خطوات الاستخدام
أدخل كتلة الثقب الأسود (M) بوحدة الكتلة الشمسية (M☉) أو بالكيلوغرام. هذه الكتلة تحدد حجم أفق الحدث وقوة الجاذبية السطحية.
تفهم المعادلة: κ = c⁴ / (4GM). حيث c هي سرعة الضوء (≈ 3×10⁸ م/ث)، وG هو ثابت الجاذبية (≈ 6.674×10⁻¹¹ م³/كغ/ث²). الجاذبية السطحية تتناسب عكسياً مع الكتلة.
لاحظ أن المعادلة تفترض ثقباً أسوداً غير دوار (شوارزشيلد). الجاذبية السطحية تقاس بوحدة م/ث²، وهي تمثل التسارع الناتج عن الجاذبية عند أفق الحدث.
قم بإجراء الحساب: احسب c⁴ أولاً، ثم اقسم على (4GM). يمكن تحويل الكتلة من شمسية إلى كيلوغرام بضربها في 1.989×10³⁰ كغ.
النتيجة تعطيك مقياساً لشدة الجاذبية السطحية. على سبيل المثال، لثقب أسود كتلته شمسية واحدة، تكون الجاذبية السطحية حوالي 1.5×10¹³ م/ث²، وهو هائل مقارنة بجاذبية الأرض.
أمثلة محلولة
تطبيقات عملية على جاذبية سطح الثقب الأسود بخطوات الحل كاملة.
الحل
نحول الكتلة: M = 10 × 1.989×10³⁰ = 1.989×10³¹ كغ. نستخدم المعادلة κ = (3×10⁸)⁴ / (4 × 6.674×10⁻¹¹ × 1.989×10³¹). نحسب c⁴ = (3×10⁸)⁴ = 81×10³² = 8.1×10³³ (بالتقريب). المقام = 4×6.674×10⁻¹¹×1.989×10³¹ = 4×6.674×1.989×10²⁰ = 4×13.275×10²⁰ = 53.1×10²⁰ = 5.31×10²¹. إذن κ = 8.1×10³³ / 5.31×10²¹ ≈ 1.525×10¹² م/ث². هذا يعني أن الجاذبية السطحية تبلغ حوالي 1.5 تريليون متر في الثانية المربعة، أي ما يعادل 155 مليار ضعف جاذبية الأرض.
الحل
الكتلة M = 4.1×10⁶ × 1.989×10³⁰ = 8.155×10³⁶ كغ. المقام = 4×6.674×10⁻¹¹×8.155×10³⁶ = 4×6.674×8.155×10²⁵ = 4×54.44×10²⁵ = 217.76×10²⁵ = 2.1776×10²⁷. κ = 8.1×10³³ / 2.1776×10²⁷ ≈ 3.72×10⁶ م/ث². هذه القيمة أقل بكثير من الثقب الأسود النجمي، لأن الجاذبية السطحية تتناسب عكسياً مع الكتلة. تبلغ حوالي 379,000 ضعف جاذبية الأرض.
أمثلة محسوبة
قيم مُدخَلة ونتيجة محسوبة فعليًا بواسطة جاذبية سطح الثقب الأسود.
قيم مُدخَلة قياسية
- كتلة (kg)
- 50
قيم مُدخَلة مرتفعة
- كتلة (kg)
- 85
قيم مُدخَلة منخفضة
- كتلة (kg)
- 10