۲۰ امتحان نهایی / مهارت فیزیک
مرکز · فاصله · مدار

گرانش و مدار؛
فاصله را همیشه از مرکز جرم‌ها اندازه بگیر

در مسائل گرانش، شعاع سیاره را با ارتفاع ماهواره جایگزین نکن. فاصلهٔ مرکز تا مرکز را بساز، بردار نیرو را رسم کن و در مدار دایره‌ای همان نیروی گرانش را برآیند شعاعی قرار بده.

دو جرم و فاصلهٔ مرکزها را مشخص کن

هر جرم را با یک نقطهٔ مرکزی نمایش بده و فاصلهٔ میان مرکزها را بنویس. اگر ارتفاع از سطح داده شده، شعاع جرم مرکزی را به آن اضافه کن.

نیروی گرانش را جفتی رسم کن

دو جرم نیروهایی برابر و مخالف در امتداد خط واصل مرکزها به هم وارد می‌کنند. برابر بودن نیروها به معنای برابر بودن شتاب‌ها نیست؛ جرم هر جسم در شتاب آن نقش دارد.

شناسنامهٔ مسئله مدار

جرم مرکزی | جرم ماهواره | شعاع جرم مرکزی | ارتفاع | فاصلهٔ مداری | نیروهای واقعی | سرعت و دوره | واحد

وابستگی معکوس مجذوری را دقیق اجرا کن

با دو برابرشدن فاصله، نیرو به یک‌دوم کاهش نمی‌یابد. نسبت فاصله‌ها را پیش از مجذورکردن بنویس و جرم‌های ثابت یا متغیر را مشخص کن.

میدان گرانشی و نیروی گرانشی را جدا کن

میدان ویژگی مکان پیرامون جرم مرکزی است و نیروی وارد بر جسم از ضرب میدان در جرم همان جسم به دست می‌آید. واحد و وابستگی هرکدام را کنترل کن.

وزن را به مکان وابسته بدان

جرم جسم ثابت می‌ماند، اما وزن با شدت میدان گرانشی محل تغییر می‌کند. اگر سؤال سطح و ارتفاع را مقایسه می‌کند، فاصله از مرکز را در هر دو وضعیت بساز.

در مدار، نیروی مرکزگرا را نیروی تازه ندان

برای ماهوارهٔ ساده، گرانش می‌تواند برآیند شعاعی لازم را فراهم کند. دو نیروی جدا با نام گرانش و مرکزگرا رسم نکن؛ معادلهٔ شعاعی را از نیروهای واقعی بنویس.

سرعت مداری را از معادله نیرو استخراج کن

نیروی گرانش را با جرم ضرب‌در شتاب مرکزگرا برابر کن، سپس ساده‌سازی را انجام بده. حذف جرم ماهواره را پس از نوشتن دو طرف نشان بده تا دلیل مستقل‌بودن نتیجه روشن باشد.

دوره را به محیط مدار پیوند بده

در مدار دایره‌ای، مسافت یک دور محیط دایره است. دوره از تقسیم مسافت بر سرعت ساخته می‌شود؛ شعاع مداری را در هر دو رابطه یکسان نگه دار.

مدار بالاتر را با نسبت‌ها مقایسه کن

با افزایش فاصله، شدت میدان کمتر می‌شود و سرعت لازم برای مدار دایره‌ای نیز تغییر می‌کند. جهت تغییر دوره را از رابطه یا استدلال مسیر و سرعت نتیجه بگیر، نه از حفظ یک جمله.

جواب را با حد و واحد کنترل کن

اگر فاصله بسیار زیاد شود، نیروی گرانش باید کاهش یابد. واحد سرعت، دوره و نیرو را بررسی کن. برای بخش شعاعی از حرکت دایره‌ای و برای رسم از نمودار جسم آزاد کمک بگیر.