المحتوى
- قوة الجاذبية
- التسارع الناتج عن الجاذبية
- مثال مع الجاذبية
- قانون نيوتن العالمي للجاذبية
- مثال على قانون الجاذبية العالمي لنيوتن
- ألبرت أينشتاين نظرية النسبية العامة
- الجاذبية مهمة
قد يواجه طالب الفيزياء خطورة في الفيزياء بطريقتين مختلفتين: التسارع الناتج عن الجاذبية على الأرض أو الأجرام السماوية الأخرى ، أو كقوة جذب بين أي جسمين في الكون. في الواقع الجاذبية هي واحدة من أهم القوى الأساسية في الطبيعة.
وضع السيد إسحاق نيوتن قوانين لوصف الاثنين. قانون نيوتن الثاني (Fشبكة = م) ينطبق على أي قوة صافية تتصرف على جسم ، بما في ذلك قوة الجاذبية التي يعيشها في لغة أي جسم كبير ، مثل الكوكب. يفسر قانون نيوتن للجاذبية العالمية ، وهو قانون التربيع العكسي ، الشد والجاذبية بين أي جسمين.
قوة الجاذبية
يتم توجيه قوة الجاذبية التي يتعرض لها جسم ما داخل حقل الجاذبية دائمًا نحو مركز الكتلة التي تولد الحقل ، مثل مركز الأرض. في غياب أي قوى أخرى ، يمكن وصفه باستخدام العلاقة النيوتونية Fشبكة = م، أين Fشبكة هي قوة الجاذبية في نيوتن (N) ، م هي الكتلة بالكيلوغرام (كجم) و أ هو التسارع بسبب الجاذبية في م / ث2.
أي كائنات داخل حقل الجاذبية ، مثل كل الصخور على سطح المريخ ، تواجه نفس الشيء تسارع نحو مركز الميدان يتصرف على جماهيرهم. وبالتالي ، فإن العامل الوحيد الذي يغير قوة الجاذبية التي تشعر بها الأجسام المختلفة على الكوكب نفسه هو كتلته: كلما زادت الكتلة ، زادت قوة الجاذبية والعكس بالعكس.
قوة الجاذبية يكون وزنه في الفيزياء ، رغم أن الوزن العامي غالبا ما يستخدم بشكل مختلف.
التسارع الناتج عن الجاذبية
قانون نيوتن الثاني ، Fشبكة = م، يدل على أن صافي القوة يسبب كتلة لتسريع. إذا كانت القوة الصافية من الجاذبية ، فإن هذا التسارع يسمى التسارع بسبب الجاذبية ؛ بالنسبة للكائنات القريبة من الأجسام الكبيرة مثل الكواكب ، يكون هذا التسارع ثابتًا تقريبًا ، مما يعني أن جميع الكائنات تسقط بنفس التسارع.
بالقرب من سطح الأرض ، يُعطى هذا الثابت متغيره الخاص: ز. "ليتل ز" ، كما ز غالبا ما يسمى ، دائما قيمة ثابتة من 9.8 م / ث2. (عبارة "g الصغيرة" تميز هذا الثابت عن ثابت الجاذبية المهم الآخر ، Gأو "G كبيرة" ، والتي تنطبق على القانون العالمي للجاذبية.) أي جسم يسقط بالقرب من سطح الأرض سوف يسقط باتجاه مركز الأرض بمعدل متزايد ، كل ثانية تسير 9.8 م / ث أسرع من الثاني من قبل.
على الأرض ، قوة الجاذبية على كائن من الكتلة م يكون:
Fالمرق = ملغ
مثال مع الجاذبية
يصل رواد الفضاء إلى كوكب بعيد ويجدون أن رفع الأجسام هناك ثمانية أضعاف ما يتطلبه الأمر على الأرض. ما هو التسارع بسبب الجاذبية على هذا الكوكب؟
على هذا الكوكب قوة الجاذبية أكبر ثماني مرات. بما أن كتل الكائنات هي خاصية أساسية لتلك الأشياء ، فإنها لا يمكن أن تتغير ، وهذا يعني قيمة ز يجب أن يكون أكبر ثماني مرات:
8Fالمرق = م (8 جم)
قيمة ال ز على الأرض 9.8 م / ث2، لذلك 8 × 9.8 م / ث2 = 78.4 م / ث2.
قانون نيوتن العالمي للجاذبية
نجم قانون نيوتن الثاني الذي ينطبق على فهم الجاذبية في الفيزياء عن حيرة نيوتن في اكتشافات أخرى لعلماء الفيزياء. كان يحاول شرح سبب وجود كواكب للأنظمة الشمسية في مدارات بيضاوية بدلاً من مدارات دائرية ، كما لوحظ ووصفها يوهانس كيبلر في مجموعته من القوانين التي تحمل اسمًا.
قرر نيوتن أن عوامل الجذب الجاذبية بين الكواكب لأنها تقترب وأبعد من بعضها البعض كانت تلعب في حركة الكواكب. كانت هذه الكواكب في الواقع في السقوط الحر. وقال انه كميا هذا الجذب في بلده القانون العالمي للجاذبية:
F_ {المرق} = G فارك {m_1m_2} {ص ^ 2}أين Fالمرق _again هي قوة الجاذبية في نيوتن (N) ، _m1 و م2 هي كتل الأجسام الأولى والثانية ، على التوالي ، بالكيلوغرام (كجم) (على سبيل المثال ، كتلة الأرض وكتلة الكائن بالقرب من الأرض) ، و د2 هو مربع المسافة بينهما بالأمتار (م).
المتغير G، يسمى "G كبير" ، هو ثابت الجاذبية العالمي. هذا له نفس القيمة في كل مكان في الكون. لم يكتشف نيوتن قيمة جي (وجدها هنري كافنديش تجريبياً بعد وفاة نيوتن) ، لكنه وجد أن نسبة القوة إلى الكتلة والمسافة دون ذلك.
تظهر المعادلة علاقتين مهمتين:
ومن المعروف أيضا أن نظرية نيوتن باسم قانون التربيع العكسي بسبب النقطة الثانية أعلاه. هذا ما يفسر سبب انجذاب الجاذبية بين كائنين بسرعة عند انفصالهما ، بسرعة أكبر بكثير من تغيير كتلة أحدهما أو كليهما.
مثال على قانون الجاذبية العالمي لنيوتن
ما هي قوة الانجذاب بين مذنب يبلغ وزنه 8000 كيلو متر يبعد 70.000 متر عن مذنب 200 كجم؟
تبدأ {محاذاة} F_ {grav} & = 6.674 × 10 ^ {- 11} frac {m ^ 3} {kgs ^ 2} ( dfrac {8،000 kg × 200 kg} {70،000 ^ 2}) & = 2.18 × 10 ^ {- 14} end {محاذاة}ألبرت أينشتاين نظرية النسبية العامة
قام نيوتن بعمل مذهل يتنبأ بحركة الأشياء وتحديد قوة الجاذبية في القرن السابع عشر. لكن بعد حوالي 300 عام ، تحدى هذا التفكير العظيم - ألبرت أينشتاين - هذا التفكير بطريقة جديدة وطريقة أكثر دقة لفهم الجاذبية.
وفقا لأينشتاين ، الجاذبية هي تشويه لل الزمكان، نسيج الكون نفسه. مساحة الاعوجاج الشامل ، مثل كرة البولينج ، تنشئ مسافة بادئة على ورقة السرير ، والكائنات الضخمة مثل النجوم أو الثقوب السوداء تشوه الاعوجاج مع التأثيرات التي يمكن ملاحظتها بسهولة في التلسكوب - ثني الضوء أو تغيير حركة الأشياء القريبة من تلك الكتل .
أثبتت نظرية أينشتاين للنسبية العامة نفسها عن طريق شرح سبب وجود عطارد له الكوكب الصغير الأقرب إلى الشمس في نظامنا الشمسي ، وهو مدار به فرق قابل للقياس عن ما تنبأت به قوانين نيوتن.
في حين أن النسبية العامة أكثر دقة في تفسير الجاذبية من قوانين نيوتن ، إلا أن الاختلاف في العمليات الحسابية التي تستخدم إما ملحوظ في معظمه فقط على المقاييس "النسبية" - النظر إلى الأجسام الضخمة للغاية في الكون ، أو السرعات القريبة من الضوء. لذلك تظل قوانين نيوتن مفيدة ومناسبة اليوم في وصف العديد من مواقف العالم الواقعي التي يحتمل أن يواجهها الإنسان العادي.
الجاذبية مهمة
الجزء "العالمي" من قانون الجاذبية العالمي لنيوتن ليس قطعي. ينطبق هذا القانون على كل شيء في الكون مع كتلة! أي جزيئات اثنين تجذب بعضها البعض ، وكذلك أي مجرتين. بطبيعة الحال ، على مسافات كبيرة بما فيه الكفاية ، يصبح جاذبية صغيرة بحيث تكون فعالة الصفر.
بالنظر إلى مدى أهمية الجاذبية لوصف كيف يتفاعل كل شيءتعاريف اللغة الإنجليزية العامية الجاذبية (وفقًا لأكسفورد: "أهمية بالغة أو مزعجة ؛ خطورة") أو الوقار ("كرامة أو جدية أو جدية الطريقة") تأخذ أهمية إضافية. ومع ذلك ، عندما يشير شخص ما إلى "خطورة الموقف" ، قد يحتاج الفيزيائي إلى توضيح: هل يعني من ناحية G أو القليل g؟