قانون الجاذبية الأرضية
قانون نيوتن للجاذبية الكونية، ويطلق عليه أحيانًا قانون التربيع العكسي.
نص القانون:
“تجذب كل كتلتين في الكون بعضهما البعض بقوة تتناسب طرديًا مع ناتج كتلتيهما وعكسيًا مع مربع المسافة بين مركزي الكتلتين.”
وهو قانون استنتاجي، بمعنى أن هناك قوة جذب بين أي جسمين في الكون تتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما وبين ناتج كتلتيهما بشكل مباشر.
الصيغة الرياضية لقانون الجذب:
= G frac {m_1 m_2} {r ^ 2} أو
FG = Gm1m2 / r2
بينما:
G هو ثابت الجاذبية العام، و m_1 هو أول رمز لكتلة الجسم (عادةً بالكيلوجرام). m_2 هو الرمز الثاني لكتلة الجسم (عادة بالكيلوجرام). F هو رمز القوة الناتجة عن الجاذبية. r هو رمز لمقدار المسافة بين كائنين (المسافة عادة بالوحدات المترية).
العلاقة بين الوزن والكتلة
مفهوم الوزن والكتلة مختلط، ويتبادلان بينهما، لكن هناك فرق كبير. الكتلة: هي كمية المادة التي يتكون منها الجسم. الوزن: هو تفاعل وتأثير الجاذبية على هذه الكتل. أي أن الوزن هو مقدار القوة التي تؤثر على جسم بسبب الكتلة. والعلاقة الرياضية بينهما W = m ∗ g. الوزن دبليو. م هي الكتلة. ز الجاذبية. عند مقارنة الوزن والكتلة على سطح الأرض، لا تجد فرقًا بينهما، ولكن كلما ابتعدنا عن الأرض، يتناقص الوزن، لكن الكتلة ثابتة. على سبيل المثال، يزن أي شخص على قمة جبل إيفرست أقل من وزنه على شاطئ البحر الميت. وفي عالم الأجرام السماوية، يكون الاختلاف واضحًا بسبب الاختلاف الكبير في الحجم، فمثلاً الجاذبية على كوكب المشتري بسبب كتلته الكبيرة أكبر بـ 316 مرة من الجاذبية على كوكب الأرض.
تاريخ قانون الجاذبية
الأجسام التي كانت على الأرض منذ بداية الخلق / منذ الانفجار العظيم وتتحرك باتجاه الأرض، بغض النظر عن قوة رميها بعيدًا عنها، ولم يهرب أي شخص من تلك القوة ملقاة في الأرض حتى نهاية القرن العشرين مع انطلاق أول مسبار فضائي خارج مجال الجاذبية الأرضية. لكن في التاريخ المكتوب لا يوجد ما يشير إلى تفكير الشخص في سبب سقوط الأجساد نحو الأرض حتى قدم الفيلسوف اليوناني أرسطو المفهوم الأول لهذه القوة العظيمة. ورأى أن الأجسام تنجذب فقط نحو مكانها الطبيعي وأن الأجسام تسقط بسرعة تتناسب مع وزنها، فمثلاً إذا رمى شخصًا بقطعة معدنية وريشة من مكان مرتفع سيسقط قطعة المعدن أولاً لأن من حجمها ووزنها فقط. ولكن بعد ما يقرب من ألفي عام، جاء العالم جاليليو وأجرى تجربة أثبت فيها أن الأجسام تتدحرج بنفس السرعة والتسارع، بغض النظر عن وزنها. كانت تجارب العالم جاليليو وأنماطه القديمة التي طورها كوبرنيكوس (على الأجرام السماوية) هي النواة التي بنى عليها العالم نيوتن نظريته، حيث لاحظ أن حركة الأجسام الصغيرة التي تسقط على الأرض تتبع نفس نمط الحركة الكواكب وبقية الأجساد في السماء. بينما جمع نيوتن قوانين الحركة الثلاثة، التي وضعها بجانب ملاحظاته وتجارب علمائه السابقين، فقد أصدر لنا قانونًا في شكل رياضي يمكن من خلاله تحديد قوة التجاذب بين شيئين.
ثم، في عام 1687، وضع العالم الألماني يوهانس كليبر ثلاثة قوانين تتنبأ بحركة الأجرام السماوية (لم يكن يعرف سوى خمسة منها). لقد درسها بالملاحظة والتوقع والتجريب فقط، لكن لم يكن لديه نموذج نظري.
ثم جاء العالم العظيم أينشتاين الذي جمع كل النظريات وطور لنا نظرية النسبية العامة، والتي تشرح العلاقة بين المادة والحركة، أي أن سرعة الأجسام تؤثر على مادتها، أي عندما تتحرك الأجسام ذات الكتلة، يحدث الانحناء الفعلي في نسيج الزمكان، والذي بدوره قادنا إلى حقيقة أنه لا يوجد جسم بكتلة تصل إلى سرعة الضوء، ومن ثم الطبيعة المزدوجة (أشعة / موجات) للضوء وهذا الضوء عديم الكتلة. والذي نتج عنه قانون E = mc²، أي أن حاصل ضرب الكتلة في مربع سرعة الضوء يعادل الطاقة (يمكن تحويل المادة إلى طاقة)، وهو القانون الذي تستند إليه فكرة على أساس القنبلة النووية. لكن مع هذه الأمثلة، عندما تطلب انفجار عظيم لنجم عملاق أن تسود الجاذبية المتولدة من الطاقة المتفجرة على قوة الانفجار، فإن عنصر ما يسمى بالثقب الأسود قادر على ثني نسيج الزمكان و لا شيء يفلت من جاذبيته حتى الضوء، لكن هذه النظرية لا تتفق مع فيزياء الكم، لذلك كانت مجرد مقترح ورقة حتى جاء العالم ستيفن هوكينج الذي التوفيق بينهما.
قصة اكتشاف جاذبية الأرض
يقال أنه في عام 1666، كان العالم إسحاق نيوتن جالسًا تحت شجرة عندما سقطت تفاحة على رأسه من الشجرة، وهنا بدأ يفكر في سبب سقوطها من أعلى إلى أسفل ولم تتجه إلى الأعلى، ولماذا سقطت. عموديًا ظل يفكر حتى وصل إلى أن هناك قوة في الأرض تجذب تفاحة تسقط لأنها تسحب كل شيء نحوها، وبعد حوالي عشرين عامًا من التفكير والبحث، توصل إلى قانون الجذب العالمي.
(قصة جميلة، قد تكون صحيحة أو غير صحيحة، لا دليل على صحتها، مجرد قصص ينقلها العلماء في أروقة قاعات العلم)
العلاقة بين العجلة والجاذبية
الجاذبية: إنها ليست محددة بدقة، إنها فقط القوة التي تفرضها الأرض على الأجسام، الاسم العام لتلك القوة هو الذي يتسبب في سقوط الأشياء، ويتم تطبيقه على جميع الآليات التي تقوم بهذا الفعل. التسارع: بسبب الجاذبية. لذلك فهو أكثر دقة.
أهمية الجاذبية
- يساعد في تحريك القمر في مراحله المعتادة والثابتة، والذي بدوره يوازن الأرض حول محوره كمركز جاذبية خارجي، ويؤدي عملية المد والجزر المهمة للحياة البحرية.
- مهم في توازن الكائنات الحية (في الممالك الحيوانية والنباتية) وقدرتها على القيام بجميع الوظائف الحيوية.
- إنه الذي يحافظ على الغلاف الجوي للأرض في مكانه، مما يسمح للغازات التي تتنفسها جميع الكائنات الحية، ويحافظ على الضغط الجوي المناسب للحياة. إن وجود الغلاف الجوي في مكانه بترتيب الغازات يحفظ الأرض من جميع الأخطار الكامنة في الفضاء الخارجي، على سبيل المثال، وزن غاز الأوزون O₃، الذي تبلغ كتلته 48.00 جم / مول خفيف ؛ لذلك فهو في طليعة الغازات التي تستقبل الأشعة فوق البنفسجية وتمنعها من اختراق الأرض، ولأنه غاز سام لا يتنفس، فهو يؤدي دوره في مكانه على أكمل وجه.
- بسبب جاذبية الأرض، عندما يخترق أي نيزك الغلاف الجوي، يزداد تسارعه بشكل كبير ؛ يزداد احتكاكه بطبقات الهواء، وتحترق معظم الأعداد قبل وصولها إلى الأرض ونراها على شكل سهم لامع يخترق ظلام الليل، ولا تصل الأرض إلا النيازك ذات الأحجام الكبيرة.
- لعبت الجاذبية بشكل عام في تكوين الكون كما يراها الفيزيائيون فيما يعرف بنظرية الانفجار العظيم، حيث بدأ الكون من نقطة حجمها صفر وكتلة لانهائية، ثم حدث الانفجار العظيم، مما أدى إلى حدوث الانفجار العظيم. تسارع توسع الكون بشكل كبير ؛ بمجرد أن تبرد الكون، لعبت الجاذبية دورًا مهمًا في تجميع جزيئات المادة والغبار حول كتل تنمو ببطء لتكوين الكواكب والأقمار والنجوم، وفي نهاية العملية أدت إلى ظهور الكون بالشكل الذي نحن عليه نعرف الآن، لأننا في الواقع مصنوعون من الغبار الكوني بالجاذبية.
الاختلاف يبني قوة الجاذبية الأرضية والجاذبية المغناطيسية
الجاذبية الأرضية والجاذبية المغناطيسية مختلفة تمامًا وليست نفس الشيء. الجاذبية هي القوة التي تنشأ بين أي جسمين بسبب اختلاف الكتلة بينهما، مما يجعل الأشياء كما لو كانت تُجذب نحو الأرض. تعتمد الجاذبية المغناطيسية على الخصائص الكيميائية والفيزيائية المحددة لجسم ما. يمكن للمغناطيس سحب أو دفع الأشياء وفقًا لاتجاه القطب وحركة الإلكترونات التي تحدث داخل المادة. لأن كل إلكترون هو مجرد مغناطيس صغير.
وهكذا تحدثنا عن قانون الجاذبية ونصه والصيغة الرياضية له وتاريخه ومساهمة العلماء في بنيته وأهمية الجاذبية والفرق بينها وبين بعض المفاهيم المتشابكة ونأمل التي ساعدناك بها.