חוק האבל: מה כתוב בו באויב ובתרגילים

חוק האבל הושג בניסוי וקובע קשר ישיר בין המרחק של a גָלַקסִיָה כל אחד עד כדור הארץ ואת המהירות בה הגלקסיה הזו מתרחקת מאיתנו. על פי חוק זה, ככל שהגלקסיות מתרחקות מהר יותר מכדור הארץ, עובדה המצביעה על אפשרות לחיות ביקום בהתרחבות מתמדת.

ראה עוד:אסטרופיזיקה - מוקדש לחקר היקום על ידי יישום חוקי הכימיה והפיזיקה

מה אומר החוק של האבל?

חוק האבל אומר שככל שהמרחק בין גלקסיה לכדור הארץ גדול יותר, כך הגלקסיה מתרחקת מאיתנו מהר יותר. חוק האבל התגלה וגובש על ידי הפיזיקאי והאסטרונום האמריקני אדווין פ. האבל (1889-1953). האיור שלהלן מראה זאת:

v מהירות נסיגה (קמ"ש)

ה₀ קבוע האבל (70 (קמ"ש) / Mpc)

ר - מרחק בין כדור הארץ לגלקסיה (Mpc)

בחוק זה, הקבוע H₀, ידוע כ קבוע האבל, מייצג כמה גדולה העלייה במהירות הגלקסיות בכל Mpc (מגה פרש). או MPC הוא מדד למרחקים אסטרונומיים ששווים בערך 3.26 מיליון שנות אור.

האבל הצליח להגיע לביטוי הנ"ל באמצעות נתונים על מהירויות המרחק של 24 גלקסיות סמוכות, שנאספו בעבר על ידי האסטרונום. אני לובשת מ '. נעל בית. סליפר הצליח למדוד במדויק את מהירויות ההמראה בזכות ה- ספקטרוסקופיהכלומר ניתוח ה תדרי צבע

נפלטות על ידי גלקסיות. כאשר הגלקסיות הללו התרחקו מכדור הארץ, התדרים של גלים אלקטרומגנטיים שהונפקו על ידיהם צריכים לעבור שינויים עקב אפקט דופלר.

נלקח על ידי טלסקופ האבל, התמונה מציגה מיליארדי גלקסיות בשבריר זעיר משמי הלילה. [1]

או אפקט דופלר מסביר מדוע אנו שומעים שינויים בתדרים קטנים ב נשמע שנפלטים על ידי מקורות הנעים ביחס למתבונן. לדוגמא: כאשר אמבולנס מתקרב או יוצא מאיתנו, אנו עשויים להבחין, בהתאמה, שהצליל הנפלט ממנו הופך גבוה יותר ואז נמוך יותר.

שינוי לכאורה זה בתדירות גלי הקול קורה גם עבור גלים אלקטרומגנטיים - ברגע שהגלקסיות מתרחקות, אור שנפלט על ידם נוטה לנוע לתדרים נמוכים יותר, ולכן אנו אומרים שבגלקסיות אלה ניתן לצפות ב הסטה אדומה (באנגלית, משמרת אדומה).

קבוע האבל

במהלך השנים, קבוע האבל עודכן את ערכו מספר פעמים. שינויים אלה נבעו מהדיוק שבו אנו מסוגלים למדוד את המרחקים בין כדור הארץ לגלקסיות. על פי מדידות אסטרונומיות, קבוע האבל זה אותו דבר לכל הכיוונים שאנחנו מסתכלים - אין כיוון יציאה מועדף. בפועל, כאילו היינו נקודה קטנה ב שלפוחית ​​השתן כל הזמןמְנוּפָּח.

היקום מתרחב לכל הכיוונים ללא הרף.

בתקופתו של האבל, השיטה בה השתמשו למדידת מרחקים אסטרונומיים הייתה ראשונית, ולכן פיתח דרך הרבה יותר אינטליגנטית להסיק אותם: משווה את הבהירות ביניהם, מכיוון שככל שהם רחוקים יותר, כך הבהירות הנפלטת מהם נמוכה יותר. זה היה דרך זוהרקרוב משפחה בין הגלקסיות שאדווין האבל הצליח לקבוע, בדיוק רב יותר, את ערך הקבוע שלה.

ראה גם: חורים שחורים - מה הם, ממה הם עשויים, תגליות וסקרנות

הרחבת היקום

האינדיקציות הראשונות להתרחבות אפשרית של היקום היו אפשריות רק בזכות תגליותיו של אדווין האבל. למרות זאת, אנחנו עדיין יודעים מעט מאוד על האופן שבו היקום מתרחב, במובן זה, גילוי חוק האבל ייצר, באותה מידה, תשובות חדשות ושאלות חדשות.

עדיין לא ממש ידוע מה גורם להתרחבות היקום, כאשר מבחינת הפיזיקה הקלאסית, הנתמך על ידי חוק הכבידה האוניברסליהנטייה של הקוסמוס תהיה להתכווץ ולא להתרחב. ישנם מספר רב של תיאוריות המנסות להסביר את תופעת ההתרחבות, אולם אף אחת מהן לא הייתה ניתנת להוכחה עד היום.

בניסיון להסביר את התפשטותו המואצת של היקום, הפיזיקאים הציעו את קיומו של חומר אפל. על פי התיאוריות המודרניות, חומר אפל צריך להיות מסוגל להסביר את מה שנצפה בחוק האבל, עם זאת, חומר מסוג זה חייב להיות בעל תכונות "אקזוטיות" שעד אז מעולם לא נצפו בחומר. רגיל.

חוק האבל באויב

החוק של האבל כבר הואשם וגם, במבחן 2019. השאלה התייחסה ישירות לשימוש בחוק האבל, האם ננתח אותו?

(וגם) אסטרונומים מודדים את מהירות המרחק מגלקסיות רחוקות על ידי גילוי האור הנפלט ממערכות אלה. חוק האבל קובע כי מהירות היציאה של הגלקסיה (בקמ"ש) פרופורציונאלית למרחקה לכדור הארץ, נמדדת במגה-פרש. בחוק זה, קבוע המידתיות הוא קבוע ההבל (H₀) והערך המקובל ביותר שלו הוא 72 (km / s) / Mpc. ה- Parsec (pc) הוא יחידת מרחק אסטרונומית, ששוויה כ -3.10¹⁶ M. תצפיות אסטרונומיות קבעו כי המהירות הרחק מגלקסיה נתונה היא 1440 קמ"ש.

על פי חוק האבל ניתן להסיק כי המרחק לגלקסיה זו, נמדד בקילומטר, שווה ל:

א) 20.10⁰

ב) 20.10⁶

ג) 6.10²⁰

ד) 6.10²³

ה) 6.10²⁶

תבנית: אות ג '

פתרון הבעיה:

כדי לפתור בעיה זו, יש צורך לפרש את ההצהרה. באמצעותו ניתן לפתור את זה גם אם אינך יודע את הביטוי לחוק האבל, עם זאת, לפני שמתחילים בחישובים, עלינו להתאים את יחידות המדידה, וזכור כי 1 יחידה שווה ערך עד 3.10¹⁶ מ 'או 3.10¹³ ק"מ, שימו לב:

לאחר שהתאמנו נכון את יחידת המדידה של קבוע האבל, נוכל לבצע את החישוב כדי לקבוע את המרחק:

יודע יותר:טלסקופים רדיו - מה הם ובשביל מה הם מיועדים

תרגילי החוק של האבל

שאלה 1) גלקסיית אנדרומדה היא הגלקסיה הספירלית הקרובה ביותר לשביל החלב ונמצאת במרחק של כ -0.77 מגה פיקסל. בהתבסס על החוק של האבל, המהירות בה גלקסיית אנדרומדה מתרחקת משביל החלב היא בערך:

נתונים: ח₀ = 72 (קמ"ש) / Mpc

א) 96.5 קמ"ש

ב) 55.4 קמ"ש

ג) 108.4 קמ"ש

ד) 15.7 קמ"ש

תבנית: אות ב '

פתרון הבעיה:

יחידות המדידה שמספקות ההצהרה כבר תואמות זו את זו, לכן אנו פשוט משתמשים בחוק האבל ומחליפים את הנתונים:

התוצאה מעידה על כך שגלקסיית אנדרומדה מתרחקת במהירות של כ -54 קמ"ש, ולכן התשובה הנכונה היא אות ב '.

שאלה 2) גלקסיה A נמצאת במרחק ד מכדור הארץ ומשם במהירות v. לדעת שגלקסיה B היא רחוק פי שניים מכדור הארץ מאשר גלקסיה A, ניתן לומר שמהירות היציאה שלה:

א) תהיה מחצית ממהירות היציאה מגלקסיה A.

ב) יהיה שווה למהירות היציאה מהגלקסיה A.

ג) יהיה קטן פי ארבע ממהירות היציאה מהגלקסיה A.

ד) יהיה מהיר פי שניים ממהירות הגלקסיה א '.

תבנית: אות ד

פתרון הבעיה:

החוק של האבל קובע קשר פרופורציונלי ישיר בין מהירות היציאה למרחק, ולכן בהיותו כפול משם, גלקסיה B נעה במהירות כפולה:

זיכויים לתמונות

[1] נאס"א | נחלת הכלל

מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה

מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-lei-hubble-expansao-universo.htm