عند دراسة دورة مدرسية في الفيزياء ، فإن موضوعًا مهمًا في قسم الميكانيكا هو قانون الجاذبية الكونية. في هذه المقالة ، سوف نلقي نظرة فاحصة على ماهيتها ، ومع الصيغة الرياضية الموصوفة ، ونقدم أيضًا أمثلة على قوة الجاذبية في الحياة اليومية للإنسان وعلى نطاق كوني.
من اكتشف قانون الجاذبية
قبل إعطاء أمثلة على قوة الجاذبية ، دعنا نصف بإيجاز من الذي له الفضل في اكتشافها.
منذ العصور القديمة ، لاحظ الناس النجوم والكواكب وعرفوا أنها تتحرك في مسارات معينة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أي شخص ليس لديه معرفة خاصة يفهم أنه بغض النظر عن مدى ارتفاعه وحجره أو أي شيء آخر ، فإنه دائمًا ما يسقط على الأرض. لكن لا أحد من الناس قد خمّن حتى أن العمليات على الأرض والأجرام السماوية تخضع لنفس القانون الطبيعي.
في عام 1687 ، نشر السير إسحاق نيوتن عملاً علميًا أوجز فيه أولاً الرياضياتصياغة قانون الجاذبية الكونية. بالطبع ، لم يتوصل نيوتن بشكل مستقل إلى هذه الصيغة ، التي اعترف بها شخصيًا. استخدم بعض أفكار معاصريه (على سبيل المثال ، وجود تناسب عكسي مع مربع مسافة قوة الجذب بين الأجسام) ، وكذلك الخبرة التجريبية المتراكمة على مسارات الكواكب (كبلر الثلاثة القوانين). أظهرت عبقرية نيوتن نفسها في حقيقة أنه بعد تحليل كل الخبرات المتاحة ، تمكن العالم من صياغتها في شكل نظرية متماسكة وقابلة للتطبيق عمليًا.
صيغة الجاذبية
يمكن صياغة قانون الجاذبية الكونية بإيجاز على النحو التالي: توجد بين جميع الأجسام في الكون قوة جذب تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين مراكز كتلتها وتتناسب طرديًا مع الناتج من جماهير الجثث نفسها. بالنسبة لجسمتين كتلتهما m1و m2، اللذان يقعان على مسافة r من بعضهما البعض ، سيتم كتابة القانون قيد الدراسة على النحو التالي:
F=Gm1 m2/ r2.
هنا G هو ثابت الجاذبية.
يمكن حساب قوة الجذب باستخدام هذه الصيغة في جميع الحالات ، إذا كانت المسافات بين الأجسام كبيرة بما يكفي مقارنة بأحجامها. خلاف ذلك ، وكذلك في ظروف الجاذبية القوية بالقرب من الأجسام الفضائية الضخمة (النجوم النيوترونية ، الثقوب السوداء) ، يجب على المرء أن يستخدم نظرية النسبية التي طورها أينشتاين. هذا الأخير يعتبر الجاذبية نتيجة لتشويه الزمكان. في قانون نيوتن الكلاسيكيالجاذبية هي نتيجة تفاعل الأجسام مع بعض مجالات الطاقة ، مثل المجالات الكهربائية أو المغناطيسية.
مظهر الجاذبية: أمثلة من الحياة اليومية
أولاً ، على سبيل المثال ، يمكننا تسمية أي أجسام ساقطة من ارتفاع معين. على سبيل المثال ، ورقة شجر أو تفاحة شهيرة من شجرة ، سقوط حجر ، قطرات مطر ، انهيارات أرضية جبلية وانهيارات أرضية. في كل هذه الحالات تميل الأجسام إلى مركز كوكبنا
ثانيًا ، عندما يطلب المعلم من الطلاب "إعطاء أمثلة على الجاذبية" ، يجب أن يتذكروا أيضًا أن جميع الأجسام لها وزن. عندما يكون الهاتف على الطاولة أو عندما يزن الشخص على الميزان ، في هذه الحالات يضغط الجسم على الدعامة. وزن الجسم هو مثال حي لمظهر من مظاهر قوة الجاذبية ، والتي ، جنبًا إلى جنب مع رد فعل الدعم ، تشكل زوجًا من القوى التي توازن بعضها البعض.
إذا تم استخدام الصيغة من الفقرة السابقة للظروف الأرضية (استبدل كتلة الكوكب ونصف قطره بداخله) ، فيمكن الحصول على التعبير التالي:
F=مز
هو الذي يستخدم في حل مشاكل الجاذبية. هنا g هي التسارع الممنوح لجميع الأجسام ، بغض النظر عن كتلتها ، في السقوط الحر. إذا لم تكن هناك مقاومة للهواء ، فسوف يسقط حجر ثقيل وريشة خفيفة في نفس الوقت من نفس الارتفاع.
الجاذبية في الكون
يعلم الجميع أن الأرض ، إلى جانب الكواكب الأخرى ، تدور حول الشمس. في المقابل ، الشمس ، فييدور أحد أذرع المجرة الحلزونية مجرة درب التبانة مع مئات الملايين من النجوم حول مركزها. المجرات نفسها تقترب أيضًا من بعضها البعض في ما يسمى بالعناقيد المحلية. إذا عدنا إلى الوراء على مقياس ، فعلينا أن نتذكر الأقمار الصناعية التي تدور حول كواكبها ، الكويكبات التي تسقط على هذه الكواكب أو تطير بالقرب منها. يمكن تذكر كل هذه الحالات إذا سأل المعلم الطلاب: "أعط أمثلة على قوة الجاذبية."
لاحظ أنه في العقود الأخيرة ، أصبحت مسألة القوة الرئيسية على النطاق الكوني موضع تساؤل. في الفضاء المحلي ، إنها بلا شك قوة الجاذبية. ومع ذلك ، بالنظر إلى المشكلة على مستوى المجرة ، تلعب قوة أخرى ، غير معروفة حتى الآن ، مرتبطة بالمادة المظلمة. يتجلى الأخير على أنه مضاد للجاذبية.
