D.1 · שדות כבידה

דף עבודה זה מכסה נושאי HL נבחרים לקורס שהוערך לראשונה ב-2025; הוא אינו כל תוכנית הלימודים.

תנאי מקדימים: לקרוא את הכמויות והיחידות המצוינות, ולהשתמש באריתמטיקה ובתנאי המודל למטה.

הדוגמאות הן מקוריות ודמיוניות: הן אינן מדידות אמיתיות או חקירות תלמיד אמיתיות.

מה would explain this observation?

• לוויין הנמצא במסלול נמצא במשיכה מתמשכת תוך כדי תנועה בצד. הימצאות במסלול אינה דורשת שהכבידה תיעלם.

בנה את המודל

• שדה כבידה הוא כוח ליחידת מסה.
• כוח כבידה יכול לספק את הכוח המרכזי למסלול מעגלי.
• השדה והפוטנציאל מתארים כמויות שונות.
• שדה כבידה: תיאור של כוח כבידה ליחידת מסה.
• כוח מרכזי: הסכום הכולל של הכוחות לכיוון המרכז של מסלול מעוקל.

בחר עדויות שיכולות לבחון אותו

• עבור מסה נקודתית או מחוץ למסה כדורית, חוזק השדה עוקב אחרי תלות הפוכה-ריבועית במרחק.
• השתמש במרחק מהמרכז, לא בגובה מעל פני השטח בלבד.

במעבדה: ציין את הקירוב למסלול מעגלי והתעלם ממשיכת האטמוספה רק כאשר זה מוצדק. צייר את הכוח לעבר הגוף המרכזי והמהירות מגנטה למסלול. אל תוסיף כוח חיצוני פשוט כי המסלול מעגלי.

עבוד מכמויות ידועות

• נתון: חוזק השדה הוא 8 יחידות במרחק r ממקור כדורי.
• ב2r, g2/g1=(r/2r)²=1/4. g2=8/4=2 יחידות.
• הכוח הכבידתי על מסת בדיקה קבועה מצטמצם באותו יחס.

תורך: עוצמת השדה היא 18 יחידות ב-r. מצא אותה ב-3r בשדה הופכי-ריבועי.

בדוק את המסקנה ואת הגבולות שלה

• חוסר משקל בחללית במסלול מתכוונת למשקל apparent קטן במצב נפילה חופשית, ולא ליעדר שדה כבידה.

לא נכון: הכבידה אינה אפס בכל מקום שבו חללית חווה חוסר משקל apparent weightlessness. חללית במסלול נמצאת בנפילה חופשית: הכבידה שם חזקה כמעט כמו על הקרקע ומספקת את הכוח הצנטריפיטי. הצוות והחללית צופים יחד, ולכן אין מה שמלחץ אותם מטה - זהו חוסר משקל apparent, ולא כבידה אפס.

מפת מושגים:

• עוצמת השדה הכבידתי היא כוח ליחידת מסה.
• עבור מסה נקודתית או מחוץ למסה כדורית, חוזק השדה עוקב אחרי תלות הפוכה-ריבועית במרחק.
• שימו לב: חוסר משקל במעבורת נסתרת אורביטלית הוא משקל נראה קטן במצב נפילה חופשית, ולא העדר שדה כבידתי.

כתוב מחוזק שדה של 8 יחידות

• שדה הילוך-ריבועי בעל אינטנסיביות של 72 יחידות במרחק r.
• מצא את האינטנסיביות ב-r 3. חסר משקל לכאורה במסלול אינו כבידה אפסית.

כתוב מכפלש

• חוזק השדה הוא 12 יחידות במרחק r ממקור כדורי.
• ב-3r: g = 12 ÷ 9 ≈ 1.3 יחידות — היפוך-ריבועי, לכן הכפלשת מרחק מחלקת בתשע, לא בשלוש.

כתוב מקצה פנימה מהירה יותר

• שני מסלולים מעגליים, אחד ברדיוס של חצי מהשני.
• v² = GM/r, ולכן הלוויין הפנימי נע מהיר יותר — הכבידה צריכה לספק כוח צנטריפטלי גדול יותר בקרבה.

כתוב מכוח כבידה על מאדים

• תאוצת הכבידה במשטח מאדים היא כ-3.7 N kg⁻¹; אסטרונאוט יש לו מסה של 60 kg.
• משקלו שם = 60 × 3.7 = 222 N, לעומת 60 × 9.8 ≈ 588 N בכדור הארץ — המסה קבועה, המשקל מקומי.