تعتمد قوة الجاذبية بين جسمين على

تعتمد قوة الجاذبية بين جسمين على

الكتلة والمسافة بين الجسمين .

حيث أن قوة الجاذبية هي القوة الأكثر انتشاراً في العالم فهي تعمل على جذب أي جسمين لهما كتلة ففي الفيزياء يوجد أربع قوى أساسية وهي القوة الكهرومغناطيسية والقوة القوي والقوية والقوى الضعيفة وقوة الجاذبية ولحساب قوة الجاذبية يكون من خلال المعادلة: F= GM m/R2 حيث أن F هي قوة الجاذبية وتقاس بنيوتن و G هو ثابت الجاذبية ويساوي (6.67×10^11) وM هي كتلة الجسم وتقاس بالكيلو جرام وm هي كتلة الجسم الآخر وR هي المسافة بين الجسمين وتقاس بالمتر، ونلاحظ أن المسافة (R) مربعة مما يجعل مضاعفة المسافة بين جسمين يقلل قوة الجاذبية بينها إلى الربع أما إذا ضاعفت المسافة بينهما ثلاث مرات فإن قوة الجاذبية تقل إلى تسع ما كانت عليه أما إذا قلت المسافة بين الجسمين إلى النصف فإن قوة الجاذبية تتضاعف بمعامل أربعة.[1]

تعريف قوة الجاذبية

قوة الجاذبية هي

قوة الجذب بين جسمين وهي أضعف قوة معروفة في الكون وهي القوة التي تتحكم في دوران الأجسام في المجموعة الشمسية

. وفي أماكن أخرى من الكون مثل المجرات والنجوم وجميع الأجسام على الأرض لها قوة جاذبية متناسبة مع كتلتها، ولقد قام العالمان نيوتن وأينشتاين بتطوير نظرية الجاذبية حيث اكتشف نيوتن العلاقة بين حركة القمر وحركة الجسم الذي يسقط بحرية على الأرض وافترض نيوتن وجود قوة جذب بين جميع الأجسام وهذه القوة تعمل عن بعد، ومن خلال قانون القصور الذاتي أوضح نيوتن أن الأجسام التي لم تتأثر بالقوة تتحرك بسرعة ثابتة في خط مستقيم وأوضح نيوتن أن القوة التي تمارسها الأرض على القمر ضرورية لإبقائه يتحرك في حركة دائرية بدلاً من أن يتحرك في خط مستقيم، ولقد أوضح نيوتن أيضاً أن ظاهرة المد والجذب هي نتيجة لقوة الجاذبية.[2]

قوة الجاذبية بين الأرض والقمر

يدور القمر حول الأرض في حركة دائرية ولحساب قوة الجاذبية بين الأرض والقمر يكون من المعادلة F = GM m / d2 حيث أن d هي المسافة بين الأرض والقمر أي نصف قطر الدائرة التي يتحرك فيها القمر وتساوي 3.84×10^10سم وM هي كتلة الأرض وتساوي 5.96×1027 كجم وm هي كتلة القمر وتساوي 7.33×1022 وG هو ثابت الجاذبية ويساوي 6.67×1011 إذن قوة الجاذبية بين الأرض والقمر تساوي[ ( 6.67×10^11) × ( 5.96× 10^27) × ( 7.33×10^22)] / ( 3.84 × 10^10) =1.946× 10^20، حيث أن قوة الجاذبية بين الأرض والشمس أقوى بمعدل 175 من قوة الجاذبية بين الأرض والقمر ويحدث المدر والجزر بسبب تأثير قوة الجاذبية بين الأرض والشمس وبين الأرض والقمر.[3]

كيف اكتشف نيوتن الجاذبية

اكتشف نيوتن الجاذبية عندما شاهد سقوط تفاحة وبدأ في التساؤل عن سبب سقوط التفاحة مباشرة وليس للأعلى أو بشكل جانبي ولقد أوضح نيوتن أن القوة التي تجعل التفاحة تسقط هي نفس القوة التي تجعل الكواكب والقمر يدورون في مداراتهم، ولقد أوضح جيريمي جراي مؤرخ الرياضيات في جامعة ميلتون بالمملكة المتحدة أن نظرية نيوتن قد ساعدت في تطوير السفر إلى الفضاء، ولد نيوتن في يناير عام 1643 في قرية صغيرة بانجلترا وكان طفلاً عملياً حيث كان يستمتع ببناء النماذج ومنها قام بعمل طاحونة صغيرة تعمل على طحن الدقيق بواسطة فأرة تعمل في عجلة، ولقد تم قبول نيوتن في جامعة كامبريدج في عام 1661 وعمل أستاذاً للرياضيات بها في عام 1667، وكان اكتشاف الجاذبية جزءاً فقط من اكتشافات نيوتن في العلوم والرياضيات حيث أن اهتمام نيوتن الرئيسي كان في التفاضل والتكامل حيث أحدث تطورات في علم التكامل والذي سيظل أساسياً لعلماء الرياضيات، وأوضح نيوتن سبب الانحراف الضوئي وأن الضوء الأبيض هو مزيج من جميع ألوان قوس قزح ولقد صمم نيوتن تلسكوباً يستخدم المرايا بدلاً من العدسات الخارجية فقط مما سمح بتركيز جميع الألوان على نقطة واحدة مما أدى إلى تكوين صورة أكثر دقة ووضوحاً وفي الوقت الحالي يعد هذا التلسكوب العاكس وتلسكوب هابل من الأساسيات لدراسة علم الفلك، حيث بعد سقوط التفاحة طور نيوتن ثلاث قوانين للحركة وهما:

قانون القصور الذاتي لنيوتن: وأوضح القانون أن كل جسم يستمر في حالة سكون أو في حالة حركة منتظمة في خط مستقيم ما لم تؤثر عليه قوة تغير من تلك الحالة.
قانون نيوتن للفعل ورد الفعل: حيث أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومضاد له في الاتجاه.
قانون نيوتن للتسارغ: حيث أن القوة تساوي الكتلة مضروبة في الحركة بتغيير في الزمن ويعبر عنها بالمعادلة F= ma.

ونشر نيوتن جميع نتائجه في كتاب اسمه المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية وتوفى في عام 1727 أثناء نومه.[4]

أمثلة على قوة الجاذبية

الغازات الموجودة في الشمس متماسكة معاً بفعل الجاذبية.
الجاذبية هي سبب بقاء الماء في الكوب بدلاً من تتطايره لأعلى.
السبب في المد والجزر في المحيط هو قوة الجاذبية بين الأرض والقمر.
الجاذبية هي ما تجعل القمر يدور حول الأرض.
سقوط أي جسم على الأرض يكون بسبب الجاذبية.
الجاذبية تحافظ على دوران الكواكب حول الشمس.
قد ينحني الضوء بفعل الجاذبية.

والجاذبية لها نفس التأثير على كل الأجسام فعند سقوط قضيب من الحديد وريشة فإنهما يسقطان بنفس السرعة وذلك بسبب تأثير مقاومة الهواء على الجاذبية وتم حساب هذه السرعة لتساوي 9.8 متر لكل ثانية، والجاذبية تلعب دوراً رئيسياً في الحفاظ على الحياة على الأرض حيث أنه بسبب قوة الجاذبية بين الشمس والأرض يحتفظ الغلاف الجوي بمكانه مما يوفر لنا الهواء الذي نحتاجه من أجل التنفس والبقاء على قيد الحياة والغلاف الجوي أيضاً يبقينا على مسافة آمنة من الشمس مما يسمح لتا بالاستمتاع بضوء الشمس ودفئها، وأوضح نيوتن أن قوة الجاذبية تتناسب طردياً مع كتل الجسيمات وعكسياً مع مربع المسافة بينهما وأن سبب تجاذب الإنسان للأرض هو الوزن، وتبلغ قوة الجاذبية على القمر حوالي 16% من قوة الجاذبية على الأرض وقوة الجاذبية على كوكب المريخ حوالي 38% من جاذبية الأرض وكوكب المشترى حوالي 2.5 ضعف جاذبية الأرض، ومن الأماكن التي لها جاذبية قوية الثقوب السوداء فحتى الضوء لا يستطيع الهروب منها.[5]

تطبيقات قوة الجاذبية في حياتنا اليومية

من خلال اكتشاف نيوتن للجاذبية قام بتطوير ثلاث قوانين للحركة وهما:

قانون نيوتن الأول للحركة ( قانون القصور الذاتي).
قانون نيوتن الثاني.
قانون نيوتن الثالث.

قانون نيوتن الأول للحركة

(قانون القصور الذاتي)

: والذي ينص على أن الجسم الساكن سيظل في حركة سكون أما الجسم المتحرك فسيبقى في حالة حركة ما لم تؤثر عليه قوة خارجية ولقد تم تطبيق هذا القانون في تفسير سبب استمرار المروحة الكهربائية في التحرك لفترة بعد انقطاع التيار الكهربائي والتراجع للأمام عندما تبدأ السيارة في التوقف وبقاء الكتاب على الطاولة ما لم يتم إزاحته وسبب حركة الطائرة عندما يغير الطيار موضع الخانق.

قانون نيوتن الثاني

: وينص على أنه إذا أثرت قوة على جسم ما فإن الجسم يكتسب تسارعاً يتناسب طردياً مع قوته وعكسياً مع كتلته، ومن تطبيقات هذا القانون في الحياة اليومية تقليل وزن سيارات السباق لزيادة سرعتها عند محاولة دفع كرة لتحريكها.

قانون نيوتن الثالث

: والذي ينص على أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدرا ومضاد له في الاتجاه ومن تطبيقاته اندفاع الغازات من الصاروخ إلى القمة تؤدي إلى زيادة سرعته.[6]