حل تمرين حركة قمر صناعي بكالوريا فيزياء مع سلم التنقيط
بكالوريا • علوم تجريبية • حل مفصّل + سلم التنقيط

حل تمرين الميكانيك: القمر الجيوثابت خطوة بخطوة

الحل الكامل بأسلوب التصحيح الوزاري: قانون نيوتن، إثبات انتظام الحركة، حساب الارتفاع والسرعة والدور — نحو 6 نقاط لمن يتقن هذه السلسلة.

⏱️ المدة الرسمية: 3 ساعات ⚖️ المعامل: 5 📝 التمرين: 6 نقاط
نص التمرين

نص التمرين (نموذج بأسلوب مواضيع البكالوريا)

قمر صناعي كتلته m يدور حول الأرض (كتلتها ‎M = 6×1024 kg‎ ونصف قطرها ‎R = 6400 km‎) على مدار دائري نصف قطره r بسرعة ثابتة القيمة v. نهمل كل القوى ما عدا قوة جذب الأرض، ونأخذ ثابت الجذب العام ‎G = 6.67×10−11‎ (SI). ندرس الحركة في مرجع جيومركزي نعتبره غاليليًا.

1) 1.5 نقطة

بتطبيق القانون الثاني لنيوتن، بيّن أن حركة القمر دائرية منتظمة، ثم بيّن أن: ‎v² = GM/r‎.

2) 2 نقاط

استنتج عبارة الدور T بدلالة r، ثم احسب الارتفاع h عن سطح الأرض لقمر جيوثابت دوره مساوٍ لدور دوران الأرض حول نفسها (‎T0 = 86400 s‎).

3) 1 نقطة

احسب السرعة v0 للقمر الجيوثابت.

4) 1.5 نقطة

قمر ثانٍ يدور على ارتفاع منخفض ‎h2 = 800 km‎: احسب دوره T2 بالدقائق.

التصحيح النموذجي المفصّل

الحل خطوة بخطوة مع سلم التنقيط

ابدأ دائمًا بتحديد الجملة والمرجع والقوى — هذه الأسطر الثلاثة عليها نقاط.

1) إثبات انتظام الحركة 1.5

الجملة: القمر • المرجع: جيومركزي غاليلي • القوى: قوة جذب الأرض فقط ‎F = GMm/r²‎ موجهة نحو مركز الأرض.

بتطبيق القانون الثاني لنيوتن: التسارع ‎a = F/m = GM/r²‎ مركزي أي عمودي على السرعة في كل لحظة، فمركّبته المماسية معدومة ومنه ‎dv/dt = 0‎: قيمة السرعة ثابتة والحركة دائرية منتظمة.

وبإسقاط العلاقة على المحور الناظمي (أساس فرينيه): ‎v²/r = GM/r²‎، ومنه:

v² = GM / r

2) الدور وارتفاع الجيوثابت 2

يدور القمر بزاوية ‎2π‎ خلال الدور T بسرعة ثابتة، إذن ‎v = 2πr/T‎. بالتعويض في نتيجة السؤال الأول:

(2πr/T)² = GM/r  ⟹  T = 2π √(r³/GM)

القمر الجيوثابت يدور في مستوى خط الاستواء بنفس جهة ودور الأرض (‎T0 = 86400 s‎)، إذن:

r0³ = GMT0² / 4π² ≈ 7.57×1022  ⟹  r0 ≈ 4.23×107 m

ومنه الارتفاع عن سطح الأرض:

h = r0 − R ≈ 42300 − 6400 ≈ 35900 km

3) سرعة الجيوثابت 1

v0 = 2πr0/T0 ≈ 3.1×103 m/s ≈ 3.1 km/s

4) دور القمر المنخفض 1.5

نصف قطر المدار: ‎r2 = R + h2 = 7200 km = 7.2×106 m‎. بتطبيق عبارة الدور:

T2 = 2π √(r2³/GM) ≈ 6.07×103 s ≈ 101 min

نتيجة منطقية: المدار المنخفض أسرع (دورة كل ساعة و41 دقيقة تقريبًا).

⚠️ 3 أخطاء تفقدك النقاط في هذا التمرين:
1. نسيان تحديد الجملة والمرجع والقوى في البداية — أسطر عليها نقاط مضمونة.
2. الخلط بين نصف قطر المدار r والارتفاع h: الارتفاع = r − R، ونسيان طرح R خطأ كلاسيكي (−1).
3. إهمال الوحدات والتحويلات (km ← m): كل الأطوال بالمتر قبل التعويض في G (SI).
الأسئلة الشائعة

أسئلة التلاميذ حول ميكانيك البكالوريا

كيف أثبت أن حركة القمر منتظمة؟

القوة الوحيدة (جذب الأرض) مركزية أي عمودية على السرعة، فالتسارع المماسي معدوم ومنه قيمة السرعة ثابتة: الحركة دائرية منتظمة.

ما هو القمر الجيوثابت؟

قمر يدور في مستوى خط الاستواء بنفس جهة ودور دوران الأرض (24 ساعة) فيبدو ثابتًا فوق نقطة واحدة — ارتفاعه نحو 36000 كم.

كم مدة امتحان الفيزياء في البكالوريا؟

المدة الرسمية 3 ساعات لشعبة علوم تجريبية (معامل 5) — تمرين الميكانيك وحده يمنح نحو 6 نقاط بالمنهجية الصحيحة.

الخطوة التالية

قانون واحد… وكل تمارين الأقمار تُحل بنفسه

نيوتن + فرينيه + الدور: نفس السلسلة تتكرر كل سنة بتطبيقات مختلفة — درّب نفسك عليها في التطبيق.

🎯 ثبّت الميكانيك بتمارين مشابهة بالتصحيح الفوري ←