السؤال: قمران اصطناعيان في مدارين دائريين حول الأرض يبعد الأول 150 km عن سطح الأرض، والثاني 160 km. أي القمرين له زمن دوري أكبر؟ وأيهما سرعته أكبر؟
- الإجابة: القمر الاصطناعي الذي يبعد 160 km له زمن دوري أكبر، بينما القمر الاصطناعي الذي يبعد 150 km سرعته أكبر.
شرح الإجابة:
لفهم هذه الظاهرة الفيزيائية، علينا أن ندرك أن كل قمر صناعي يخضع لقوانين كونية دقيقة تضبط حركته. فيما يخص الزمن الدوري، وهو الوقت اللازم لإكمال دورة واحدة حول الأرض، فإن القاعدة بسيطة ومباشرة: كلما اتسع المسار المداري للقمر، ازدادت الفترة الزمنية التي يحتاجها لإتمام هذا المسار. فالقمر الذي يدور على ارتفاع 160 كيلومترًا يقطع محيط دائرة أكبر من رفيقه الذي يدور على ارتفاع 150 كيلومترًا. وبالتالي، فإن رحلته حول الكوكب أطول، مما يستلزم بطبيعة الحال زمنًا دوريًا أكبر.
أما فيما يتعلق بالسرعة المدارية، فالمنطق هنا يتبع مسارًا معاكسًا. ترتبط سرعة القمر الصناعي بشكل وثيق بقوة الجذب الأرضية التي تؤثر عليه. فعندما يكون القمر أقرب إلى سطح الأرض، مثل القمر الموجود على ارتفاع 150 كيلومترًا، تكون قوة الجاذبية المؤثرة عليه أشد. ولكي يحافظ هذا القمر على توازنه ويقاوم السقوط نحو الأرض، لا بد له من التحرك بسرعة فائقة. هذه السرعة العالية تولّد قوة طرد مركزي توازن تمامًا قوة الجذب الشديدة.
إقرأ أيضا:هل تنقذ الجزائر مصر من أزمة انقطاع التيار الكهربائي؟على النقيض من ذلك، فإن القمر الأبعد، الذي يستقر في مداره على ارتفاع 160 كيلومترًا، يواجه قوة جاذبية أضعف نسبيًا. هذا الضعف في قوة الجذب يعني أنه لا يحتاج إلى سرعة هائلة ليحافظ على مساره. بل يمكنه التحرك بسرعة أبطأ مع الحفاظ على استقراره المداري. خلاصة القول هي أن القرب من الأرض يفرض سرعة أعلى وزمنًا دوريًا أقل، بينما البعد عنها يسمح بسرعة أبطأ ويترتب عليه زمن دوري أطول.
إقرأ أيضا:ماذا نستخدم لقياس قوة زلزال ضرب إحدى المدن فخلف وراءه آثاراً تدميرية؟