الطــــــــــرد المركزي هام للأعضاء

[فيزيائي رياضي 0]

يا اخواني عندي سؤال لم أجد له جواب لا في المكاتب ولا على الشبكة

ما هو الطرد المركزي وكيف ينشأ وما هي قوانينه

من يستطيع أن يجيب على هذا السؤال أرجوكم لا تبخلوا علييي بأجوبة حتى ولو كانت قصيرة وشكرا لكم

 

 

 

 

وهذه دعوة خالصة لمن يستطيع مساعدتي اللهم اجعل الجنة مأوانا أجمعين وارزقنا العلم النافع انك ولي ذلك والقادر عليه

والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته

[سالم الجعيدي 0]

الموضوع سهل جداً وستجد جوابه عند الأستاذ مستور الأحمري

وادع له الله أن ينجح في امتحانات الرياضيات بالكلية هذا الأسبوع

[المستور 0]

السلام عليكم

 

اذا كان سؤالك اخي الكريم عن قوة الطرد المركزية فان الاجابة عنها في السطور التالية التي جمعتها من عدة مقالات وكتب علمية , واعتقد ان اغلب المكتبات تحوي ما يتعلق بها وان لم يكن ذلك ما تقصد اتمنى منك ايضاح سؤالك اكثر ...

 

قوة الطرد المركزية :

 

هي قوة فيزيائية تظهر خلال حركة الأجسام بشكل دائري أو منحني بسبب ميلان الأجسام للبقاء في حالة اتزان . وقد تكون من أهم القوى الكونية وذلك لتدخلها في اغلب المكونات المادية له , فتظهر هذه القوة جلية في الذرات من خلال حفاظها على الالكترونات في مداراتها حول النواة , والنتوء الاستوائي للأرض لها دور كبير فيه ، كما تحافظ على القمر في مداره حول الأرض وتحول دون سقوطه فيها بسبب الجاذبية , كما أنها تساعد في الحفاظ على مكونات المجرة من نجوم ومنظومات منتشرة بشكل ثابت دون أن تتجمع في قلبها , والكثير الكثير من الظواهر الفيزيائية التي تلعب فيها دورا أساسيا .

وكلنا نتعرض لتأثيرات قوة الطرد المركزية ، فنواجهه على سبيل المثال عندما ركوب السيارة وأخذ انحناء فإننا نشعر بالقوة التي تدفعنا إلى خارج المنحنى . كذلك إذا وضعت نظارة شمسية على المقعد بجانبنا فلن نتفاجأ عند أخذ انحناء حادّ في السرعة ، ونشاهد تلك النظارة قد انزلقت على المقعد .

 

 

قوة الطرد المركزية أحيانا تسمى بالقوة 'الخيالية'، لأنها لحظية فقط ولجسم متسارع ( كما كان معروف سابقا ) ولا توجد في إطار مستقر ( حيث جسم يتحرّك في خط مستقيم وبسرعة ثابتة ) . لكن نظرية آينشتاين العامّة للنسبية تسمح للمراقب حتى في الإطار غير المستقر لاعتباره في حالة سكون ، والقوى المحسوسة تكون حقيقية . قوة الطرد المركزية ليست خيالية، إنما هي قوة حقيقية .

تظهر قوة الطرد المركزية بسبب خاصية الكتلة المعروفة بالقصور الذاتي - وهي ميل جسم ما لعدم تغيير سرعته أو اتجاهه . أي أن الجسم الساكن سيبقى على سكونه حتى تجعله قوة خارجية يتحرّك ، وبعد ذلك سيواصل التحرّك في نفس السرعة وفي نفس الاتجاه ما لم تغيّر قوة خارجية الطريق الذي هو يتحرّك فيه . وهنا ملخّص لقوانين نيوتن الثلاث للحركة .

 

الأول . كلّ جسم يميل إلى البقاء على حالة من السكون أو الحركة المنتظمة ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تجبره على تغيير ذلك . (وهذا أحيانا يسمى باسم قانون القصور الذاتي )

 

الثّاني. إنّ العلاقة بين كتلة جسم m ، وتسارعه a، والقوة المؤثرة عليه F هي F = m.a

 

الثّالث. لكلّ فعل هناك ردّ فعل مساوي في المقدار ومعاكس في الاتجاه .

 

من الممكن معرفة المقصود بقوة الطرد المركزية من خلال المثال التالي . لنتخيّل بأنّ رائد فضاء على متن سفينة فضائية ليس لها نوافذ ، ونحن نتحكم بسفينة الفضاء و على اتصال مع الرائد . نطلب من الرائد إبداء ملاحظاته عندما تكون السفينة الفضائية مرة تتحرّك ومرة أخرى ساكنة . نبدأ تجربتنا بالسفينة أثناء سكونها ونسأل الرائد هل هي تتحرك ؟ . يجيب بأنّه في حالة انعدام الجاذبية حول السفينة وانه غير قادر على اكتشاف أيّ شعور الحركة ، ويستنتج بأنّه يجب أن يكون في حالة سكون . ثمّ نطلق المحرّك ليتسارع خلال الفضاء ، ويستمر التسارع ويزداد ، ونسأله ثانية إذا كانت السفينة تتحرّك . فيجيبنا رائد فضاء وهو متأكّد بأنه يتسارع ، وذلك عندما يجبر على العودة خلف السفينة ، بسبب القصور الذاتي، وكلما زدنا التسارع تزداد قوة رجوعه للخلف . إذا فهو يسقط إلى الخلف السفينة كجسم يتأثر بجاذبية تسحبه إلى الخلف . إذا تحكمنا بالتسارع من خلال زيادة السرعة ، فإننا يمكن أن نكون قوة مساوية بالضبط إلى قوة الجاذبية ، وهنا يتعذر عليه تميزها عن الجاذبية الأرضية في جميع الجوانب . مهما جرّب رائد الفضاء من تجارب فسيكون من المستحيل عليه تمييز ما إذا كان منجذبا بسبب تسارع المركبة ، أو بسبب ثابت الجاذبية على سطح الأرض . هذه قاعدة نظرية آينشتاين العامّة للنسبية ، التي يستحيل فيها تمييز آثار التسارع من تأثيرات مجال جذبي منتظم . هذا المعروف ب' مبدأ المساواة '

نبدأ إبطاء سفينتنا الفضائية الآن ، ونسأل رائد فضائنا ثانية عن حالته من الحركة , فيجيب بأنّنا نتحرّك بالتأكيد ، كما أن التباطؤ المفاجئ جعله يرمى للأمام ويصطدم بالحاجز الأمامي .

بيّنت هذه التجربة بأنهّ إذا كانت السفينة تسير بسرعة ثابتة في اتجاه ثابت ( ذلك غير ممكن ) ، فإنها ليست تتحرك وإنما هي مستقره ومتزنة ، ولن يلاحظ تحركها إلا عندما تغيّر سرعتها ، أمّا بتسارع أو تباطؤ تصبح الحركة من خلاله ظاهرة .

فما الذي يحدث إذا غيّرنا الاتجاه بدلا من أن نغيّر السرعة ؟

. نحن نعود إلى سرعتنا التي نفرض أنها تساوي إلى 100,000 ميل بالساعة ونبقي على هذه السرعة والاتجاه ثابتتين ، وبسبب حالة انعدام الوزن فان رائد الفضاء غير قادر على اكتشاف أيّ حركة . وإذا جعلنا سفينتنا الفضائية الآن تتّجه بشدّة إلى اليمين وتأخذ المنحنى وبنفس السرعة ، ونسأل رائد الفضاء عن حرّكته إذا كان يتحرك . فانه يجيب بأنّه ينضغط بشدّة إلى الجانب اليسار للسفينة ، ويضيف بأنهّ كما يعرف بأنّ السفينة الفضائية لا تتحرك بشكل جانبي ولكنه ينجذب لليسار ، هو لا يمكن أن يتسارع في الاتجاه المعاكس للقوة ، لذا فانه يعتقد أنه يتّجه إلى اليمين .

 

إنّ المشكلة بأنّنا رأينا بأنّ قوة الطرد المركزية نتيجة القصور الذاتي ، هي مقاومة الجسم إلى تتغيّر في الاتجاه . عندما السفينة الفضائية اتجهت إلى اليمين رائد الفضاء حاول البقاء في الاتجاه الأصلي ، وهو مستقيم للأمام ، ولكنه أجبر إلى الجانب اليسار للسفينة .

وهذا مطابق تماما لقانون حركة نيوتن الأول . لكن لنعتبر حركة أخرى يمكن أن تقدّم استعمال السفينة الفضائية ، عندما نحاول تدورها حول محورها مثلا .

إذا دورنا سفينتنا الفضائية الآن حول محورها ، نعطيها دورة مثلا ، ماذا يحدث إلى رائد فضائنا ؟ هو ثانية سينضغط على جانب السفينة . السؤال كيف يضغط على جانب السفينة ؟ وماهي القوة التي ضغطته جانيبا والسفينة لا تتسارع ! ، ولم يتغيّر اتجاهها ، علما أن نسبة الدورة يمكن أن تبقى ثابتة ؟

الإجابة هي أن قوة الطرد المركزية ستبقي رائد فضائنا ملتصقا بشدة بجانب السفينة مهما استمرت في الدوران .

بالرغم من أنّها ليست قوة حقيقية طبقا لقوانين نيوتن ، ولكن مفهوم قوة الطرد المركزية مفيد ، لأنه يساعد على توضيح إحساس رائد الفضاء أثناء عملية دورانه بسفينة الفضاء .

وعلينا في البداية التفريق بين قوة الجذب المركزية وقوة الطرد المركزية , وكلاهما قوتان فيزيائيتان مستنتجتان من قانون نيوتن الثاني , ولكن الفرق هنا في تفسير معنى التسارع لكل من القوتين و حسب قانون نيوتن الثاني :

 

F = m . a

 

وبما أن الحركة دائرية فان التسارع المركزي بالنسبة لقوة الجذب المركزية هو :

 

a = v²/ r حيث أن v هي السرعة العادية للجسم المتحرك ( السرعة مستقيمة )

 

والتسارع الزاوي بالنسبة لقوة الطرد المركزية يختلف هنا بسبب اختلاف السرعة :

 

a = ω . r حيث أنω هي السرعة الزاوية للجسم المتحرك ( السرعة الدائرية ) وتساوي :

 

ω = v / r

 

وأخيرا فان القوة الطرد المركزية تساوي :

 

F = m . a = m . ω² . r

 

وقوة الجذب المركزية تساوي :

 

F = m . a = m . v² / r

 

فنلاحظ أن قوة الطرد المركزية يمكن أن تزداد بالزيادة أمّا سرعة الدوران ( السرعة الزاوية ω) ، او كتلة الجسم m ، أو نصف القطر r ، وهو المسافة بين الجسم المتحرك و مركز المنحنى .

 

 

وندرس هنا العلاقة بين كتلة القمر والأرض على سبيل المثال فنجد أن القمر يدور حول الأرض باتزان واستقرار نسبي بسبب تساوي قوة الطرد المركزي الناتجة من دوران القمر حول الأرض مع قوة الجذب المركزي الناتجة من مادة الكتلة للقمر والأرض , فلو كانت كتلة القمر اكبر مما هي عليه الآن لتغلبت قوة الطرد المركزية على قوة الجذب ولأفلت القمر من قبضة الأرض بحيث يستمر في الابتعاد عن الأرض تدريجيا إلى أن ينطلق بسرعة قدرها v وبشكل مستقيم متوازن وعندها فان قيمة القوتين الطاردة والجاذبة تساوي صفرا ويصبح في حالة اتزان , والأمر مماثل لو كانت كتلة القمر اقل مما هي عليه الآن لتغلبت قوة الجذب المركزية على قوة الطرد و لتهاوى القمر تدريجيا في مسار حلزوني حتى يقع على الأرض والأمر مماثل بالنسبة للمسافة الفاصلة بين الأرض والقمر وكذلك سرعة القمر المدارية .

 

 

من خلال هذا المثال حالة ( غير تسارع ) ، "القوة" الطاردة المركزية يمكن أن تكون موصوفة ببساطة كالقصور الذاتي للجسم ، وعندما يتغلّب هذا القصور الذاتي على القوة المركزية بشكل مستمر لمنع بقاء الطريق دائري . فان القوة المركزية تختفي ، و قوة الطرد المركزية تختفي أيضا ، والجسم يتحرّك في خط مستقيم .

 

مستور الاحمري

[فيزيائي رياضي 0]

ما أدري كيف أشكرك بس أقلك جزاك الله كل خير

[المستور 0]

الحمد لله اولا وأخيرا الذي وفقني للاجابة على سؤالك ..

 

اخوك مستور الاحمري