أثناء مناقشتنا للجاذبية الأرضية وعجلة الجاذبية الأرضية، نتذكر قوانين نيوتن التي وضعت نظرية الجاذبية الأرضية ووضحت دور الجاذبية الأرضية واستخداماتها وتأثيرها على الأوزان والكتل والقوة.
وليس لها دخل في العديد من المسائل المتعلقة بالفيزياء، وقد اهتم العديد من الباحثين والعلماء بدراسة جاذبية الأرض لمعرفة خصائصها واستخداماتها ومميزاتها.
ما هي عجلة الجاذبية الأرضية؟
القوة الجاذبية الأرضية هي القوة التي تنشأ عن جاذبية الأرض. بدون مراعاة مقاومة الهواء، يكون لتسارع الأجسام في مجال الجاذبية الأرضية نفس المعدل بناء على بعدها عن مركز الأرض.
وهي أيضا قدر تغير السرعة بالنسبة للزمن، أي أنه في حالة زيادة سرعة الجسم، وهو ما يعرف بالتسارع، تزداد سرعته، وفي الحالة الأخرى عندما تتناقص سرعة الجسم أو تبطئ، تقل سرعته.
يتم قياس سرعة العجلة بالمتر في الثانية المربعة، وتتغير سرعة الأجسام نتيجة تأثير قوة خارجية، وتندرج بعض القوانين التي تحكم عجلة الجاذبية الأرضية وهي كما يلي:
- القانون الأول: تظل جميع الأجسام في حالة سكون أو حركة بسرعة ثابتة على خط مستقيم، مالم تتأثر بقوة خارجية.
- القانون الثاني: تتناسب التغير في السرعة أو العجلة بشكل متناسب مع القوة المؤثرة على الجسم.
- تتناسب محصلة القوى عكسيا مع كتلة الجسم.
- القانون الثالث: عند تلامس جسمين، تنشأ قوة تأثير بينهما، وتسمى هذه القوة بفعل ورد الفعل، وتكون متساوية في القوة ومعاكسة في الاتجاه، وبمعنى آخر، لكل فعل رد فعل متساو في القوة ومعاكس في الاتجاه.
شاهد أيضًا: قوانين الفيزياء بالرموز
ما هي الجاذبية الأرضية
تعتبر الجاذبية الأرضية هي سبب استمرارية كوكب الأرض.
وتعرف بأنها التسارع الذي يمنحه الأرض للأجسام على سطحها أو بالقرب منها.
الجاذبية هي قوة الأرض التي تجذب الأجسام نحوها، وتختلف قوة الجاذبية الأرضية بناء على الوزن والكتلة والمسافة عن الأرض.
هناك علاقة تربط بين وزن الجسم وكتلة الجسم.
وبين تسارع الجاذبية هذا وذاك، يمكن أن يتم التعبير عن الوزن بدلا من الكتلة.
ومن الممكن أن يتأثر هذا الوزن بسبب دوران الأرض حول نفسها بتغيرات في معدلات الجاذبية والقوة الطاردة المركزية.
للجاذبية الأرضية أهمية خاصة؛ فهي المسؤولة عن الاحتفاظ بالغلاف الجوي اللازم لبقاء الغازات على سطح كوكب الأرض.
من بين أهم المواد اللازمة الأكسجين للتنفس، وهو أيضا ضروري للحفاظ على دفء الشمس بعد غيابها.
الجاذبية الأرضية هي التي تحتجز القمر وتجعله يدور في مدار ثابت حول الأرض.
وتلعب قوة الجاذبية الأرضية دورا كبيرا في عمليات المد والجزر بسبب جاذبيتها للقمر.
وهو ما يساعد على حدوث هذه الظاهرة الطبيعية.
الجاذبية الأرضية ليست خاصية تميز الأرض ذاتها، بل هي خاصية تتواجد في الأشياء التي تمتلك كتلة.
لولا الجاذبية الأرضية، لما تشكل الكون، إذ هي التي جمعت الجسيمات في بداية نشأة الكون.
لعب دورا في تشكيل النجوم والأجرام السماوية.
استخدام العجلة كبيان للقوة
تعبر القوة بواسطة قيمة العجلة التي يتعرض لها الجسم كنسبة من قوة الجاذبية الأرضية، مثل تطبيق السقوط الحر.
يتعلق بالقوة والكتلة، مثل صعود الصاروخ أو الوقوف على سطح مائل أو المشي في مسار منحني، حيث تتغير القوة بتغير الكتلة.
على سبيل المثال، عندما يكون السيارة متوقفة على طريق مائل، فإن قوة الميل أو الانحناء ليست قوة مطبقة بالمقدار النسبي للسيارة.
وهذا ينطبق على السيارة بغض النظر عن وزنها، حيث تقف السيارة على هذه المنحنى، ويكون مقدار القوة الفعلية مساويا لمقدار قوة العجلة مضروبا في وزن الجسم.
تعتمد قدرة الإنسان على تحمل تأثير القوة على مقدارها ومدتها واتجاهها ومكان تأثيرها.
تؤثر قوة الجسم على طياري الطائرات المقاتلة وتظهر وضعيتهم.
شاهد أيضًا: بحث عن أهمية الجاذبية الأرضية للإنسان
نيوتن والجاذبية الأرضية
إن العالم إسحاق نيوتن له العديد من المساهمات في دراسة الفيزياء.
وأحد أهم إسهاماته هو ما يعرف بـ قانون الجذب العام، والذي وضع لدراسة جاذبية الأرض.
وقانون الجاذبية الأرضية هو (القوة=الكتلة× التسارع).
وهي تشير إلى أنه إذا كانت الحركة عمودية على سطح الأرض، فإن التسارع يكون ثابتا في قيمته.
وفي هذه الحالة، يكون مقدار القوة مساويا لوزن الجسم.
التسارع ليس ثابتا في كل مكان، بل يختلف حسب الموقع، مثل الارتفاع.
لذلك عند مقارنة كتلتين مختلفتين، يجب مقارنتهما على نفس المستوى الرأسي.
أي نفس الارتفاع عن سطح الأرض.
وكما ذكرنا، يسهم قانون الجذب العام في هذا العالم.
وهذا يعني أن هناك قوة جاذبية تعمل بين كل جسمين في الكون.
تتناسب تناسبا مباشرا مع ضربة الكتلتين وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة بينهما.
ويشار في الغالب إلى هذا القانون بقانون التربيع العكسي لنيوتن.
لأن القوة فيه تتناسب عكسيا مع مربع المسافة بين الجسمين، ويمكن أيضا كتابة هذا القانون رياضيا.
الأثار الإيجابية للجاذبية الأرضية
تحمل الجاذبية الأرضية العديد من الفوائد والتأثيرات الإيجابية، حيث تلعب القوة دورا هاما ورئيسيا في حياة الإنسان.
تعد الجاذبية الأرضية من أساسيات الحياة، وسنستعرض أهم فوائد وتأثيرات الجاذبية الأرضية الإيجابية:
- تحافظ الجاذبية الأرضية على استقرار الأجسام في أماكنها.
- تساهم في الحفاظ على بقاء الإنسان والكائنات الحية الأخرى على سطح الكوكب.
- تسمح جاذبية الأرض لكوكب الأرض بالحفاظ على الغلاف الجوي.
- والذي لا يقل أهمية عن الجاذبية الأرضية.
- فهو يحافظ على وجود الغازات على سطح الأرض ويحافظ على درجة حرارة الجو.
- تحافظ عمل العضلات والعظام.
- تسمح بهطول الأمطار على الأرض.
- تزيد الجاذبية الأرضية من تكوين النباتات وإنتاج الكالسيوم.
- تؤثر الجاذبية الأرضية في تدفق السوائل.
الأثار السلبية للجاذبية الأرضية
على الرغم من الآثار الإيجابية المتعددة للجاذبية الأرضية.
ومع ذلك، هناك العديد من السلبيات التي ليست حقيقية بل هي أمنيات، وتتمثل فيما يلي:
- تسهم في إبقاء الإنسان على كوكب الأرض.
- وبالتالي يكون من الصعب عليه السفر إلى الفضاء الخارجي، إلا بواسطة مركبات وأدوات مكلفة جدا.
- تجعل سقوط الإنسان على الأرض وإيذاء نفسه أمرا ممكنا.
- يسمح بجذب الأجسام المتكسرة من الفضاء الخارجي والكواكب إلى الغلاف الجوي للأرض.
- يجعل صناعة السيارات الجوية أمرًا صعبًا.
- تؤثر على الهيكل العظمي مع تقدم العمر.
عوامل الجاذبية الأرضية
يمكن استخدام تعريف قوة الجذب الأرضية لمعرفة بعض العوامل التي تعتمد عليها وقد تؤثر فيها.
حيث تعتبر كتلة الجسم والمسافة بين مراكز الأجسام، بالإضافة إلى شكلها، من العوامل الأساسية التي تؤثر في قوة الجاذبية الأرضية وقيمتها.
نظرا للعلاقة بين الارتفاع والجاذبية الأرضية، فهي تتبع علاقة طردية.
كلما ارتفعت الارتفاعات، قلت الجاذبية الأرضية، وبالتالي يقل وزن الجسم كلما زاد ارتفاعه عن سطح الأرض.
ويوجد علاقة بين الجاذبية الأرضية والمسافة، حيث تتناسب قيمة القوة الجاذبية عكسيا مع مربع المسافة الواقع بين الجسمين المنجذبين.
هناك علاقة عكسية بين الجاذبية والكتلة، حيث تزداد كتلة الأجسام بزيادة الجاذبية.
شاهد أيضًا: قطر الكرة الأرضية عند القطبين
تعرفنا على مفهوم وعجلة الجاذبية الأرضية، وعواملها المؤثرة مثل المسافة والكتلة والوزن.
وأهمية إسحاق نيوتن في الجاذبية الأرضية ووضع قانون الجاذبية الأرضية وقانون الجذب العام، وأهمية هذه العوامل للجاذبية.
