CALM/arwiki huggingface dataset:
التسارع كمية متجهة، بمعنى أن لها مقدارًا واتجاهًا. يتم تحديد اتجاه تسارع الجسم من خلال اتجاه القوة الكلية المؤثرة على هذا الجسم. كمية تسارع كائن ما، كما تم وصفها بقانون نيوتن الثاني، هي عبارة عن التأثير المشترك لسببين، هما:
وحدة الSI للتسارع هي متر في الثانية المربعة formula_1 أو formula_2
التسارع يمكن أن يتغير بتغير السرعة أو تغير الاتجاه.
شرح:
سيارة تبدأ من السكون (لم تكن تتحرك، السرعة تساوي صفر في إطار مرجعي قصوري)، ثم تبدأ بالحركة في خط مستقيم و تتزايد سرعتها مع كل ثانية، هنا يزيد التسارع من حيث الحجم magnitude، و تتسارع السيارة في اتجاهها الحالي. أن قامت السيارة بتغيير الاتجاه، فسيتغير اتجاه التسارع، لأن التسارع كمية متجهة. تسارع السيارة في اتجاهها الحالي يسمى تسارع خطي (أو تسارع تماسي في الحركة الدائرية)، وستكون ردة فعل الركاب كقوة تدفعهم إلى مقاعدهم. عند تغيير الاتجاه يسمى التسارع تسارعًا نصف قطريًا (أو متعامد أثناء الحركات الدائرية) و سيكون شعور الركاب كقوة الطرد المركزي. إن قامت السرعة المتجة للسيارة بالانخفاض، فهذا تسارع في عكس الاتجاه و سالب رياضيًا، يطلق عليه أحيانًا التباطؤ، و سيشعر الركاب كقوة قصرية تدفعهم للأمام. هذا التسارع السالب يحصل في الصاروخ الكابح داخل المركبة الفضائية.
قد يكون التسارع موجبًا أو سالبًا
تعريف التسارع.
التسارع هو المعدل الزمني لتغير سرعة الجسم المتجهة.
شرح للحالات الثلاثة
1) موجبا: أي يكون اتجاه التسارع في اتجاه الحركة، فالسرعة هنا تزداد مع الزمن أي إذا كانت السرعة 5 متر/ثانية والتسارع 5 متر/ثانية2. فالسرعة ستصبح بعد مرور 1 ثانية مساوية 10 متر/الثانية وبعد ثانيتين تصبح 15 متر/الثانية.
2) سالبا: انخفاض السرعة مع الزمن (مثلا عند كبح فرامل السيارة). يلاحظ هذا التسارع العكسي عند كبح فرامل السيارة، مثل القيام بالضغط على دواسة المكابح في السيارة فتتباطئ سرعة السيارة بمعدل ثابت حتى تتوقف.
3) التسارع يساوي صفر (معدوم): أي أن السرعة منتظمة لا تتغير مع مرور الزمن.
ويعرّف التسارع أو العجلة رياضيا بأنه "تغير السرعة مع الزمن ". فإذا كانت السرعة تقاس بالمتر في الثانية فإن التسارع يقاس بالمتر في الثانية في الثانية، أي متر/ثانية/ثانية.
مثـــــال:
يقوم القطار من المحطة ويزيد من سرعته، أي يسير بعجلة (حالة تزايد السرعة)، حتي يصل إلى سرعة 70 كيلومتر في الساعة، ثم يسير بتلك السرعة المنتظمة لمدة نصف ساعة مثلا، فيكون فيه تسارعه (عجلته) مساويا للصفر. وعند اقترابه من المحطة التالية يكبح السائق مكبح القطار ليخفض من سرعته (عجلة سالبة الإشارة) وتستمر نحو 20 ثانية مثلا تنخفض فيها السرعة رويدا رويدا حتى يتوقف القطار.
لذك نقول أن وحدة السرعة: كيلومتر في الساعة أو متر/الثانية.
أما وحدة العجلة (التسارع): كيلومتر/الساعة/(كلم/س2)، أو متر/ثانية/ (م/ث2).
ومن العجلات المعروفة التعجيل الأرضي أو عجلة الجاذبية الأرضية وهي تساوي 9,8 متر/ثانية2، لذلك تزداد سرعة الأشياء الساقطة حرا باستمرار.
المعادلة الرياضية.
a = Δv / t
حيث: a= التسارع (العجلة)
وحدة قياس التسارع هي متر لكل ثانية تربيع. "م/ث2".
أما إذا أردت تعيين الزمن فاستخدم العلاقة t = a / Δv
و إذا أردت تعيين المسافة فاستخدم العلاقة: x = vit + 1/2 a.t2
حيث: s = المسافة: vi = السرعة الابتدائية.
التسارع في الفيزياء.
وصف نيوتن العلاقة بين التسارع و القوة في كتابه الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية، و تحديدا في قانونه الثاني للحركة الذي ينص على:
أن التسارع يتناسب طرديًا مع القوة و يتناسب عكسيًا مع كتلة الجسم، بمعنى أن كلما زادت القوة المؤثرة على جسم ما، زاد تسارعه، و كلما زادت كتلة جسم ما، قل تسارعه و العكس بالعكس. و يمكننا التعبير عن هذا القانون بالمعادلات التالية:
formula_4 → formula_5
ويحدث التسارع إذا كان التعجيل باتجاه محصلة القوى، أما إذا كان التعجيل باتجاه معاكس لحركة القوى فأنه يحدث تباطؤ.
مثال على التسارع حركة الرقاص حيث تتأرجح كتلة من اليمين إلى اليسار ومن اليسار إلى اليمين دوريًا ويكون التأرجح على ناحيتي اتجاه جاذبية الأرض. عندما نزيح كتلة الرقاص مسافة إلى اليمين ثم نتركها فيتحرك البندول في اتجاه نقطة التوازن الواقعة على خط اتجاه الجاذبية، وتتسارع سرعة الكتلة بسبب الجاذبية فيكون التسارع موجبًا. تصل سرعة الكتلة أعلى مقدار لها عن تعديتها نقطة التوازن، وتستمر في حركتها إلى الناحية الأخرى من الرقاص وتتباطأ سرعتها رويدًا رويدًا (تسارع سالب) حتى تصل إلى أعلى نقطة على قوس حركتها فتصبح سرعتها صفرًا. ونظرًا لارتفاع موضعها عن ارتفاع نقطة التوازن فهي ترتد في اتجاهه وتتزايد سرعتها من جديد (تسارع موجب) حتى تصل إلى نقطة التوازن فتصل سرعتها إلى أعلى قيمة، وتعبر الكتلة نقطة التوازن على الناحية الأخرى وتبدأ سرعتها في التباطؤ (تسارع سالب) وهكذا.
نلاحظ أن القوة F كمية متجهة. وكذلك يصبح "التسارع" كمية متجهة، أما الكتلة فهي كمية غير متجهة. فيكون من الأصح كتابة معادلة القوة في صيغتها المتجهة كالآتي:
عند تمثيل منحنى (السرعة المتجهة-الزمن) يكون ميله يساوي التسارع.
ومن أنواع التسارع: التسارع اللحظي وهو السرعة المتجهة خلال فترة زمنية صغيرة جدًا أو ميل مماس السرعة المتجهة مع الزمن.
التسارع المنتظم: تتغير فيه السرعة بمعدل منتظم بتغير الزمن ، حيث يقوم الجسم بزيادة سرعته في فترات متساوية من الزمن.
تقوم السيارة بزيادة سرعتها مترين كل ثانية، في أول ثانية تكون سرعتها صفر ثم في الثانية التي بعده تكون سرعتها 2 m/s، ثم في الثنية الثالثة تكون سرعتها 4 m/s، وبعدها تكون سرعتها 6 m/s و هكذا. يكون هنا التسارع بمعدل formula_7 2
التسارع المتوسط: التغير في السرعة خلال فترة زمنية محددة مقسومًا عليها أو ميل منحنى (السرعة المتجهة-الزمن)
تسارع موحد.
التسارع المنتظم أو الثابت هو نوع من الحركة تتغير فيه سرعة جسم ما بمقدار متساوٍ في كل فترة زمنية متساوية.
من الأمثلة التي يتم الاستشهاد بها بشكل متكرر على التسارع المنتظم مثال سقوط جسم حر في مجال جاذبية منتظم. إن تسارع سقوط الجسم في حالة عدم وجود مقاومة للحركة يعتمد فقط على قوة مجال الجاذبية g(وتسمى أيضًا التسارع بسبب الجاذبية). بواسطة قانون نيوتن الثاني القوةformula_8 التي تؤثر على جسم ما :
بسبب الخصائص التحليلية البسيطة لحالة التسارع الثابت ، توجد صيغ بسيطة تتعلق بالإزاحة والسرعات الأولية والمعتمدة على الوقت والتسارع بالوقت المنقضي:
على وجه الخصوص ، يمكن حل الحركة إلى جزأين متعامدين ، أحدهما ذو سرعة ثابتة والآخر وفقًا للمعادلات أعلاه. كما أوضح جاليليو ، النتيجة النهائية هي الحركة المكافئة ، والتي تصف ، e. ز ، مسار قذيفة في فراغ بالقرب من سطح الأرض.
التسارع في الأفلاك.
رأينا أن التسارع يحدث عند تغير سرعة جسم "متحرك في خط مستقيم" بالنسبة للزمن، ويحدث التسارع أيضا عند "تغير إتجاه السرعة" مع الزمن، من أمثلة ذلك الدفع الذي نعانيه عندما يغير الترام إتجاه مساره في المنحنيات، هنا يتغير "إتجاه السرعة "وليس السرعة نفسها، وفي حركة الكواكب التي تدور في مدارات حول الشمس فهي تعاني تسارع طوال الوقت بتغير إتجاه حركتها في كل ثانية وكل دقيقة وهي تدور حول الشمس، فسرعتها في المدار ثابتة وتدور الأرض حول الشمس دورة واحدة كل 365.2 يوم، ولكنها تعاني التسارع لتغير "إتجاه" سرعتها المستمر، لهذا من الأصح أن نرمز للسرعة بمتجه السرعة ونرمز له بالرمز formula_21:
والآن سوف نستنبط التسارع في صيغته العامة أي في "حالة حركة الجسم في خط مستقيم" أو في "حالة الدوران في فلك".
طبقًا للتعريف التسارع هو تغير السرعة formula_22 مع تغير الزمن formula_23.
أي أن التسارع هو المشتقة التفاضلية للسرعة مع الزمن.
ونظرًا لأن السرعة هي المشتقة التفاضلية للمسافة مع الزمن (تغير المسافة مع الزمن) فيمكن حساب التسارع باشتقاق المشتقة التفاضلية الثانية "لمتجه المسافة" formula_25.
ويمكن حساب "متوسط التسارع" بطرح السرعتين
formula_27 المقاستين عند نقطتين زمنيتن مختلفتين formula_28 وformula_29 وقسمته على الفرق بين الزمنين
formula_30 ، فنحصل على:
يمكن اعتبار متجه السرعة بأنه حاصل ضرب قيمة السرعة formula_32 في وحدة المتجه formula_33:
وتعطي المشتقة التفاضلية لهذه المعادلة بالنسبة إلى الزمن "التسارع". مشتقة تخص تغير المسافة formula_35 على المنحنى (مماس الفلك):
وفيها يعني formula_39 نصف قطر انحناء الفلك وformula_40 هو وحدة المتجه عموديًا على مماس الفلك، أي المتجه إلى المركز.
يمكن تقسيم التسارع formula_21 إلى تسارع في أتجاه الحركة "تسارع في اتجاه المماس"،:formula_42
و "تسارع عمودي عليه في اتجاه المركز:
وهنا نلاحظ أن formula_42 لها الوحدة متر/ثانية/ثانية، أي أنها وحدة تسارع. وبالمثل نجد أن:formula_43 أيضا لها الوحدة متر/ثانية/ثانية أي أنها هي الآخرى تعبر عن تسارع.
وتذكرنا تلك الحركة بحركة المقلاع، وهي الفكرة وراء جهاز الطرد المركزي.
مثال السقوط الحر.
من الأمثلة على التسارع، تسارع سقوط الأجسام تحت تأثير الجاذبية. فعلى الأرض مثلا، إذا تركت جسما ليسقط بشكل حر من ارتفاع ما، فإن سرعته لحظة تركك له تساوي صفرا، ولكنه يصل إلى الأرض بسرعة تزيد على الصفر. فكلما ازداد الزمن الذي يمر أثناء سقوط الجسم، فإن سرعته تزداد، وذلك بإهمال مقاومة الهواء. وتم قياس تسارع الجاذبية الأرضية فوجد أنه يساوي 9.8 م/ث2، أي أن كل ثانية تمر، تزداد سرعة الجسم الساقط بمقدار 9.8 م/ثانية وتسمى عجلة السقوط الحر. يرمز لتسارع السقوط الحر بالرمز 1 "جي" (1 g).
العلاقة بالنسبية.
تصف النظرية النسبية الخاصة سلوك الأجسام التي تنتقل بالنسبة للأجسام الأخرى بسرعات تقترب من سرعة الضوء في الفراغ. تم الكشف عن الميكانيكا النيوتونية على أنها تقريبية للواقع ، صالحة لدقة كبيرة عند السرعات المنخفضة. مع زيادة السرعات ذات الصلة باتجاه سرعة الضوء ، لم يعد التسارع يتبع المعادلات الكلاسيكية.
مع اقتراب السرعات من سرعة الضوء ، يتناقص التسارع الناتج عن قوة معينة ، ويصبح صغيرًا جدًا مع اقتراب سرعة الضوء ؛ يمكن لجسم ذي كتلة أن يقترب من هذه السرعة مقاربًا ، لكن لا يصل إليها أبدًا.
ما لم تكن حالة حركة الجسم معروفة ، فمن المستحيل التمييز بين القوة المرصودة بسبب الجاذبية أو التسارع - للجاذبية والتسارع بالقصور الذاتي تأثيرات متطابقة. أطلق ألبرت أينشتاين على هذا مبدأ التكافؤ ، وقال إن المراقبين الذين لا يشعرون بأي قوة على الإطلاق - بما في ذلك قوة الجاذبية - لهم ما يبرر استنتاجهم بأنهم لا يتسارعون.
التردد هو مقياس لتكرار حدث دوري، مثل تردد موجة. غالبًا ما يكون الحديث عن تردد موجة صوتية أو تردد موجة ضوئية أو موجة كهرومغناطيسية. ونقيس وحدة التردد منذ عام 1960 بوحدة الهرتز "(Hz") وهي تعادل formula_1 أو 1/ثانية.
وتستخدم بشكل أساسي لقياس عدد تكرار ذبذبة موجة. يكون تردد موجة دوريّة "1Hz" إذا كانت تمر دورة كاملة في نقطة ما خلال ثانية واحدة. الدورة الكاملة لموجة، ولنتخيل هنا موجة في الماء، تتوالى الموجة في الماء من صعود إلى هبوط ثم صعود، تلك هي الدورة الكاملة. المسافة بين قمتين متتاليتين في الموجة أو المسافة بين قاعين متتالين في موجه يسمى طول الموجة.
تعريف ووحدات.
يعرّف التردّد لأي عمليّة دوريّة تعود على نفسها كعدد المرّات التي تتكرّر فيها الدورة أو العمليّة خلال وحدة زمنية معيّنة. يستخدم الحرف "f" أو formula_2 لتمثيل التردّد في العديد من المجالات الهندسيّة والفيزيائيّة كالبصريات والكهرباء وعلم الصوت والراديو وغيرها.
الوحدة التقليديّة لقياس التردّد هي الـ"Hz" أو الهرتس (والتي تعادل formula_1) على اسم العالم الفيزيائي الألماني هاينريخ هرتس. على سبيل المثال، فإذا كان تردّد عمليّة ما هو "1Hz"، يعني هذا أنّها تحصل مرّة كل ثانية، أمّا إذا كان "2Hz"، فإنّها تحصل مرّتين في كل ثانية، وهكذا. فإذا رمزنا لزمن الدورة بـformula_4، تكون العلاقة بينه وبين التردد كالتالي:
بشرط أن يتم الحفاظ على وحدات الطرفين، فإذا كان التردد يقاس بوحدات الـ"Hz"، تكون وحدة زمن الدورة هي الثانية.
في بعض الاستعمالات هنالك وحدات خاصّة لقياس التردّد. فمثلاً، لقياس سرعة نبض القلب، تستعمل وحدة "نبضة في الدقيقة" أو BPM) Beats per Minute)، ونفس الوحدة تستخدم في عالم الموسيقى لقياس الإيقاع. في الحركة الدائريّة تستخدم أحيانًا وحدة "دورة في الدقيقة" أو rpm) Revolutions per Minute) لقياس التردّد. لتحويل تلك الوحدات إلى الـ"Hz" تجب القسمة على formula_6.
قياس التردّد.
لقياس تردّد ظاهرة ما، يجب إحصاء عدد المرّات التي تتكرّر بها الظاهرة في فترة زمنية، ومن ثم القسمة على مدّة هذه الفترة.
في الواقع، فمن المفضل على وجه العموم، ولغرض التدقيق، قياس الفترة الزمنية اللازمة لعدد محدّد مسبقًا من التكرارات، عوضًا عن قياس عدد التكرارات الحاصلة خلال فترة زمنيّة محدّدة. هذا لأنّ التردّد قد لا يكون عددًا صحيحًا، كحركة البندول المتأرجح. إنّ الطريقة الثانية تؤدي إلى خطأ عشوائي في القياس يتراوح بين صفر إلى تكرّر واحد، أي إلى نصف تكرّر بالمعدّل، ممّا يؤدي إلى انحياز في تقديرنا لـ"f". أمّا بالطريقة الأولى، فإنّنا نقيس وحدة زمنية، والتي بالإمكان قياسها بشكل أدق بواسطة ساعة.
تردّدات الأمواج.
بالإمكان تحليل كل موجة إلى عدد من الأمواج التوافقية (وفق تحليل فورييه) الدّوريّة، ولكل موجة دوريّة هنالك علاقة بين تردّد الموجة لطول الموجة وسرعة تقدّمها:
أي أن هنالك علاقة طردية بين التردّد وسرعة الموجة، إذا حافظنا على طول الموجة، وعلاقة عكسية بين تردّد وطول الموجة، إذا بقيت سرعتها ثابتة.
في الأمواج الكهرومغناطيسيّة، تستبدل القيمة formula_9 عادًة بالقيمة formula_12 للتنويه إلى سرعة الضوء.
عند انتقال أمواج كهرومغناطيسيّة تخرج عن مصدر أحادي اللون (أي مصدر يرسل أمواجًا كهرومغناطيسيّة ذات نفس طول الموجة) من وسط ذي معامل انكسار معيّن إلى وسط ذي معامل انكسار آخر، يتغيّر طول الأمواج وسرعتها، في حين يبقى تردّدها ثابتًا، وهي ظاهرة تعرف بانكسار الضوء.
دانيال بليس هو مبشر أمريكي (1238 - 1334 ه‍ / 1823 - 1916 م). ولد في جورجي، فيرمونت؛ وهو مؤسس الجامعة الأمريكية في بيروت عام 1866، وكان أول رئيس لها.
قال عنه الزركلي: كان يتكلم العربية، ولا يعد في المستشرقين . نذكره لأثره العظيم في تخريج عدد ضخم من رجالات العرب . أميركي المولد . قس . تعلّم في مدرسة أمهرست الجامعة بأميركا، ودرس اللاهوت في أندوفر ورحل إلى بيروت سنة 1855 في سفينة شراعية، فوصل إليها سنة 1866 وأقام ( مبشرا ) في عبية وسوق الغرب ( بلبنان ) وتعلم العربية . وخطرت له فكرة إنشاء ( مدرسة ببيروت، فعاد إلى بلاده يخطب ويدعو إلى بذل المال، فلباه أحد الأغنياء وتبعه آخرون، فجاء بالمال إلى بيروت، واستأجر بيتا صغيرا سمّاه ( المدرسة الكلية السورية الإنجيلية ) سنة 1866 وتتابعت عليه عطايا مؤازريه، فاتّسعت المدرسة . واشترى لها أرضا بنى عليها مباني ما زالت تنمو إلى الآن وقد أصبحت ( جامعة ) تشتمل على كليات . واستمر رئيسا لها حتى سنة 1902 فاستعفي من رئاستها، وخلفه ابنه هو رد سويتزربلس المولود سنة 1860 والمتوفي سنة 1920 وانقطع الأب عن العمل إلى أن توفي.
ضمن نطاق التعليم الاحترافي، التعلّم من خلال التعليم (في الألمانيّة: Lernen durch Lehren) هو عبارة عن اسلوب منهجي يسمح للتلامذة والطلاب الجامعيين بتحضير وتعليم حصّة دراسيّة أو اجزاء منها. هنا لا يجوز المزج ما بين التعلّم من خلال التعليم والمحاضرات التي يلقيها الطلاب، لأنّهم لا يؤدّون معلومات معيّنة فقط، بل يختارون بأنفسهم الوسيلة المتّبعة أيضاً في إرشاد وتعليم ناحية معيّنة في مادّة الاختصاص.
يطبق هذا الاسلوب في المدارس النموذجية التابعة لكليات التربية حيث يقوم طلبة الصفوف المنتهية في الكلية في تدريس بعض الفصول في تلك المدارس النموذجية وتحت اشراف ومراقبة مشرفي التربية والتعليم وزملائهم الطلاب (مدرسي المستقبل)، ولهذه الفعالية طعم وفائدة لا تنسى لمردودها الإيجابي والتربوي.
مبدأ الLDL قد بدء كجزء من ما يسمى مدارس لانكستر. أول كتاب عن هذا الموضوع نشره كارتر في الولايات المتحدة عام 1971. اما أول كتاب في ألمانيا فنشره كروغر عام 1975.
هذا الأسلوب حصل على اهتمام أكبر في بداية الثمانينات عندما طوّره ونظمه جون بول مارتان لتعليم الفرنسية كلغة اجنبية. كما قدّم في عدة منشورات تعريف شامل للنظرية وراء هذا الاسوب. لكن في نفس الوقت كان عدّة علماء نظريون آخرون يقومون بأبحاث في هذا الموضوع.
بدأ انتشار هذا الأسلوب ابتداء من عام 1987 حتى اليوم. فلقد اسس مارتان شبكة رابطة ما بين آلاف المدرسين الذين طبّقوا اسلوب التعلّم من خلال التعليم في عدّة مواد منهجية. كما سجل هؤلاء المدرسون الطرق التي إتبعوها ونتائج تطبيق هذا الاسلوب. وعرض المدرسون هذه الطرق والنتائج في عدة جلسات لتدريب وإرشاد المعلم.
من عام 2001 حتى اليوم، حصل LDL على عدد هائل من المؤيدين كنتيجة التحركات في الإصلاح التربوي التي بدأت في شامل ألمانيا.
في الفيزياء، الأمواج الثقالية هي تموجات في انحناء الزمكان تنتشر على شكل أمواج، منتشرة من المصدر إلى الخارج. تنبأت نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين عام 1916 بوجودها. تنقل الأمواج الثقالية الطاقة على شكل موجة ثقالية. تكون الأمواج الثقالية أمواجاً عرضية (أي أن التردد هو في طريق انتشار الموجة) ذات طاقة معينة تنتقل عبر الزمكان.
طبقاً لنظرية النسبية، فإن كل جسم ذي كتلة يحدث تغيراً في شكل الزمكان (تمدد وتقلص). ويمكن للأجسام على هذا الأساس أن تحدث اهتزازات في الزمكان تسمى أمواج ثقالية. وفي النسبية العامة ما يتم ملاحظته كقوة جاذبية في الميكانيكا الكلاسيكية يفسر على أنه حركة الأجرام بالنسبة لبعضها البعض حسب ما تسببه كل منها من انحناء في الزمن وفي المكان (الزمكان) بسبب كتلتها . هي حركة تتبع خطوطا جيوديسية في فضاء الزمكان. فمثلاً نشاهد الكواكب تدور في أفلاك دائرية حول الشمس ، ولكن من وجهة النظرية النسبية تحدث الشمس في الزمكان تقوّساً يشبه القمع (مخروط) يجعل الكوكب يدور حول الشمس داخل قمع الجاذبية هذا، ولا يستطيع الكوكب الفرار خارج قمع الجاذبية هذا . بالنسبة للنظرية النسبية تكون حركة الكوكب في خط مستقيم، ولكننا نشاهدها على أنها دوران حول الشمس، ذلك بسبب انحناء الزماكان بسبب كتلة الشمس.
هذه الأمواج، حسب النظرية، أمواج ضعيفة جداً؛ مما يجعل من الصعوبة قياسها. فحركة الأرض حول الشمس مثلاً تنتج أمواجاً ثقالية تعادل في طاقتها 200,000 واط تقريباً وهي طاقة صغيرة جداً بالمقارنة بطاقة الأرض الناشئة عن كتلتها.
ثمة جهود مستمرة للكشف عن الأمواج الثقالية باستخدام مقياسات التداخل بأجهزة على الأرض أو الأقمار الصناعية ومن خلال التوقيت الدقيق للنجوم النابضة. ومن شأن هذه الأرصاد أن تغير فهمنا للفيزياء الفلكية ، والكونيات، والفيزياء الأساسية. وتوفر الأمواج الثقالية فرصة لاستكشافٍ فريد لأكثر أنظمة الكون تطرفاً، ابتداءً بنشأة الثقوب السوداء فائقة الكتلة المندمجة، إلى النجوم المزدوجة التي تدور بشدة حول بعضها البعض قبل اندماجها ببعض، وربما عثرنا على دليل من تلك الموجات للـ الانفجار العظيم. إلا أن التحدي في علم الفلك الخاص بالأمواج الثقالية يكمن في رصد الموجات إذ أن تلك الموجات الثقالية تكون ضعيفة جدا جدا، ومن ثم فك ترميز الإشارات لاستخراج المعلومات التي تحتويها.
حتي شهر مارس 2018 قام مرصد ليغو بالولايات المتحدة برصد ستة موجات ثقالية، منها الرصدات الخمسة الأولى ناشئة عن تصادم ثقبين أسودين. أما الرصد السادس، ويُرمز له بالرمز GW170817 ، تم رصده في يوم 17 أغسطس 2017 ، وهو أول رصد لتصادم بين نجمين نيوترونيين ، وصدر عن هذا الاصتدام في نفس الوقت إشارات ضوئية أستطاعت المراصد على الأرض تسجيلها.
الثقوب السوداء تحدث عند التحامها ببعض موجة ثقالية هائلة، أكبر مما ينتجه تصادم نجوم نيوترونية، ولكن تصادم الثقوب السوداء لا يصحبها انطلاق ضوء لأنها تمتص الضوء ولا يستطيع الضوء أن يفلت منها، بالتالي لا يمكن رصدها بالتلسكوبات المعتادة الضوئية؛ ويبقى تتبعها بواسطة مراصد الثقالية الضخمة، مثل مرصد ليغو و جيو 600 .
توصيف المفهوم.
لتصوّر الجاذبية كما اقترحها أينشتاين، يمكن تشبيه الزمكان بصحيفة مطاطية مسطحة. فإذا دحرجنا كرة طاولة فوق صحيفة فهي ستتحرك بمسار مستقيم، كأي شيء يتحرك بخط مستقيم بغياب الجاذبية. أما إذا وضعنا كرة بولينغ في وسط الصحيفة فإن الصحيفة ستتمطط، وهذا هو انحناء الزمكان بسبب الجاذبية. إذا دحرجنا كرة الطاولة مرة أخرى عبر الصحيفة فإنها الآن ستتبع المسار المنحني، أي أنها ستنجذب نحو كرة البولينغ بسبب جاذبيتها.
عندما تتحرك الأجسام الثقيلة فيتوجب أن يتغير انحناء الزمكان لمتابعة مواقعها الجديدة. ويحتاج الزمكان وقتاً لذلك، إذ لا يمكن للمعلومات أن تنتقل بأسرع من سرعة الضوء. ولذلك فإن التموجات في الزمكان تشبه التموجات التي تظهر على سطح بركة عند تحريك السطح، وهذه التموجات في الزمكان هي الأمواج الثقالية.
ويعتبر الإشعاع أو الضوء الكهرمغنطيسي من الأشكال المألوفة أكثر للموجات. وتمثل الأمواج الكهرمغناطيسية ذبذبات في المجالين الكهربائي والمغناطيسي، في حين أن الأمواج الثقالية تنتج عن تذبذبات في الزمكان. وتنشأ الأمواج الكهرومغناطيسية من الشحنات المتسارعة، بينما تنشأ الأمواج الثقالية من الكتل المتسارعة. وفي الأمواج الثقالية نحتاج كذلك إلى انعدام التناظر في النظام لإنتاج الإشعاع، فمثلاً نحتاج إلى نظام ثنائي وليس فقط لجسم أحادي «عديم الدوران»، ويمكن اعتبار ذلك نتيجة للحفاظ على الزخم.
رصد الأمواج الثقالية.
إعلان مرصد ليغو 2016.
في يوم 11 فبراير 2016، أُعلن عن رصد الأمواج الثقالية، إثر تصادم ثقبين أسودين.
حسب الإعلان، تحقق هذا الكشف يوم 14 سبتمبر 2015، باستخدام جهازيّ قياس ليزر عملاقين في الولايات المتحدة، موجودين في ولايتيّ لويزيانا و واشنطن.
كتلة الواحد من الثقبين أكبر من الشمس 30 مرة، ويبعدان 1.3 مليار سنة ضوئية عن الأرض.
جاء الإعلان في مؤتمر في واشنطن، من قبل علماء من معهد كاليفورنيا للتقنية، ومعهد ماساتشوستس للتقنية، بالتعاون مع مركز رصد الأمواج الثقالية بالليزر المعروف باسم مرصد ليغو (LIGO). كما اشترك المرصد الألماني جيو 600 الموجود في هانوفر في هذا الاكتشاف.
في عام 2017، منحت جائزة نوبل في الفيزياء لراينر فايس، كيب ثورن وباري باريش لدورهم في الكشف عن الموجات الثقالية.
كيفية الكشف عنها.
يعتبر الكشف عن الأمواج الثقالية أمراً صعباً للغاية لعدة اعتبارات. أولها أن تمدد أو تقلص المسافات يحدث في جميع الأجسام المتعرضة للموجة. وهذا إشكال يتم حله عن طريق تصميم جهاز ضخم من أنبوبين طول كل منهما 600 متر - كما هو الحال في التجربة بهانوفر ؛ وهما أفقيان متعامدان . يسير فيهما شعاع ليزر ذو طول موجة محددة، وينعكس الشعاع على مرآة في آخر الأنيوب ويعودان ويتقابلان عند مركز التفرع . وعندما يتلقي أحد الشعاعين تأثير الموجة الثقالية فإنه يطول أو يقصر قليلاً، ويحدث انزياحاً في طور أحد الشعاعين، ويمكن قياس ذلك الانزياح.
والمهم في رصد هذه الأمواج أنها صغيرة جدا. ونظراً لصغرها تتداخل وتشوشر عليها على الأرض تـاثير المواصلات واهتزازات القطارات، فيصبح من الصعب التفرقة بين اهتزازات ناتجة عن تشويش (مثل زلازل صغير أو بعيدة أو مثل تأثير القمر على الأرض أو تأثير حركة المواصلات ) من اهتزازات ناتجة عن أمواج ثقالية.
لذلك يتم في المختبرات الأرضية دائماً استعمال مخمدات للتخلص من الاهتزازات التشويشية. إلا أن هذه المخمدات لا تنجح في تخميد الضجيج كلياً مما يسمح فقط برصد أمواج ثقالية ذات تردد عالي. إلا أن معظم الظواهر الكونية التي تبث أمواج ثقالية يمكن رصدها على الأرض تبث في مدى الترددات الصغيرة.
الرصد باعتماد التردد الذاتي.
تعتمد آلية رصد الأمواج الثقالية أساساً على نوعين من الآلات أو طريقتين للرصد. الأولى تعتمد على الرنين الذي تحدثه الموجة الثقالية عند مرورها بأجسام ذات كتلة كبيرة (مثلاً إسطوانات بطول بضعة أمتار من مادة النيوب) وتفعيلها للترددات الذاتية لهذه الأجسام. وهذه الطريقة من الطرق الأولى التي حاول العلماء عن طريقها رصد الأمواج الثقالية.
الرصد عن طريق التداخل الليزري.
أما الطريقة الثانية لرصد الأمواج الثقالية فتعتمد على تقنية التداخلالليزري laser interferometry وهي أحدث من تقنية تفعيل الترددات الذاتية وتسمح بدقة أعلى في رصد الأمواج الثقالية. إلا أنها على الأرض (مثل مرصد ليغو ، ومرصد جيو 600) تشكو من نفس نقائص تقنية تفعيل التردد الذاتي ألا وهو إشكال الاهتزازات التشويشية، إذ أن الاهتزازات الأرضية تشوشر على إشارات الثقالية فيصعب فصلهما عن بعض؛ حتى أن مرور سيارة أو حافلة بالقرب من بنية التجربة يوثر على الأجهزة. لذلك قرر العلماء بناء التجربة أو مختبر في الفضاء للحد من هذا الضجيج (مشروع ليزا).
و رغم أن قياساً مباشراً لهذه الأمواج ما زال متعذراً إلى اليوم (2015). غير أن علماء تمكنوا من البرهنة على وجود هذه الأمواج وبذلك تأكيد نظرية أينشتاين من خلال تفسيرهم لحركة نجمين توأمين عن طريق نظرية الأمواج الثقالية ومقارنة حساباتهم النظرية على أساس هذه النظرية مع ملاحظتهم لحركة النجمين.
تجربة بيسيب 2.
بنيت عدة تجارب لقياس الأمواج الثقالية في أنحاء مختلفة من العالم، وقد أعلنت مجموعة العلماء العاملة ب مركز هارفارد-سميثونيان للفيزياء الفلكية بتاريخ 17 مارس 2014 أنهم قد قاموا بتسجيل وانتاج "أول صورة مباشرة لأمواج ثقالية من وقت تكون الكون " وذلك من خلال قياس وتحليل إشعاع الخلفية الميكروني الكوني ، والقياسات تشير إلى حدوث فعلي للتمدد الكوني و الانفجار العظيم
ومثل تلك النتائج الأولى فهي تحتاج إلى مراجعة الأقران للتأكد من صحة الجهاز العلمي المستخدم وصحة الحسابات النظرية، حتى تـُقبل من الفيزيائيين كحقيقة علمية جديدة لا يشوبها الشك .
استخدمت مجموعة العلماء جهاز الرصد المسمى بيسيب 2 المبني في القطب الجنوبي .
الآرغون هو عنصر كيميائي رمزه Ar وعدده الذرّي 18؛ وهو ينتمي إلى مجموعة الغازات النبيلة في الجدول الدوري؛ ويوجد على شكل غاز أحادي الذرّة، وهو عديم اللون والرائحة. يعدّ الآرغون، بعد النتروجين والأكسجين، ثالث أكثر الغازات وفرةً في غلاف الأرض الجوّي بنسبةٍ مقدارها 0.934% حجماً (تقريباً 1% من حجم الهواء)؛ كما أنّه أكثر عناصر الغازات النبيلة وفرةَ في العيّنات المستحصلة من القشرة الأرضية. إنّ أغلب الآرغون الموجود في الغلاف الجوّي للأرض هو على شكل آرغون-40، والأخير ينشأ من التحلّل الإشعاعي لنظير البوتاسيوم-40 في القشرة الأرضية. أمّا في الكون فإنّ النظير آرغون-36 هو السائد، وهو يتشكّل من التخليق النووي للعناصر في المستعرات العظمى.
يعود اكتشاف هذا العنصر إلى سنة 1894، وهو أوّل الغازات الخاملة المكتشفة، حين تمكّن وليام رامزي وجون وليام ستروت (لورد رايلي) من نشر أبحاثهما عن الغاز الجديد المكتَشف في الهواء، وأطلقا عليه اسم آرغون، وهي كلمة ذات أصل إغريقي، وتعني «خامل»، وذلك إشارةً إلى خموله الكيميائي. وبالفعل، فإنّ الآرغون لا يقوم بتشكيل أيّة مركّبات كيميائية، إلّا بحالات نادرة جدّاً، ويعود ذلك إلى اكتمال غلاف التكافؤ بالإلكترونات. تندرج أغلب القيم الفيزيائية للآرغون، من نقطتي الانصهار والغليان والكثافة، بين قيم العنصر الخامل الأخفّ منه (النيون) وعنصر الكريبتون الأثقل منه.
يُستحصَل على الآرغون تجارياً من التقطير التجزيئي للهواء، وهو يستخدم في التطبيقات التي تتطلّب تأمينَ جوٍّ من غازٍ خامل، مثل استخدامه غازاً حاجباً في عمليات اللحام القوسي، وكذلك في المختبرات الكيميائية عند إجراء التفاعلات الكيميائية الحسّاسة للأكسدة بأكسجين الهواء؛ كما يستخدم الآرغون أيضاً في تعبئة المصباح الفلورية والمتوهّجة. هناك نوعٌ خاصٌّ من أنواع الليزر، الذي يمكن إصداره من الآرغون، وله لون أخضر مزرقّ مميّز.
أجرى هنري كافنديش سنة 1783 تجربةً كان هدفها دراسةَ الخواص التفاعلية للهواء، والتي كانت أوّل دليل على وجود الآرغون ضمن تركيب الهواء. قام كافنديش بتمرير تيّار كهربائي في كمّية محسوبة من غازي الأكسجين والنتروجين المستَحصَلين من الهواء، ممّا أدّى إلى حدوث تفاعل بينهما وتشكّل أكاسيد النتروجين؛ لكنّ كمّيةً ضئيلةً من الغاز لم تتفاعل، ولم يتمكّن حينها من تفسير تلك الظاهرة؛ لكنّه خمّن وجود غاز غير فعّال في الهواء.
عُزلَ غاز الآرغون أوّل مرّة سنة 1894 أثناء قيام جون ويليام ستروت (لورد رايلي) ووليام رامزي بتجاربهما على الهواء في كلّية لندن الجامعية. ولكن سبق ذلك بعض التجارب التي أجراها سنة 1882؛ حيث لاحظا أنّ طيف الانبعاث للهواء لا ينطبق تماماً على العناصر المعروفة حينها. بعد ذلك لاحظ لورد رايلي سنة 1892 وجود فرق في كثافة غاز النتروجين بين عيّنة مستحصلة من الهواء ومن عينة مستحصلة من تفكّك الأمونيا؛ كما قام أيضاً بإعادة تجربة كافنديش في مفاعلة مكوّنات الهواء، وتوصّل إلى نفس نتيجته.