מרחקים ביקום
- כיתה ח’
- היקום
- 5 דקות קריאה
מה זו יחידה אסטרונומית, מה זו שנת אור, וכמה רחוקים באמת הירח, השמש והכוכבים — עם תרגיל פתור.
התשובה בקצרה
מרחקים ביקום גדולים מדי לקילומטרים, ולכן משתמשים ביחידות מיוחדות:
- יחידה אסטרונומית — המרחק מכדור הארץ לשמש, כ־150 מיליון קילומטר. משמשת בתוך מערכת השמש.
- שנת אור — המרחק שהאור עובר בשנה, כ־9.5 טריליון קילומטר. משמשת למרחקים לכוכבים ולגלקסיות.
- פרסק — כ־3.26 שנות אור, כלומר כ־31 טריליון קילומטר. משמש בעיקר אסטרונומים מקצועיים.
למי זה מיועד: מרחקים ביקום נלמדים בכיתה ח’, יחד עם מבנה היקום. כדאי להכיר קודם את נוסחת המהירות.
למה צריך יחידות מיוחדות
את המרחק לבית הספר מודדים במטרים, ואת המרחק לאילת בקילומטרים. ככל שהמרחק גדל, בוחרים יחידה גדולה יותר, כדי שהמספר יישאר נוח. בחלל, אפילו קילומטרים הם יחידה קטנה מדי: המרחק לשמש הוא 150,000,000 קילומטר, ומספר כזה קשה לקרוא ולהשוות.
לכן בתוך מערכת השמש משתמשים ביחידה אסטרונומית — המרחק הממוצע בין כדור הארץ לשמש. עכשיו קל להשוות: כוכב חמה נמצא במרחק של כ־0.4 יחידה אסטרונומית מהשמש, ונפטון במרחק של כ־30. במילים פשוטות, נפטון רחוק מהשמש פי 30 מאיתנו.
מהירות האור ושנת אור
אור נע בחלל במהירות של כ־300,000 קילומטר בכל שנייה. זו המהירות הגבוהה ביותר שיש, והיא קבועה. לכן אפשר להשתמש בזמן שלוקח לאור לעבור מרחק כדרך למדוד את המרחק עצמו. המרחק שהאור עובר בדקה נקרא דקת אור, והמרחק שהוא עובר בשנה נקרא שנת אור.
d = c · t
c ≈ 300,000 kms
- d
- המרחק, בקילומטרים
- c
- מהירות האור
- t
- הזמן שהאור בדרך, בשניות
תרגיל פתור
הנתונים: אור השמש מגיע לכדור הארץ אחרי 8 דקות ו־20 שניות. מהירות האור היא 300,000 קילומטר בשנייה.
השאלה: מה המרחק מכדור הארץ לשמש?
- ממירים את הזמן לשניות, כי המהירות נתונה בקילומטר לשנייה: t = 8 · 60 + 20 = 500
- מציבים בנוסחה: d = c · t = 300,000 · 500 = 150,000,000
התשובה: השמש רחוקה מאיתנו 150 מיליון קילומטר — כלומר בדיוק יחידה אסטרונומית אחת. d = 1.5 · 10⁸ km
מרחקים ביקום — כמה רחוק כל דבר
ככה נראים המרחקים ביקום, כשמודדים אותם בזמן שלוקח לאור להגיע:
| אל | האור מגיע אחרי |
|---|---|
| הירח | כ־1.3 שניות |
| השמש | כ־8 דקות |
| נפטון | כ־4 שעות |
| הכוכב הקרוב ביותר אחרי השמש | כ־4.2 שנים |
| מרכז שביל החלב | כ־26,000 שנים |
| גלקסיית אנדרומדה | כ־2.5 מיליון שנים |
המשמעות מדהימה: כשאתם מסתכלים על כוכב, אתם רואים אור שיצא ממנו לפני שנים. אתם רואים את הכוכב כפי שהיה אז, לא כפי שהוא עכשיו. ככל שמסתכלים רחוק יותר, מסתכלים אחורה בזמן. האור מהגלקסיות הרחוקות ביותר שנמדדו יצא לדרכו לפני יותר מ־13 מיליארד שנה, זמן קצר יחסית אחרי המפץ הגדול.
שנת אור היא יחידה של זמן?
לא, למרות המילה “שנה”. שנת אור היא יחידה של מרחק — המרחק שהאור עובר בשנה אחת. כשאומרים שכוכב רחוק 4 שנות אור, הכוונה היא לכמה הוא רחוק, לא לכמה זמן עבר. זו אחת הטעויות הנפוצות במבחנים על הנושא.
איפה רואים את זה בחיים
-
שיחה עם הירח
כשאסטרונאוטים דיברו מהירח, התשובות מכדור הארץ הגיעו באיחור של כשתי שניות וחצי — הזמן שהאות עשה הלוך וחזור.
-
מד מרחק לייזר
הכלי שבונים משתמשים בו שולח קרן אור, מודד כמה זמן לוקח לה לחזור, ומחשב מזה את המרחק לקיר.
-
השמש של לפני 8 דקות
השמש שאתם רואים בשמיים היא השמש כפי שהייתה לפני כשמונה דקות. זה הזמן שהאור שלה בדרך אליכם.
שאלות נפוצות
כמה זה שנת אור בקילומטרים?
בערך 9.5 טריליון קילומטר, כלומר 9,500,000,000,000. מקבלים את זה כשכופלים את מהירות האור במספר השניות בשנה.
מה הכוכב הקרוב ביותר אלינו?
השמש. אחריה, הכוכב הקרוב ביותר הוא פרוקסימה קנטאורי, במרחק של כ־4.2 שנות אור. אי אפשר לראות אותו בעין, כי הוא כוכב קטן וחלש.
כמה זמן ייקח להגיע לכוכב הקרוב?
עם החללית המהירה ביותר שיצאה ממערכת השמש, שנעה כ־17 קילומטר בשנייה, המסע היה נמשך כ־75 אלף שנה. זו הסיבה שמסעות לכוכבים אחרים הם עדיין מדע בדיוני.
שנות אור מבלבלות אתכם?
בקורס הפיזיקה לכיתה ח’ כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.
לקורס כיתה ח’או מתחילים בחינם: חוברת הפיזיקה לכיתה ח’, להורדה