مفهوم الجاذبية

قوة جاذبية الأرض هي القوة التي تمارسها الأرض على الأشياء الموجودة عليها، وتجذبها تجاهها بقوة الجذب لسطح الأرض. أو أن الجاذبية بالمعنى المادي هي التسارع الذي تتحرك به الأجسام على سطح الأرض أو بالقرب منه ؛ وكمية الجاذبية تتناسب مع وزن الجسم، فكلما زاد الوزن، زاد تأثير الجاذبية عليه.

عندما يسقط الجسم بحرية نحو سطح الأرض تحت تأثير جاذبية الأرض، فإن هذا يسمى السقوط الحر.

مفهوم السقوط الحر

وهي تستند إلى الفيزياء الكلاسيكية التي طورها العالم (إسحاق نيوتن) واعتمدت على نظرية “النسبية العامة” التي طورها العالم “ألبرت أينشتاين”، حيث يصف مفهوم السقوط الحر لحركة الأجسام عندما تكون تحت تأثير قوة الجاذبية فقط، وكذلك اتجاه حركة الأجسام لأعلى أو لأسفل.

وإذا كان مجال الجاذبية هو نفسه في أي مكان وفي أي وقت، فإن تأثيره على جميع الأجسام ذات الشكل والوزن المختلف سيكون هو نفسه ويؤثر بشكل متساوٍ على جميع أجزاء الأجسام المتساقطة، مما يجعل جميع الأجسام الساقطة تبدو وكأنها بدون وزن. يتأثر بالجاذبية بنفس المقدار طالما لا توجد قوى أخرى تؤثر على الجسم الساقط، مثل مقاومة الهواء.

أي جسم يسقط نحو سطح الأرض أو حتى من خارج الغلاف الجوي سيتأثر بالسقوط الحر ؛ عندما يسقط المظليون في السماء باستخدام المظلة، فإن هذا لا يعتبر سقوطًا حرًا. *

فيزياء السقوط الحر

إن مفهوم السقوط الحر في علم الميكانيكا وحركة الأجسام هو موضع الجسم الذي يتحرك بحرية دون وجود أي قوة خارجية عليه باستثناء قوة الجاذبية، مثل “حركة الكواكب في مجال جاذبية الشمس “وهو أحد حركات السقوط الحر، وهو في حركته، يتبع المسارات المدارية، وبالتالي تصبح القوة الكلية لجاذبية الشمس للكواكب مساوية للصفر.

وهذا ما يفسر سبب تعرض رواد الفضاء لانعدام الوزن في المركبات الفضائية. بالإضافة إلى ذلك، أوجدت التفسيرات العلمية مفهوم السقوط الحر بأن قوة الجاذبية لا تؤثر على جميع أجزاء الجسم بنفس الدرجة، وأن مركز كتلة الجسم هو الذي يقع في مجال الحرية. تقع فقط وتؤثر فيه.

يخضع باقي الجسم لقوة أخرى، مثل “قوة المد والجزر”. لقد لوحظ أن الأرض حرة لكن القمر يسحبها، لكن تأثير القمر في مركز الأرض ليس هو نفسه تأثيره على سطح الأرض، بالإضافة إلى حقيقة أن المد والجزر تحدث في المحيطات والبحار لأنها ليست في السقوط الحر.

تاريخ اكتشاف السقوط الحر

بدأ البحث عن مفهوم السقوط الحر منذ العصور القديمة. يعتقد العلماء أن سرعة سقوط الأجسام يجب أن تكون متناسبة مع وزن الجسم، وأنها تختلف من جسم إلى آخر.

تحدث الفيلسوف اليوناني أرسطو عن سقوط الجثث في كتابه “الكتاب السابع” في القرن السادس عشر. هذا الكتاب من الكتب القديمة التي تتحدث عن الميكانيكا. في القرن الثاني عشر في العراق قدم أبو البركات البغدادي تفسيرا لـ (تسارع الجاذبية للأجسام المتساقطة). يشرح هذا الكتاب حدوث زيادات متتالية في سرعة الأجسام، وكذلك زيادة القوة، بمعنى أنه يتعارض مع ما جاء به أرسطو.

أكد العالمان “جان بوريدان” و “ألبرت ساكسونيا” في القرن الرابع عشر ما توصل إليه العالم “أبو البركات البغدادي” في تفسيره لتسارع سقوط الأجسام وهو نتيجة تراكم الزخم المتزايد. .

أسقط العالم جاليليو في القرن الخامس عشر جسمين من كتل مختلفة من أعلى برج بيزا المائل بينما لاحظ السرعة التي سيحدث بها السقوط ومتى سيصلان إلى الأرض ؛ إنها من أشهر التجارب الفيزيائية التي تثبت صحة السقوط الحر.

لاحظ جاليليو بتكرار التجربة أنه بغض النظر عن مدى اختلاف كتل الأجسام المتساقطة، فإنها ستصل إلى الأرض في نفس الوقت وكتب مخطوطته غير المنشورة عن حركة الأجسام المتساقطة.

ما الفرق بين السقوط الحر والسرعة النهائية

مفهوم السقوط الحر والمفهوم مفهومان مرتبطان ببعضهما البعض ومتشابهان في المعنى إلى حد ما لأنهما يعتمدان على الوسط الذي يوجد فيه الجسم، سواء كان الجسم في فضاء فارغ مثل “الغلاف الجوي” أو داخل وسط سائل مثل “الماء”.

السرعة النهائية هي أعلى سرعة يمكن أن يحققها الجسم عندما يسقط في الهواء أو في الماء، والتي يصل إليها تدريجيًا. السرعة النهائية هي مجموعة من مجموع القوى التي تؤثر على الجسم، مثل “قوة الجاذبية لأسفل ؛ سحب القوة؛ مساحة الجسم المستعرض، حيث يمكن أن يكون التسارع الناتج صفرًا.

والصيغة الرياضية لقانون السرعة النهائية لتسارع السقوط الحر، والتي تتأثر بالجاذبية التي يمكن أن تصل إلى أعلى سرعة نهائية في حالة السقوط الحر وعندما تكون مساحة الجسم التي تسقط أقل من ما هو ممكن.

تأثير مقاومة الهواء على السقوط الحر

عندما تسقط الأشياء بحرية في الهواء، فإن مقاومة الهواء تؤثر عليها بطريقة أو بأخرى. في معظم القضايا المادية، يتم إهمال حساب مقاومة الهواء، ولكن يجب أن نعرف ما هو مفهوم السقوط الحر، وكذلك كيفية التأثير عليه مع وجود مقاومة الهواء.

من الممكن تعريف مقاومة الهواء كشكل من أشكال قوى الاحتكاك التي تؤثر على الأجسام الساقطة في اتجاه معاكس لاتجاه حركتها.

عندما يسقط الجسم بحرية في الهواء، تسقط الجسيمات الصغيرة في اتجاه معاكس لاتجاه جاذبية الأرض وتمنعه ​​من الوصول إلى سطح الأرض عن طريق إبطاء حركته أو منعه من الوصول إلى أعلى ارتفاع وتحويل طاقة الجسم الحركية إلى طاقة حرارية وفقًا لمبدأ الحفاظ على الطاقة.

وهذا مشابه تمامًا لما يحدث داخل الماء عندما يمشي الشخص داخل الماء ويشعر بضغط من الماء، وكذلك صعوبة الحركة داخل الماء وكأنه ممنوع من الحركة بداخله.

يحدث هذا أيضًا في الهواء، على سبيل المثال، “الأشخاص الذين ينزلون بالمظلات في الهواء يجدون صعوبة ومقاومة والهواء يرفعهم”. ولكن عندما تنظر إلى الكثير من الأسئلة المادية التي أثيرت، في معظم هذه القضايا يتم إهمال مقاومة الهواء عند دراسة السقوط الحر وحركة المقذوفات.

المعادلات الحركية للسقوط الحر

من الممكن حساب سرعة الأجسام داخل مجال السقوط الحر باستخدام المعادلات الفيزيائية للحركة في بعد واحد بعد توضيح مفهوم السقوط الحر وتحويله إلى أجسام تسقط بحرية من خلال استخدام الجاذبية، سواء كانت في الأسفل أو أعلى.

وإذا كانت حركة الأجسام الساقطة في بعدين، فإننا نطلق عليهم مصطلح المقذوفات، وتصبح معادلات الحركة والسقوط الحر كما هو موضح –

معادلة الحركة الأولى

السرعة النهائية = السرعة الابتدائية – التسارع الناتج عن الجاذبية × الوقت

معادلة الحركة الثانية

الموضع النهائي = الموضع المبدئي + (السرعة الابتدائية × الوقت) – (نصف العجلة بسبب الجاذبية × تربيع الوقت)

معادلة الحركة الثالثة

مربع السرعة النهائية = مربع السرعة الابتدائية – (ضعف العجلة بسبب الجاذبية x فرق الإزاحة بين الموضع النهائي g الموضع الأولي)

فمثلا

عند رمي الحجر على أعلى ارتفاع يبلغ 10 أمتار، يتم الحصول على السرعة الأولية التي يجب أن تبدأ حتى يصل الحجر إلى الارتفاع بتطبيق معادلة الحركة الثالثة ؛ وجاذبية الأرض سالب -9.8 لأنها في الاتجاه المعاكس وفرق الإزاحة 10 أمتار، وبالتالي فإن السرعة الابتدائية هي 14 م / ثانية.

أمثلة على السقوط الحر

هناك العديد من الأشياء التي تخضع لمفهوم السقوط الحر والتي تتأثر بالجاذبية فقط مع إهمال مقاومة الهواء والتي تم اكتشافها ورصدها منذ أيام جاليليو ومحاولة شرحها وفق الأسس والنظريات العلمية التي كانت معروفة. فى ذلك التوقيت.

الأمثلة التي يمكن تفسيرها بناءً على مفهوم السقوط الحر هي

مركبة فضائية في الفضاء بدون نظام دفع ؛ رمي الأشياء بشكل مستقيم ؛ إسقاط الأشياء من أعلى البرج بحرية، مثل “الريشة” ؛ الحجارة. “

القفز الحر للأشخاص بدون مظلات لرفعهم بسرعة منخفضة ؛ رائد الفضاء الذي يدور حول الأرض في حالة سقوط حر مستمر ويتحرك في مداره ؛ قم بإسقاط الأشياء باستخدام أنبوب الإسقاط من الجزء العلوي.

الطائرات الطائرة والطيور الطائرة والأشخاص الذين يسقطون من الطائرات باستخدام المظلات فيما يعرف باسم “القفز بالمظلات” كل هذه الأشياء لا تعتبر أمثلة على السقوط الحر.

خاتمة قصيرة عن السقوط الحر

السقوط الحر هو حركة الأجسام عندما تكون تحت تأثير قوة الجاذبية، ويمكن أن يكون اتجاه حركة الأجسام لأعلى أو لأسفل.

نحن نرد على جميع التعليقات