Physics · الكتاب 1 · Grades 1–9

الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية

الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9

51أطوار القمر

منذ سنوات مضت كنت تمسك دفتر قمر وتراقب الشكل الفضّي يزحف من الهلال إلى البدر ثم يعود، ووُعدت بجواب “لماذا” في وقت لاحق. واللاحق هو الآن. فعندك كل ما يحتاج إليه التفسير: قمر يدور شهريًّا، وضوء شمس في خطوط مستقيمة، وكرة نصفها مضاء دائمًا — دائمًا.

51.1 الحقيقة الواحدة تحت كل شيء

قضية 51.1 (نصفه مضاء، دائمًا)

تضيء الشمس نصف القمر في كل لحظة — النصف المواجه لها — تمامًا كما تضيء نصف الأرض. فليس للقمر شكل متغيّر، ولا نموّ ولا انكماش: هو كرة حجرية تلبس جانب نهار دائمًا وجانب ليل دائمًا، والحدّ بينهما ينزلق وهو يدور. وكل ما نسمّيه “طورًا” ليس إلا المنظر: كم من جانب النهار يصادف أن يواجه الأرض.

تعريف 51.2 (الأطوار)

أطوار القمر هي أشكاله الظاهرة على مدار الشهر: المحاق (جانب النهار مُدار عنّا كله — فلا نرى شيئًا)، والهلال، والتربيع الأول (نصف القرص مضاء)، والأحدب (أكثر من النصف)، والبدر (جانب النهار مُدار نحونا كله)، ثم الأحدب، والتربيع الأخير والهلال ثانية، فتنغلق الدورة في نحو 29.529.5 يومًا. ومن المحاق إلى البدر يكبر الجزء المضاء ليلة بعد ليلة: فالقمر متزايد؛ ومن البدر رجوعًا إلى المحاق يصغر: متناقص.

السرّ كله في صورة واحدة: ثماني محطّات للقمر الدائر، كل واحدة نصفها المواجه للشمس مضاء. والمتغيّر الوحيد أيّ شريحة من جانب النهار تواجه الأرض.
السرّ كله في صورة واحدة: ثماني محطّات للقمر الدائر، كل واحدة نصفها المواجه للشمس مضاء. والمتغيّر الوحيد أيّ شريحة من جانب النهار تواجه الأرض.

طريقة 51.3 (كن الأرض، واحمل القمر)

التفسير، مُؤدّى في دقيقة واحدة:

  1. في غرفة مظلمة، مصباح عارٍ واحد هو الشمس؛ وأنت الأرض؛ وكرة بيضاء على يدك الممدودة هي القمر؛
  2. واجه المصباح والكرة نحوه: فنصفها المضاء مُدار عنك — وترى جانبها المظلم: محاق؛
  3. در ببطء في مكانك (والكرة تدور حولك): فتظهر شظيّة مضاءة عند حافة الكرة — هلال متزايد؛ وبعد ربع دورة يظهر نصف الكرة مضاءً: التربيع الأول؛
  4. واصل الدوران: فالأحدب — ثم، والمصباح خلف ظهرك، الكرة مضاءة كلها أمامك: بدر؛ وأتمم الدورة عبر الأحدب المتناقص والهلال إلى المحاق.

دورة واحدة منك تعيد تمثيل شهر واحد من السماء.

51.2 الوهم الشائع، متقاعدًا

قضية 51.4 (الأطوار ليست ظلّ الأرض)

أشهر جواب خاطئ في علم الفلك: “الأطوار هي ظلّ الأرض على القمر”. والهندسة تدحضه من ثلاث جهات. فظلّ الأرض يشير بعيدًا عن الشمس — ولا يستطيع أن يلمس إلا قمرًا واقفًا مقابل الشمس، وهذا لا يقع إلا عند البدر (وحينها في الخسوفات النادرة وحدها). والقمر الهلالي يقف في جهة الشمس منّا، لا قرب ظلّنا البتة. وحدّ الظلّ على القمر جزء من دائرة كبيرة دائمًا — فما كان له أن ينحت حدّ الشكل الأحدب المزدوج الانحناء. والأطوار لا تحتاج إلى ظلّ: فكرة نصفها مضاء، منظورًا إليها من جهات مختلفة، تفعل كل شيء.

مثال 51.5 (الخسوف مقابل الطور)

احفظ إعتامَي القمر في درجين منفصلين. الطور: الدورة الشهرية البطيئة، جانب القمر الليلي نفسه يستدير نحونا — ولا دخل لظلّ لنا فيه. والخسوف: ساعة نادرة يعبر فيها البدر ظلّنا التامّ — ظلّ الأرض واقعًا عليه حقًّا، نحاسيًّا سريعًا. فإيقاع الدفتر منظر؛ والخسوف زيارة.

51.3 قراءة السماء كالساعة

مثال 51.6 (أين تحفظ الأطوار مواقيتها)

المخطط يثبّت كل طور في موضع — وكل موضع في جدول مواقيت. فالبدر يقف مقابل الشمس: فلا بدّ أن يطلع عند الغروب، ويملك الليل كله، ويغيب عند الشروق. والمحاق يسافر مع الشمس: طالعًا النهار كله، ضائعًا في الوهج — ولهذا لا “يرى” أحد محاقًا. والتربيع الأول يتخلّف عن الشمس ربع دورة: فيطلع قرب منتصف النهار ويغيب قرب منتصف الليل — قمر ما بعد العشاء. وقمر النهار الذي فاجأك في طفولتك صار الآن جدول مواقيت: فكل قمر ليس محاقًا ولا بدرًا يقاسم الشمس جزءًا من نوبتها.

مثال 51.7 (في أيّ جهة يشير الهلال؟)

الجانب المضاء من أيّ طور يواجه الشمس — والهلال قوس مصوَّب نحو راميه. فهلال المساء في الغرب: قرناه يشيران إلى أعلى وبعيدًا عن توهّج الغروب تحت الأفق. والسماء لا ترسمه خطأً أبدًا؛ والرسّامون يفعلون كثيرًا. وهلال قرناه نحو الشمس هو لعبة “جِد الخطأ” المفضّلة عند علم الفلك.

ملاحظة 51.8 (الوجه الذي لا يستدير أبدًا)

ملاحظة أخرى من الدفتر، تُوفّى حقّها أخيرًا: بقع القمر الداكنة ترسم الوجه نفسه كل ليلة، طورًا بعد طور، وسنة بعد سنة. فالقمر يدور حول محوره دورة واحدة بالضبط في كل دورة مدارية — فالنصف نفسه يواجه الأرض إلى الأبد. ولم يرَ أحد الجانب البعيد حتى طار مسبار حول القمر بآلة تصوير، في ذاكرة جدّيك الحيّة. وأمّا لماذا يتّفق الدوران والمدار هذا الاتّفاق التامّ فقصة عميقة عن المدّ والجزر، مؤجّلة إلى سنوات الجامعة من هذا المنهج.

51.4 تمارين

تمرين 51.1

ما الجزء من القمر المضاء بضوء الشمس في أيّ لحظة؟ وما “الطور” إذن؟

حل

حل التمرين 51.1.

النصف بالضبط، دائمًا — النصف المواجه للشمس. وأمّا الطور فليس إلا المنظر: الجزء من ذلك النصف المضاء الذي يصادف أن يواجه الأرض.

تمرين 51.2

اسرد الأطوار بالترتيب ابتداءً من المحاق، وأعطِ طول الدورة. وأيّ نصفَي الدورة هو “التزايد”؟

حل

حل التمرين 51.2.

محاق، فهلال متزايد، فتربيع أول، فأحدب متزايد، فبدر، فأحدب متناقص، فتربيع أخير، فهلال متناقص — في نحو 29.529.5 يومًا للدورة. والتزايد هو النصف النامي، من المحاق إلى البدر.

تمرين 51.3

في طريقة المشي المداري، أين المصباح والكرة وأنت عند المحاق؟ وعند البدر؟

حل

حل التمرين 51.3.

المحاق: تواجه المصباح والكرة نحوه — ونصفها المضاء مُدار عنك. والبدر: المصباح خلف ظهرك والكرة أمامك — ونصفها المضاء مُدار نحوك كله.

تمرين 51.4

أعطِ اثنين من الدحوض الهندسية الثلاثة لقول “الأطوار هي ظلّ الأرض”.

حل

حل التمرين 51.4.

أيّ اثنين: ظلّ الأرض يشير بعيدًا عن الشمس فلا يبلغ قمرًا إلا في موضع البدر؛ والقمر الهلالي يقف في جهة الشمس منّا، لا قرب ذلك الظلّ؛ وحدّ الظلّ المستدير ما كان له أن ينحت الانحناء الأحدب المزدوج.

تمرين 51.5

ما الفرق بين ظلمة المحاق وظلمة الخسوف؟

حل

حل التمرين 51.5.

المحاق مظلم لنا لأن جانبه الليلي هو المواجه لنا — ولا دخل لظلّ لنا فيه، والجانب البعيد في ضحى تامّ. أما الخسوف فهو البدر يعبر ظلّ الأرض التامّ الحقيقي: ظلّنا واقعًا عليه حقًّا، لحظة قصيرة.

تمرين 51.6

لماذا يطلع البدر عند الغروب دائمًا؟ استدلّ من موضعه في المخطط.

حل

حل التمرين 51.6.

البدر يقف مقابل الشمس. وإذ تحمل الأرض الدائرة الشمسَ إلى ما دون الأفق الغربي، فإن النقطة المقابلة من السماء — حيث ينتظر البدر — لا بدّ أن تكون طالعة في الشرق: فالغروب وطلوع البدر حدث واحد منظورًا إليه من جهتين.

تمرين 51.7

لماذا لا “يرى” أحد المحاق يطلع في منتصف الليل؟ وأين المحاق في منتصف الليل؟

حل

حل التمرين 51.7.

المحاق يسافر مع الشمس: ففي منتصف الليل يقف كلاهما تحت قدميك، في الجانب البعيد من الأرض. ومحاق في منتصف الليل مستحيل استحالة شمس في منتصف الليل.

تمرين 51.8

هلال مساء معلّق في الغرب. في أيّ جهة يشير قرناه بالنسبة إلى الشمس الغائبة — ولماذا لا يستطيع هلال أن يصوّب قرنيه إلى الشمس أبدًا؟

حل

حل التمرين 51.8.

بعيدًا عن نقطة الغروب — فقوس الهلال ينحني نحو الشمس، والقرنان بعيدًا عنها. فالجانب المضاء لا بدّ أن يواجه الشمس، والقرنان هما حافّتا الجانب المضاء المنحسرتان: والهندسة تمنعهما من التصويب نحو الشمس.

تمرين 51.9 ★★

القمر الليلة أحدب متزايد. أين يقف في مداره؟ ومتى طلع تقريبًا، وأيّ طور — وأيّ جدول مواقيت — يأتي بعد خمس ليالٍ؟

حل

حل التمرين 51.9.

بين التربيع الأول والبدر — على نحو ثلاثة أثمان الطريق حول المدار، في جهة المساء. وقد طلع في منتصف بعد الظهر. وبعد خمس ليالٍ: بدر — يطلع عند الغروب، طالعًا الليل كله.

تمرين 51.10 ★★

لا يقع الكسوف إلا عند طور واحد، ولا يقع الخسوف إلا عند طور آخر. سمّهما، وبرّر بهندسة الاصطفاف، واشرح لماذا تبقى الخسوفات والكسوفات نادرة عند هذين الطورين رغم ذلك.

حل

حل التمرين 51.10.

الكسوف: عند المحاق لا غير — الشمس فالقمر فالأرض على خطّ واحد. والخسوف: عند البدر لا غير — الشمس فالأرض فالقمر على خطّ واحد. ويبقى نادرًا حتى حينها، لأن مدار القمر المائل يحمله عادة فوق الخطّ الدقيق أو تحته: فالطور شرط لازم، والاصطفاف غير مضمون.

تمرين 51.11 ★★

روّاد فضاء على الجانب القريب من القمر ينظرون إلى الأرض فوقهم. صِف “أطوار الأرض” التي يرونها على مدار شهر، وأيّ طور تُريهم الأرض حين نرى نحن محاقًا. (أجرِ الهندسة في الاتجاهين.)

حل

حل التمرين 51.11.

الأرض تُظهر أطوارًا معاكسة لأطوارنا، على الساعة نفسها: فحين نرى نحن محاقًا يرى روّاد القمر أرضًا بدرًا — جانبنا النهاري كله مواجهًا لهم؛ وعند بدرنا يرون أرضًا محاقًا. هندسة واحدة، مقروءة من المقعد الآخر.

تمرين 51.12 ★★★

سرّ الهلال القديم: في أمسيات صافية يتوهّج الجزء المظلم من القمر الهلالي توهّجًا خافتًا — “القمر القديم في حضن القمر الجديد”. لقيَ نفسُك في الصف الثاني هذا لغزًا؛ فحُلَّه الآن كاملًا: تتبّع مسار الضوء، واشرح لماذا يبلغ ضوء الأرض أشدّه عند الأطوار الهلالية بالضبط (أيّ طور تُري الأرضُ القمرَ حينها؟)، ولماذا يخبو نحو البدر.

حل

حل التمرين 51.12.

المسار: ضوء الشمس يضرب الأرض، فتبعثره الأرض الساطعة نحو القمر، فيبعثر جانب القمر الليلي قليلًا منه راجعًا إلى أعيننا — ضوء شمس محوَّل مرتين. وعند أطوارنا الهلالية يرى القمر أرضًا تكاد تكون بدرًا (بقاعدة الطور المعاكس): فجانبه الليلي مغمور بأسطع أرض ممكنة — وهو أشدّ ضوء الأرض. ونحو بدرنا يرى القمر أرضًا هلالية رفيعة: فيضؤل الكشّاف، ووهج البدر يغرق ما بقي منه.

51.5 مسألة: شهر مع القمر

مسألة 51.1

مسألة نهاية الأسبوع — شهر المرصد المفتوح؛ ثلاثون ليلة من القمر، ولوحة جدارية واحدة؛ اختبار المرشد

يقيم مرصد البلدة برنامجًا عامًّا اسمه “شهر مع القمر”. وأنت، بصفتك مرشدًا صغيرًا، تمسك اللوحة الجدارية وتجيب الزوّار.

القسم الأول — إعداد اللوحة.

  1. الليلة 00 محاق. املأ محطّات اللوحة: في أيّ الليالي تقريبًا يقع التربيع الأول والبدر والتربيع الأخير؟
  2. وإلى جانب كل محطّة تطلب اللوحة أوقات الطلوع. طابِق: يطلع عند الغروب؛ يطلع قرب منتصف النهار؛ يطلع قرب منتصف الليل؛ يطلع ويغيب مع الشمس.
  3. يسأل زائر لماذا تُظهر اللوحة الهلال منخفضًا في سماء المساء الغربية بينما البدر يتسلّق من الشرق عند الغسق. اشرح بمواضع المدار.
  4. ويقسم زائر آخر أنه رأى القمر في العاشرة صباحًا. أيّ أطوار اللوحة تجعل قمر الصباح ممكنًا؟

القسم الثاني — عروض المرشد.

  1. تؤدّي مشي المصباح والكرة لمجموعة مدرسية. فيوقفك تلميذ في منتصف الدورة: الكرة تُظهر ثلاثة أرباعها مضاءة. سمِّ الطور، وحدّد للمجموعة مواضع المصباح وأنت الأرض والكرة.
  2. “إذن ظلّ الأرض هو الذي يصنع الأطوار؟” يسأل التلميذ مشيرًا إلى كرتك ذات الجانب المظلم. أعطِ دحض العرض نفسه: جانب مَن الليلي يرونه، وأين يكون ظلّ الأرض فعلًا؟
  3. وتسأل المجموعة لماذا يرون دائمًا “الأرنب” (أو “الوجه”) في القمر، ولا يرون ظهره أبدًا. أجب بحقيقة الوجه نفسه.
  4. ويقول أب متشكّك: “إن كان القمر يدور حول نفسه كما تزعم، أفلا ينبغي أن نراه يستدير؟” حُلّ التناقض الظاهر: كيف يستطيع القمر أن يدور دورة واحدة بالضبط في كل دورة مدارية فيُخفي بذلك دورانه عنّا؟

القسم الثالث — ليلة الاختبار.

  1. بطاقة الاختبار أ: “قمر الليلة طلع في منتصف الليل ويُظهر نصفه الأيسر مضاءً (كما يُرى مع اقتراب الصباح). متزايد أم متناقص — وأيّ تربيع؟”
  2. بطاقة الاختبار ب: “ملصق فنّان يُظهر قمرًا هلاليًّا في منتصف الليل، عاليًا فوق الرؤوس، وقرناه يشيران مستقيمًا إلى أسفل نحو ألوان الغروب على الأفق.” اسرد كل خطأ فلكي في الملصق.
  3. بطاقة الاختبار ج: “أثناء بدر الليلة، هل يمكن أن يشهد الزوّار كسوفًا في مكان ما على الأرض أيضًا؟” احسم الأمر بهندسة الأطوار.
  4. كلمة الختام: في ثلاث جمل، أعطِ الحقيقة الواحدة الكامنة وراء الشهر، والوهم الذي دفنه الشهر، وحيلة جدول المواقيت التي ينبغي أن يحملها الزوّار إلى بيوتهم (ماذا يقول أيّ طور عن ساعة طلوعه).
حل

حل المسألة 51.1.

1. التربيع الأول قرب الليلة 77؛ والبدر قرب الليلة 1515؛ والتربيع الأخير قرب الليلة 2222 (والدورة تنغلق قرب الليلة 29293030). 2. البدر: يطلع عند الغروب. والتربيع الأول: يطلع قرب منتصف النهار. والتربيع الأخير: يطلع قرب منتصف الليل. والمحاق: يطلع ويغيب مع الشمس. 3. الهلال الفتيّ يقف على مسافة يسيرة خلف الشمس على المدار: فيعلَّق في الغرب بعد الغروب ويتبع الشمس هابطًا سريعًا. أما البدر فيقف مقابلها: وإذ تغيب الشمس في الغرب، فالمقابل يعني الطلوع في الشرق. 4. كل طور يقاسم الشمس جزءًا من نوبتها: الأحدب المتزايد بعد الظهر، وقبل كل شيء الأطوار المتناقصة — فالتربيع الأخير والهلال المتناقص يعلوان سماوات الصباح. 5. أحدب متزايد: فكرة مضاءة ثلاثة أرباعها تعني أنك تقف بين التربيع الأول والبدروالمصباح خلف كتفك، والكرة أمامك وإلى جانب. 6. إنهم يرون جانب الكرة الليلي هي — النصف المُدار عن المصباح. وأنت الأرض تلقي ظلًّا أيضًا، لكنه يمتدّ خلفك بعيدًا عن المصباح؛ والكرة ليست فيه البتة إلا في موضع البدر — وحينها فقط إن كان الاصطفاف تامًّا: وذلك خسوف، لا طور. 7. القمر يدور حول نفسه دورة واحدة بالضبط في كل دورة مدارية، فالنصف نفسه يواجه الأرض إلى الأبد — بالأرنب والوجه وكل شيء؛ أما الجانب البعيد فانتظر آلة تصوير تطير حوله. 8. الدوران والمدار يحفظان الخطوة تمامًا: فبينما يتقدّم القمر على مساره، يستدير بالقدر الذي يبقي الوجه نفسه مصوَّبًا نحونا — كراقص يطوف حول شريكه وهو يواجهه دائمًا: يدور حقًّا (فالقاعة ترى كل جوانبه)، ولا يُري شريكه إلا وجهًا واحدًا. 9. الطلوع في منتصف الليل جدول التربيع الأخير — جهة التناقص: تربيع أخير (فالنصف المضاء يواجه جهة شمس الصباح). 10. الأخطاء: الهلال يقف قرب الشمس، فلا يستطيع أن يعلو في منتصف الليل أبدًا؛ والقرنان يشيران بعيدًا عن الشمس، لا نحوها أبدًا؛ وألوان الغروب في منتصف الليل استحالة قائمة بذاتها. ثلاث ضربات. 11. لا: فالكسوف يقتضي وقوف القمر بين الشمس والأرض — موضع المحاق. وقمر الليلة يقف عند البدر، في الجهة المقابلة: فالحدثان لا يمكن أن يتقاسما ليلة واحدة. 12. مثلًا: “حقيقة واحدة تدير الشهر: القمر نصفه مضاء دائمًا، ونحن نطوف فنشاهد ذلك النصف من جهات متغيّرة. والمدفون هذا الشهر: أن ظلّ الأرض لا شأن له بالأطوار — فهو لا يزور إلا في خسوفات نادرة. وخذوا الساعة إلى بيوتكم: فكل طور يحفظ ساعة طلوعه — البدر عند الغروب، والتربيعان عند منتصف النهار ومنتصف الليل — فشكل القمر يخبركم بجدول مواقيته.”

المصطلحات المعرَّفة في هذا الفصل

عرض كل المصطلحات (393) في المسرد