الثقب الأسود هو كيان غير مرئي في الفضاء له جاذبية قوية للغاية بحيث لا يستطيع الضوء الهروب. الثقوب السوداء كانت في السابق نجومًا "عادية" تم حرقها أو ضغطها. يكون السحب قويًا بسبب المساحة الصغيرة التي احتلتها كل كتلة النجم. يمكن أن تختلف في الحجم من ذرة واحدة إلى حجم أكثر من 4 ملايين من شمس الأرض.
يعد مشروع علوم الثقب الأسود طريقة رائعة للطلاب للتعرف على ظاهرة فيزيائية ساحرة ومشهورة (إذا لم يتم فهمها جيدًا). على هذا النحو ، إنها أيضًا طريقة رائعة للأطفال لتعلم كيفية شرح الأشياء لأقرانهم ؛ بعد كل شيء ، التدريس هو العمل.
سحب الجاذبية: التحضير
تعتمد جاذبية الثقب الأسود على الكتلة والمسافة من الجسم. الثقوب السوداء لها حقول جاذبية قوية ؛ ومع ذلك ، يجب أن تكون الأشياء في نطاق مئات الأميال حتى تتأثر. يمثل الرخام المغناطيسي قطعة من مادة فضائية ستدور حول الثقب الأسود إذا اقترب كثيرًا.
- قم بشراء لوحتين من ألواح الفوم أو لوحات تسجيل سوداء (11 بوصة × 17 بوصة حجم جيد) ، ومغناطيس أسطواني قوي ، ورخام مغناطيسي وصينية أو منشفة.
- قطع أربعة إلى ستة ثقوب في اللوحة بنفس حجم المغناطيس الأسطواني.
- ضع المغناطيس في إحدى الفتحات وضع قطعة من الشريط اللاصق فوق الفتحة لتثبيتها.
- قم بتغطية لوح الرغوة بالقطعة الثانية من اللوح بحيث يبدو السطح موحدًا.
- ضع الصينية أو المنشفة أسفل اللوح لاحتواء الرخام.
سحب الجاذبية: التجربة
دحرج الرخام على لوح الرغوة. عندما يقترب من المغناطيس المخفي أو الثقب الأسود ، سيتغير مساره. يمثل المغناطيس قوة الجاذبية ، لكن لاحظ أن الجاذبية قوة أضعف بكثير من قوة السحب المغناطيسي ، ولا يمكن تمييزها إلا في حالة وجود أجسام بحجم الكوكب أو أكبر. اعتمادًا على مدى قرب الرخام من المغناطيس المخفي ، ستلاحظ نتائج مختلفة.
تجربة الثقب الأسود: التحضير
تحارب النجوم باستمرار تأثيرات الاندماج والضغط والجاذبية. كميات كبيرة من الكتلة تمكن النجم من تحطيم الجسم إلى نقطة. سوف تطغى الجاذبية في النهاية على النجم ويتم تحديد الحالة النهائية لانهيار النجم من خلال الكتلة الأصلية للنجم.
يستكشف مشروع الفيزياء هذا على الثقوب السوداء الحالة النهائية لنجم. اجمع عدة بالونات وثلاثة أوراق من 12 إلى 14 بوصة من رقائق الألومنيوم لكل بالون وجسم حاد وسدادات أذن أو غطاء للأذن.
تجربة الثقب الأسود: المبادئ
- تفجير البالونات وربط الأطراف. قم بتغطية البالونات بطبقتين على الأقل من رقائق الألومنيوم. هذه البالونات تمثل النجوم.
- ادفع سطح البالونات المغطاة بيديك. لن تنهار النجوم لأن القوة الخارجية الناتجة عن الاندماج داخل النجم توازن الجاذبية إلى الداخل.
- عندما ينفد الوقود الأساسي للنجم الحقيقي ، فقد ينهار. ضع واقيًا للأذن وافقع البالونات لإزالة ضغط الهواء بالداخل. تأكد من احتفاظ الرقاقة بشكلها. لقد نفد وقود النجم في قلبه ، ولم يعد الاندماج يولد حرارة وضغطًا كافيين لمنع الانهيار.
- قم بطي نجمة البالون بيديك. "سحب الجاذبية" الذي تمثله يديك يؤدي إلى انهيار النجم وإنشاء ثقب أسود.
كشف الثقوب السوداء
كيف يعرف العلماء وجود الثقوب الخلفية ، بالنظر إلى أنها غير مرئية؟ من المؤكد أنها كبيرة وتظهر مجالات جاذبية قوية ، لكنها بعيدة جدًا.
العلماء قادرون على اكتشاف تأثيرات الجاذبية القوية للثقب الأسود على النجوم والغازات المجاورة. إذا كان النجم يدور حول موقع معين ، فيمكن للعلماء فحص الخصائص الحركية لذلك النجم لمعرفة ما إذا كان هناك ثقب أسود في مركز المدار.
عندما يدور ثقب أسود ونجم بالقرب من بعضهما البعض ، يتم إنتاج ضوء عالي الطاقة. يمكن للأجهزة العلمية رؤية هذا الضوء عالي الطاقة.