الجاذبية الأرضية

الجاذبية الأرضية


المقدمة:
إذا حملت طوبة وتركت فسوف تسقط على الأرض ، فما الذي يؤدي إلى هذا السقوط ؟ إن الطوبة كغيرها من الأشياء لا تتحرك جانبيا ما لم تدفع أو تجر كما إنها لا تتحرك إلى أعلى ما لم تقذف أو تسحب في ذلك الاتجاه . فحقيقة كون جميع الأشياء تسقط يعني أنه لا بد من وجود قوة ما تجذبها إلى الأرض . وبالاستطاعة الإحساس بهذه القوة إذا حمل جسم أو إذا تم رفعه عن الأرض فهذه القوة تسمى الوزن .

العرض:
كان إسحاق نيوتن أول من اكتشف أسرار سقوط الأجسام وثقلها وعلاقة جاذبية الأرض بذلك . ويقال إنه بينما كان نيوتن جالسا في حديقة أمه رأى تفاحة تسقط من شجرة . فأخذ يفكر في السبب الذي يجعل التفاحة تسقط على هذا الشكل . وفسر ذلك بأن كلا من الأرض والتفاحة يتجاذبان فيما بينهما . فالأرض تجذب التفاحة والتفاحة تجذب الأرض . لكن ضخامة الأرض الهائلة تجعلها لا تتأثر بجذب التفاحة لها ، بينما التفاحة تنجذب أي تسقط نحو الأرض . إن هذه القوة الجاذبة للأجسام تسمى الجاذبية الأرضية . وهي القوة التي تشد جميع الأجسام إلى سطح الأرض وتؤدي بالتالي إلى أن يكون لها وزن .

ولقد تحقق نيوتن أيضا من أن قوة الجاذبية الأرضية تتناقص بابتعاد الجسم عن الأرض . فالشخص في طائرة أو منطاد عال لا يزن بقدر ما يزن على الأرض لأن شدة الجاذبية الأرضية له تكون أضعف . ونحن عادة لا نلاحظ هذا الفرق في الوزن لضآلته في مثل هذه الحال .

ويلاحظ رواد الفضاء أن شدة الجاذبية الأرضية تضعف تدريجيا بارتفاعهم في الفضاء . حتى إن أولئك الرواد الذين يذهبون بعيدا جدا في الفضاء يعيشون فترات تطول أو تقصر داخل كبسولتهم الفضائية في حالة انعدام الوزن . ويعود السبب في ذلك جزئيا إلى قلة تأثير الجاذبية الأرضية عليهم ليبعدهم عن الأرض .

عندما تنطلق مركبة فضائية من الأرض إلى القمر تخرج تدريجيا من مجال جاذبية الأرض لتدخل جاذبية القمر ، حيث الجاذبية أضعف بحوالي 6 مرات . فالرجل الذي يزن 72 كيلوغراما على سطح الأرض لا يزن أكثر من 12 كيلوغراما على سطح القمر . وهذا ما يمكنه من رمي الأجسام إلى مسافة أبعد ومن القفز إلى علو أكبر .

ويتعلق وزن الأجسام أيضا بعاملين أساسيين هما حجم الجسم ونوع المادة التي يتألف منها .
إذا تم حمل كرة الكريكيت باحدى اليدين وتفاحة من الحجم نفسه باليد الأخرى ، يلاحظ أن كرة الكريكيت أثقل . ويعود ذلك إلى أن المادة في كرة الكريكيت أكثر تراصا وأشد تماسكا من مادة التفاحة . ويعبر الفيزيائيون عن ذلك بقولهم إن لكرة الكريكيت كثافة أعلى من كثافة التفاحة ، وإن الرصاص أعلى كثافة من الريش .

إن الكمية الكلية للمادة في أي جسم تسمى الكتلة وعليه فإنه يمكن القول بأن كتلة كرة الكريكيت أكبر من كتلة التفاحة بالرغم من أن لهما نفس الحجم تقريبا . كذلك تساوي الكتلة في لغز الريش والرصاص لكن حجم كومة الريش أكبر بكثير طبعا من حجم قطعة الرصاص .

القوة والعطالة

من المعلوم أن الأجسام الساكنة لا تبدأ بالتحرك من تلقاء نفسها ، فكرة القدم مثلا لا تتحرك ما لم ترفس . أي أن الأجسام التي هي في حالة سكون تبدو وكأنها تميل إلى البقاء في هذا الوضع .

وأحد أحد الأمثلة عليها عندما يقوم أحد لاعبي الخفة بسحب غطاء الطاولة دون أن تتحرك الصحون والأغراض الموضوعة فوقه ودون أن يختل نظامها .

هناك أمثلة أخرى تبين ميل الأجسام للاحتفاظ بوضع الحركة أو السكون الذي هي فيه . فعند إقلاع السيارة نحو الأمام مثلا ، يلاحظ أن الركاب يرتدون نحو الخلف لأن أجسامهم الساكنة تميل إلى البقاء في وضعها . وكذلك عند توقف السيارة فجأة فإن الركاب يندفعون نحو الأمام لأن أجسامهم تميل إلى الاستمرار في الحركة بينما السيارة قد توقفت .

ويمكن القول بشكل عام إن الأجسام الساكنة تميل إلى البقاء ساكنة كما إن الأجسام المتحركة تميل إلى الاستمرار في حالة الحركة . وهذا الميل إلى الاستمرار في حالة السكون أو حالة الحركة يسمى العطالة أو القصور الذاتي . والعطالة تزداد بازدياد الكتلة ، فعربة الشاي الفارغة مثلا يسهل إيقافها أو تحريكها ، أما إذا حملت بأجسام ثقيلة فإن عطالتها تزيد ويصعب بالتالي تحريكها أو توقيفها لأن كتلتها قد زادت .

ولكي يوقف جسم متحرك أو يحرك جسم ساكن يتم دفعه أو سحبه ، وعمليتا الشد والدفع هما نوع من القوة . وحين يقرب قطبي مغناطيسين من بعضهما فإنه يحس بتجاذبهما أو تنافرهما كما يشعر بقوة معاكسة حين يعكس وضع أحد المغنطيسين . وهذا التجاذب أو التنافر هو أيضا مثل على القوة .

إن تحريك الجسم الساكن أو إبطاء حركة الجسم المتحرك يتطلب قوة ، أي أن القوة ضرورية لمقاومة العطالة .

لقد أوجز السير إسحاق نيوتن العلاقة بين القوة والحركة والعطالة ، حيث قال : كل جسم ساكن يبقى ساكنا وكل جسم متحرك يبقى متحركا ما لم تؤثر فيه قوة تغير وضعه.

فالطلقة النارية المندفعة من بندقية تتباطأ سرعتها تدريجيا بفعل مقاومة الهواء حتى تسقط على الأرض . فلو انعدم وجود الهواء ، كما هي الحال في الفضاء الخارجي ، لتابعت الرصاصة سيرها دون توقف . وهذا يفسر كيف تستطيع السفينة الفضائية التحرك عبر الفضاء خارج الجو الأرضي دون وقود . أما الصواريخ التي تحملها السفينة فإنها تستخدم فقط لتبطئة السرعة أن لزيادتها أو لتغيير اتجاهها.

الخاتمة:
وهكذا نرى أن القوة تسبب تغير سرعة الجسم . وقد ألمح نيوتن أيضا إلى أن مقدار هذا التغير يعتمد على شدة القوة المؤثرة .