ وما سبب حركتها في نفس المدار؟ وهذا ما سنتحدث عنه.
الميكانيكا السماوية
أولاً، عليك أن تفهم ما هي الحركة المدارية ولماذا تحدث. وفقًا للتعريف الذي يستخدمه الفيزيائيون وعلماء الفلك، فإن المدار هو حركة جسم آخر أكبر بكثير في الكتلة. وكان يُعتقد لفترة طويلة أن مدارات الكواكب والأقمار الصناعية هي مدارات دائرية باعتبارها الأكثر طبيعية وكمالاً، لكن كبلر، بعد محاولات فاشلة لتطبيق هذه النظرية على حركة المريخ، رفضها.
كما تعلم من مقرر الفيزياء، فإن أي جسمين يواجهان ما يسمى بالجاذبية المتبادلة. نفس القوى تؤثر على كوكبنا والقمر. لكن إذا انجذبوا، فلماذا لا يسقط القمر على الأرض، كما هو منطقي أكثر؟
والحقيقة هي أن الأرض لا تقف ساكنة، ولكنها تتحرك حول الشمس في شكل بيضاوي، كما لو كانت "تهرب" باستمرار من قمرها الصناعي. وهو بدوره يمتلك سرعة قصورية، ولهذا يتحرك في مدار بيضاوي الشكل.
أبسط مثال يمكن أن يفسر هذه الظاهرة هو كرة على خيط. إذا قمت بتدويرها، فسوف تثبت الجسم في مستوى أو آخر، ولكن إذا أبطأت، فلن يكون ذلك كافيًا وستسقط الكرة. تعمل نفس القوى وتسحبها الأرض معها، ولا تسمح لها بالوقوف ساكنة، وقوة الطرد المركزي، التي تطورت نتيجة الدوران، تحملها، ولا تسمح لها بالاقتراب من مسافة حرجة.
إذا أعطينا تفسيرا أبسط لمسألة لماذا لا يسقط القمر على الأرض، فإن السبب وراء ذلك هو التفاعل المتساوي للقوى. يجذب كوكبنا القمر الصناعي، مما يجبره على الدوران، ويبدو أن قوة الطرد المركزي تدفعه بعيدًا.
شمس
لا تنطبق هذه القوانين على كوكبنا والقمر الصناعي فحسب، بل يطيعها الجميع أيضا. بشكل عام، تعد الجاذبية موضوعا مثيرا للاهتمام للغاية. غالبًا ما تتم مقارنة حركة الكواكب حولها بالساعة، فهي دقيقة جدًا ومحددة. والأهم من ذلك أنه من الصعب للغاية كسره. وحتى لو تمت إزالة عدة كواكب منه، فمن المرجح جدًا أن يتم إعادة بناء الباقي في مدارات جديدة، ولن يحدث الانهيار عند السقوط على النجم المركزي.
ولكن إذا كان لنجمنا مثل هذا التأثير الضخم للجاذبية حتى على الأجسام البعيدة، فلماذا لا يسقط القمر على الشمس، بالطبع، النجم على مسافة أكبر بكثير من الأرض، وبالتالي كتلته؟ الجاذبية، هو أمر من حيث الحجم أعلى.
والحقيقة هي أن القمر الصناعي الخاص به يتحرك أيضًا في مدار حول الشمس، وهذا الأخير لا يؤثر على القمر والأرض بشكل منفصل، بل على مركز كتلتهما المشترك. والقمر يخضع لتأثير مزدوج للجاذبية - النجوم والكواكب، وبعدها قوة الطرد المركزي التي توازنهم. وإلا فإن جميع الأقمار الصناعية والأشياء الأخرى كانت ستحترق منذ فترة طويلة تحت أشعة الشمس الحارقة. هذا هو بالضبط الجواب على السؤال المتكرر حول سبب عدم سقوط القمر.
حركة الشمس
والحقيقة الأخرى الجديرة بالذكر هي أن الشمس تتحرك أيضًا! ومعه نظامنا بأكمله، على الرغم من أننا اعتدنا على الاعتقاد بأن الفضاء الخارجي مستقر ولا يتغير، باستثناء مدارات الكواكب.
إذا نظرنا بشكل أكثر عالمية، داخل الأنظمة ومجموعاتها بأكملها، يمكننا أن نرى أنها تتحرك أيضًا على طول مساراتها الخاصة. وفي هذه الحالة تدور الشمس مع "أقمارها الصناعية" حول مركز المجرة، وإذا تخيلنا هذه الصورة من الأعلى، فإنها تبدو وكأنها دوامة ذات فروع عديدة، والتي تسمى أذرع المجرة. وتتحرك شمسنا، مع ملايين النجوم الأخرى، في أحد هذه الأذرع.
يسقط
ولكن مع ذلك، إذا سألت نفسك هذا السؤال وتخيلت؟ ما هي الظروف اللازمة لكي يصطدم القمر بالأرض أو يتجه نحو الشمس؟
يمكن أن يحدث هذا إذا توقف القمر الصناعي عن الدوران حول الجسم الرئيسي واختفت قوة الطرد المركزي، أو إذا غيّر شيء ما مداره بشكل كبير وأضف سرعة، على سبيل المثال، الاصطدام بنيزك.
حسنًا، سوف يذهب إلى النجم إذا تم إيقاف حركته حول الأرض بشكل متعمد بطريقة أو بأخرى وتم إعطاء تسارع أولي نحو النجم. ولكن على الأرجح، سوف يستقر القمر تدريجياً في مدار منحني جديد.
دعونا نلخص: القمر لا يسقط على الأرض، لأنه بالإضافة إلى جاذبية كوكبنا، فإنه يتأثر أيضًا بقوة الطرد المركزي، والتي يبدو أنها تدفعه بعيدًا. ونتيجة لذلك، فإن هاتين الظاهرتين توازنان بعضهما البعض، ولا يطير القمر الصناعي بعيدًا ولا يصطدم بالكوكب.
طالب . هناك قصة معروفة على نطاق واسع وهي أن اكتشاف نيوتن لقانون الجاذبية العالمية كان مدفوعًا بسقوط تفاحة من الشجرة. لا نعرف مدى مصداقية هذه القصة، لكن تبقى الحقيقة أن السؤال الذي نحن هنا لمناقشته اليوم: "لماذا لا يسقط القمر على الأرض؟" أثار اهتمام نيوتن وقاده إلى اكتشاف القانون من الجاذبية. زعم نيوتن أن هناك قوة جاذبية بين الأرض وجميع الأجسام المادية تتناسب عكسيا مع مربع المسافة.
قام نيوتن بحساب التسارع الذي تنقله الأرض إلى القمر. عجلة الأجسام المتساقطة سقوطًا حرًا بالقرب من سطح الأرض هي g=9.8 m/s 2 . يتم إزالة القمر من الأرض على مسافة تساوي حوالي 60 نصف قطر الأرض. ولذلك رأى نيوتن أن التسارع عند هذه المسافة سيكون: . وينبغي للقمر، الذي يسقط بهذا التسارع، أن يقترب من الأرض بمقدار 0.0013 متر في الثانية الأولى. لكن القمر، بالإضافة إلى ذلك، يتحرك بالقصور الذاتي في اتجاه السرعة اللحظية، أي على طول خط مستقيم مماس عند نقطة معينة من مداره. حول الأرض (الشكل 25).
يتحرك القمر بالقصور الذاتي، ويجب أن يتحرك بعيدًا عن الأرض، كما تظهر الحسابات، في ثانية واحدة بمقدار 1.3 ملم. وبطبيعة الحال، فإن مثل هذه الحركة التي يتحرك فيها القمر في الثانية الأولى بشكل قطري نحو مركز الأرض، وفي الثانية الثانية - على طول المماس، لا وجود لها في الواقع. تتم إضافة كلتا الحركتين بشكل مستمر. ونتيجة لذلك، يتحرك القمر على طول خط منحني، بالقرب من الدائرة. 
دعونا نجري تجربة يمكننا من خلالها أن نرى كيف أن قوة الجذب المؤثرة على جسم بزاوية قائمة على اتجاه حركته تحول الحركة المستقيمة إلى حركة منحنية. تستمر الكرة، بعد أن تدحرجت على المزلق المائل، في التحرك في خط مستقيم بسبب القصور الذاتي. إذا وضعت مغناطيسًا على الجانب، فإنه تحت تأثير قوة الجذب للمغناطيس، يكون مسار الكرة منحنيًا (الشكل 26).
يدور القمر حول الأرض، مقيدًا بالجاذبية. يجب أن يبلغ قطر الكابل الفولاذي الذي يمكنه حمل القمر في مداره حوالي 600 كيلومتر. ولكن على الرغم من هذه القوة الجاذبية الضخمة، فإن القمر لا يسقط على الأرض، لأنه، وجود سرعة أولية، يتحرك بالجمود.
بمعرفة المسافة من الأرض إلى القمر وعدد دورات القمر حول الأرض، حدد نيوتن تسارع الجاذبية للقمر. والنتيجة هي رقم نعرفه بالفعل: 0.0027 م/ث2.
فإذا توقفت قوة جاذبية القمر تجاه الأرض، سيندفع القمر في خط مستقيم إلى هاوية الفضاء الخارجي. وبالتالي، في الجهاز الموضح في الشكل 27، سوف تطير الكرة بشكل عرضي إذا انكسر الخيط الذي يحمل الكرة على الدائرة. في الجهاز الذي تعرفه على جهاز الطرد المركزي (الشكل 28)، فقط وصلة (خيط) تحمل الكرات في مدار دائري. 
عندما ينقطع الخيط، تتناثر الكرات على طول الظلال. من الصعب التقاط حركتها المستقيمة بالعين عندما تكون محرومة من الاتصال، ولكن إذا قمنا برسم (الشكل 29)، فسنرى أن الكرات تتحرك بشكل مستقيم، بشكل عرضي للدائرة.
ولو توقفت حركة القصور الذاتي، لكان القمر قد سقط على الأرض. كان من المفترض أن يستمر السقوط أربعة أيام، وتسع عشرة ساعة، وأربع وخمسين دقيقة، وسبعة وخمسين ثانية، كما حسب نيوتن. 
معلم حاضر في درس الدائرة. انتهى التقرير. من لديه أسئلة؟
سؤال . ما القوة التي تجذب بها الأرض القمر؟
طالب . يمكن تحديد ذلك من خلال الصيغة التي تعبر عن قانون الجاذبية: حيث G هو ثابت الجاذبية، وM وm هما كتلتا الأرض والقمر، وr هي المسافة بينهما. كنت أتوقع هذا السؤال وقمت بالحساب مسبقًا. تجذب الأرض القمر بقوة تبلغ حوالي 2 * 10 20 نيوتن.
سؤال . ينطبق قانون الجذب العام على جميع الأجسام، مما يعني أن الشمس تجذب القمر أيضًا. وأتساءل بأي قوة؟
إجابة . تبلغ كتلة الشمس 300 ألف مرة كتلة الأرض، لكن المسافة بين الشمس والقمر أكبر 400 مرة من المسافة بين الأرض والقمر. لذلك، في الصيغة، سيزيد البسط بمقدار 300000 مرة، وسيزيد المقام بمقدار 400 2، أو 160000 مرة. ستكون قوة الجاذبية أقوى مرتين تقريبًا.
سؤال . لماذا لا يسقط القمر على الشمس؟
إجابة . يسقط القمر على الشمس بنفس الطريقة التي يسقط بها على الأرض، أي أنه يكفي فقط ليبقى على نفس المسافة تقريبًا أثناء دورانه حول الشمس.
- حول الأرض!
- غير صحيح، ليس حول الأرض، بل حول الشمس. تدور الأرض وقمرها القمر حول الشمس، مما يعني أن القمر يدور أيضًا حول الشمس.
سؤال . لا يسقط القمر على الأرض لأنه يتحرك بالقصور الذاتي بسبب سرعته الأولية. لكن وفقًا لقانون نيوتن الثالث، فإن القوى التي يؤثر بها جسمان على بعضهما البعض متساوية في الحجم ومتعاكسة في الاتجاه. لذلك، بنفس القوة تجذب الأرض القمر إليها، وبنفس القوة يجذب القمر الأرض. لماذا لا تسقط الأرض على القمر؟ أم أنها تدور حول القمر؟
مدرس . الحقيقة هي أن القمر والأرض يدوران حول مركز مشترك للكتلة. تذكر تجربة الكرات وآلة الطرد المركزي. كتلة إحدى الكرتين ضعف كتلة الأخرى. لكي تظل الكرات المتصلة بخيط في حالة توازن حول محور الدوران أثناء الدوران، يجب أن تكون مسافاتها من المحور، أو مركز الدوران، متناسبة عكسيًا مع كتلتها. والنقطة التي تدور حولها هذه الكرات تسمى مركز كتلة الكرتين.
لم يتم انتهاك قانون نيوتن الثالث في تجربة الكرات: فالقوى التي تسحب بها الكرات بعضها البعض نحو مركز مشترك للكتلة متساوية. يدور المركز المشترك لكتلة الأرض والقمر حول الشمس.
سؤال . هل يمكن تسمية القوة التي تجذب بها الأرض القمر بوزن القمر؟
طالب . لا، لا يمكنك! نحن نسمي وزن الجسم القوة الناتجة عن جاذبية الأرض التي يضغط بها الجسم على بعض الدعامات، مثل الميزان، أو يمد زنبرك الدينامومتر. إذا وضعت حاملًا تحت القمر (على الجانب المواجه للأرض)، فلن يضغط عليه القمر. لن يقوم القمر بتمديد زنبرك الدينامومتر إذا تمكنا من تعليقه. يتم التعبير عن التأثير الكامل لقوة جذب القمر للأرض فقط في إبقاء القمر في مداره، وفي نقل تسارع الجاذبية إليه. يمكننا أن نقول عن القمر أنه بالنسبة للأرض فهو عديم الوزن بنفس الطريقة التي تكون بها الأجسام الموجودة في سفينة الفضاء الفضائية عديمة الوزن عندما يتوقف المحرك عن العمل ولا تعمل إلا قوة الجاذبية تجاه الأرض على السفينة.
سؤال . أين يقع مركز كتلة نظام الأرض والقمر؟
إجابة . المسافة من الأرض إلى القمر هي 384000 كم. نسبة كتلة القمر إلى كتلة الأرض هي 1:81. وستكون المسافات من مركز الكتلة إلى مراكز القمر والأرض متناسبة عكسيا مع هذه الأرقام. بتقسيم 384000 كم على 82، نحصل على ما يقرب من 4700 كم. وهذا يعني أن مركز الكتلة يقع على مسافة 4700 كيلومتر من مركز الأرض.
- ما هو نصف قطر الأرض؟
- حوالي 6400 كم.
- وبالتالي فإن مركز كتلة نظام الأرض والقمر يقع داخل الكرة الأرضية (الشكل 30، النقطة O). لذلك، إذا لم نسعى جاهدين للدقة، فيمكننا التحدث عن ثورة القمر حول الأرض.
سؤال . أيهما أسهل: الطيران من الأرض إلى القمر أم من القمر إلى الأرض؟
إجابة . لكي يصبح الصاروخ قمرًا اصطناعيًا للأرض، يجب أن تعطى له سرعة أولية تبلغ حوالي 8 كم/ثانية. ولكي يتمكن الصاروخ من الإفلات من مجال الجاذبية الأرضية، يلزم وجود ما يسمى بسرعة الهروب الثانية، وتساوي 11.2 كم/ث. لإطلاق الصواريخ من القمر، تحتاج إلى سرعة أقل: فقوة الجاذبية على القمر أقل بست مرات من قوة الجاذبية على الأرض.
سؤال . لا أفهم جيدًا لماذا لا يكون للأجسام الموجودة داخل الصاروخ أي وزن. ربما عند هذه النقطة فقط في الطريق إلى القمر تتم موازنة قوة الجاذبية على القمر مع قوة الجاذبية على الأرض؟
مدرس . لا. وتصبح الأجسام الموجودة داخل الصاروخ عديمة الوزن منذ اللحظة التي تتوقف فيها المحركات عن العمل ويبدأ الصاروخ رحلة حرة في مدار حول الأرض، أثناء تواجده في مجال الجاذبية الأرضية. أثناء الطيران الحر حول الأرض، يتحرك كل من القمر الصناعي وجميع الأجسام الموجودة فيه بالنسبة إلى مركز كتلة الأرض بنفس تسارع الجذب المركزي، وبالتالي تكون عديمة الوزن.
السؤال الأول. كيف تتحرك الكرات غير المتصلة بخيط على آلة الطرد المركزي: على طول نصف القطر أو على طول مماس للدائرة؟
تعتمد الإجابة على اختيار النظام المرجعي، أي على اختيار الجسم الذي نفكر في حركة الكرات بالنسبة إليه. إذا أخذنا سطح الطاولة كنظام مرجعي، فإن الكرات تتحرك على طول مماسات للدوائر التي وصفتها. إذا أخذنا الجهاز الدوار نفسه كنظام مرجعي، فإن الكرات تتحرك على طول نصف القطر. وبدون الإشارة إلى النظام المرجعي، فإن السؤال عن طبيعة الحركة لا معنى له. "التحرك" يعني التحرك بالنسبة إلى الأجسام الأخرى، ويجب علينا بالضرورة أن نشير إلى أي منها.
السؤال الثاني. ما الذي يدور حوله القمر؟
وإذا نظرنا إلى الحركة بالنسبة للأرض، فإن القمر يدور حول الأرض. إذا اعتبرنا الشمس بمثابة الجسم المرجعي، فستكون حول الشمس. وسأشرح ما قيل برسم من كتاب "علم الفلك الترفيهي" لبيريلمان (الشكل 31). أخبرني، بالنسبة لأي جسم تظهر هنا حركة الأجرام السماوية. 
- فيما يتعلق بالشمس.
- يمين. ولكن من السهل ملاحظة أن القمر يغير موقعه باستمرار بالنسبة للأرض.
مدرس . بالطبع لا يستطيعون ذلك. عند موضع الأرض أو القمر (لاحظ أنني أقول "أو" وليس "و") عند نقطة تقاطع المدارات الموضحة، تكون المسافة بين الأرض والقمر 380,000 كيلومتر. لفهم ذلك بشكل أفضل، ارسم مخططًا لهذه الحركة المعقدة لدرسك التالي. ارسم مدار الأرض على شكل قوس من دائرة نصف قطرها 15 سم (المسافة من الأرض إلى الشمس كما هو معروف هي 150.000.000 كم). على قوس يساوي 1/12 من الدائرة (المسار الشهري للأرض)، حدد خمس نقاط على مسافات متساوية، بما في ذلك النقاط الخارجية. وستكون هذه النقاط هي مراكز مدارات القمر بالنسبة للأرض في الأرباع المتعاقبة من الشهر. لا يمكن رسم نصف قطر مدارات القمر بنفس مقياس مدار الأرض، لأنه سيكون صغيرًا جدًا. لرسم مدارات القمر، تحتاج إلى زيادة المقياس المحدد بنحو عشر مرات، ثم سيكون نصف قطر المدار القمري حوالي 4 ملم. حدد موقع القمر في كل مدار، بدءًا من اكتمال القمر، وقم بتوصيل النقاط المحددة بخط منقط ناعم.
في الفصل التالي، أظهر أحد الطلاب المخطط المطلوب (الشكل 32). 
قصة من طالب يرسم مخططًا: "لقد تعلمت الكثير أثناء رسم هذا المخطط. وكان من الضروري تحديد موقع القمر بشكل صحيح في مراحله، والتفكير في اتجاه حركة القمر والأرض في مداراتهما. هناك عدم دقة في الرسم. سأخبرك عنهم الآن. المقياس المحدد يصور بشكل غير صحيح انحناء المدار القمري. ويجب أن يكون دائمًا مقعرًا بالنسبة للشمس، أي أن مركز الانحناء يجب أن يكون داخل المدار. بالإضافة إلى ذلك، لا يوجد 12 شهرًا قمريًا في السنة، بل أكثر. لكن من السهل إنشاء جزء من اثني عشر من الدائرة، لذلك افترضت تقليديًا أن هناك 12 شهرًا قمريًا في السنة. وأخيرًا، ليست الأرض نفسها هي التي تدور حول الشمس، بل مركز الكتلة المشترك لنظام الأرض والقمر.
سيسقط القمر على الفور على الأرض إذا كان ثابتًا. لكن القمر لا يقف ساكنا، فهو يدور حول الأرض.
يمكنك أن ترى ذلك بنفسك من خلال إجراء تجربة بسيطة. اربط خيطًا بالممحاة وابدأ في فكه. سوف تنسحب الممحاة الموجودة على الخيط من يدك حرفيًا، لكن الخيط لن يتركها. الآن توقف عن التدوير. سوف تسقط الممحاة على الفور.
ومن الأمثلة الأكثر وضوحًا على القياس عجلة فيريس. ولا يسقط الناس من هذه الدوامة عندما يكونون في أعلى نقطة، حتى ولو كانوا مقلوبين رأسا على عقب، لأن قوة الطرد المركزي التي تدفعهم إلى الخارج (تسحبهم نحو المقعد) أكبر من قوة الجاذبية الأرضية. يتم حساب سرعة دوران عجلة فيريس بشكل خاص، وإذا كانت قوة الطرد المركزي أقل من قوة الجاذبية الأرضية، فسوف تنتهي بكارثة - سيسقط الناس من كابيناتهم.
وينطبق الشيء نفسه على القمر. القوة التي تمنع القمر من "الهروب" أثناء دورانه هي قوة جاذبية الأرض. والقوة التي تمنع القمر من السقوط على الأرض هي قوة الطرد المركزي التي تنشأ عندما يدور القمر حول الأرض. يدور القمر حول الأرض، ويتحرك في مداره بسرعة 1 كم/ثانية، أي ببطء بما يكفي حتى لا يترك مداره و"يطير" إلى الفضاء، ولكنه أيضًا سريع بما يكفي حتى لا يسقط على الأرض.
بالمناسبة...
سوف تتفاجأ، لكن في الحقيقة القمر... يبتعد عن الأرض بسرعة 3-4 سم سنوياً! يمكن تصور حركة القمر حول الأرض على أنها دوامة تتفكك ببطء. والسبب في مسار القمر هذا هو الشمس التي تجذب القمر أقوى مرتين من الأرض.
لماذا إذن لا يسقط القمر على الشمس؟ ولكن لأن القمر والأرض يدوران بدورهما حول الشمس، وينفق التأثير الجذاب للشمس بالكامل على النقل المستمر لهذين الجثتين من مسار مستقيم إلى مدار منحني.