مخزن أكبر مرجع عربي للمواضيع و المقالات

ابحث عن أي موضوع يهمك

سقوط الأجسام نحو الأرض بسبب

بواسطة: نشر في: 11 ديسمبر، 2021
مخزن
سقوط الأجسام نحو الأرض بسبب

توضح العلوم البيولوجية والفيزيائية العديد من الظواهر الطبيعية المذهلة، والتي تم تفسيرها على مر العصور نظرًا لحيرة الإنسان عند التفكير بها، حيث قام العلماء بمحاولة حصرها ضمن قوانين محددة، والعمل على تطويرها مع تقدم التجارب والاستكشافات، ويكثر تساؤل الإنسان عن سقوط الأجسام نحو الأرض بسبب ماذا؟ لذا يقدم لكم موقع مخزن الإجابة بالتفصيل الممل.

سقوط الأجسام نحو الأرض بسبب

عندما ترمي بشيء ما فإنه يسقط إلى الأسفل وحينها تتساءل في ذهنك ما الذي يُفسّر هذا السقوط؟ فكافة الأجسام تتجه إلى مركز الأرض ولا تطير في الهواء؛ كالأجسام على سطح القمر مثلًا.

  • نستنتج من ذلك أن سقوط الأجسام باتجاه الأرض يكون بسبب قوة الجاذبية الأرضية، والسقوط الحر هو إحدى النظريات المفسّرة لذلك.
  • بحسب القوانين الفيزيائية فإن الأجسام تبقى ثابتة على الرغم من أن الكرة الأرضية تدور بصورة مستمرة.
  • يعود السبب في ذلك إلى أن معدل السقوط يكون متسارعًا بارتداد ثابت، وهو 9.8 متر/ ثانية.
  • بالتالي تتوازن القوى التي تؤثر على الأجسام أثناء سقوطها، فينتج عن ذلك محصلة التسارع صفر.
  • وكلما كانت القوى أقل توازنًا كلما زاد التسارع خلال السقوط، وهو ما يشرحه القانون الثاني لنيوتن.
  • كما يعتمد سقوط الأجسام باتجاه مركز الأرض على عاملين أساسيين هما القوة الكلية المؤثرة على الجسم، وكتلة الجسم.
  • إن كلًّا من القوة والكتلة عوامل متغيرة تختلف من جسم إلى آخر، ومن حالة سقوط إلى أخرى.
  • يُعبّر مصطلح الجاذبية المعيارية عن مقدار التسارع للجسم الساقط بشكل حر نحو مركز الجذب.
  • رمز تسارع الجسم الساقط هو ɡn.

في حالة السقوط الحر فإن وزن الجسم:

كما علمنا فإن الجاذبية الأرضية هي المسؤولة عن سقوط جسم ما نحو الأسفل، وتتمثل قوة الجاذبية في الوزن، ويوجد العديد من المصطلحات الفيزيائية التي يجب ان نكون ملمّين بها في هذا الشأن مثل الجاذبية الضعيفة بشكل متناهي.

  • ففي حالة السقوط الحر للأجسام يصبح وزن الجسم منعدمًا.
  • بهذا تكون المنطقة الوحيدة في الكون التي لا يتواجد بها الوزن أو مجال الجذب وهي في حالة السقوط الحر.
  • يعود السبب في ذلك إلى أن الجسم لا يكون خاضعًا لأية ردود فعل داعمة أو دفعية.
  • وفقًا للمبدأ الموضوع من قبل العالم آينشتاين فإن الجسم في حالة سقوطه حرًّا وفي حالة انعدام وزنه يكون متكافئًا.
  • على سبيل المثال عندما يقفز الشخص نحو الأعلى فإنه يمر بمرحلة السقوط الحر وانعدام الوزن.
  • أيضًا تتمثل مرحلة السقوط الحر الدائم في الجسم الطافي على سطح القمر.
  • يوجد العديد من قوانين السقوط الحر والمقذوفات المتصلة بالرياضيات، والتي تختلف تبعًا لعوامل كثيرة منها الاتجاه.
  • على الرغم من أن العلماء تجنبوا قياس مقاومة الهواء في القوانين إلا أنها من الحسابات الهامة للغاية.
  • فمقاومة الهواء تستند على أساسين هما مساحة سطح الجسم وسرعته.
  • وتوجد علاقة عكسية بينهما فكلما قلت مساحة سطح الجسم زاد مقدار السرعة
  • وقد اعتمد مخترع المظلات على قانون مقاومة الهواء في فكرته.

قوانين السقوط الحر والمقذوفات

من المعروف أن الجاذبية اكتشفت من قبل العالم نيوتن وبناءً عليها تم وضع العديد من القوانين الفيزيائية الثابتة، ومنها قانون جاليليو جاليلي الذي ذهل بع العلماء المعاصرين له.

  • حيث قال العالم جاليليو أنه إذا قمنا بإسقاط حجرة كبيرة وريشة يكون لهما نفس الزمن والتسارع إذا استبعدنا مقاومة الهواء.
  • قانون السقوط الحر يعتمد على تسارع الجاذبية، ويمكن حساب التسارع من خلال القانون: g = 9.82 m/s2 (32.2 ft/s2)
  • فالحرف g هو رمز تسارع جذب الأرض للجسم، أما الرقم 9.82 فإنه غالبًا ما يكتب في القانون 9.81 m/ s2، وفي بعض الحالات يتم رصده في إحدى القيوم بين 9.78 و 9.83.
  • ويعتمد في ذلك على العديد من الأمور الفيزيائية والتغيرات الطبيعية، مثل دوائر العرض وخطوط الطول، والتكوين الجيولوجي، والتضاريس
  • فالقيمة المحددة لدائرة الاستواء هي 9.78033 m/ s2.
  • قانون وزن الجسم هو: W = m × g.
  • الحرف m في قانون الوزن يدل على الكتلة، بينما الحرف g يدل على تسارع الجاذبية، والحرف W هو الوزن الخاص بالجسم.
  • يتضمن تعريف الجاذبية القياسية على المعدل الدقيق لقيمة الجاذبية وهو: 9.80665 m/ s2.
  • أول معادلة من معادلات سقوط الجسم حرًّا هي: السرعة النهائية = السرعة الابتدائية + تسارع السقوط الحر × الزمن.
  • ثاني معادلة هي: الموقع النهائي = الموقع الابتدائي + السرعة الابتدائية × الزمن + 0.5 × التسارع × الزمن ^2
  • وينبغي العلم أن التغير في الموقع يتم حسابه بطرح الموقع الابتدائي من الموقع النهائي.

تجربة السقوط الحر

كان بدء وضع قوانين السقوط الحر ناتجًا عن قصة التفاحة الشهيرة التي وقعت فوق رأس نيوتن، فهي لم تنحرف إلى الجانب ولم ترتفع إلى الأعلى بل تركز سقوطها نحو الأسفل، ومن هنا كان استنتاج نيوتن بتواجد قوة جذب في الأرض.

  • يمكن القيام بتجربة للسقوط الحر عن طريق رمي كرة مثلًا إلى الأعلى على أن تأخذ شكل الخط المستقيم، ودون تواجد قوى مؤثرة عليها غير الجاذبية.
  • من تجارب السقوط الحر دوران رائد فضاء حول الأرض، فالمدار الثابت الذي يسير فيه يعتبر سقوطًا حرًّا.
  • لتطبيق تجربة سهلة من تجارب السقوط الحر يمكنك الصعود إلى قمة مرتفعة، حاملًا في يدك ريشة أو جسم ثقيل، ثم تركه يسقط بصورة حرة.
  • تعتبر المركبة الفضائية مثالًا للسقوط الحر إذا كانت لا تتضمن أية أنظمة دفعية.
  • يمكن أن يتم إسقاط جسم ما عبر أنبوب مستقيم من الأعلى وحتى الأسفل.
  • قد يظن البعض أن تجربة قفز شخص من الطائرة بالمظلة هي من أنواع السقوط الحر، لكن ذلك غير صحيح إطلاقًا؛ حيث تؤثر به قوى أخرى.
  • بالإضافة إلى أن طيران العصفور لا يعتبر مثالًا على السقوط الحر، ومثله التحليق بطائرة.

شروط السقوط الحر

تتصل قوانين السقوط الحر بالجاذبية الأرضية وقوتها، فقد تم حصر تعريف السقوط الحر وفقًا للقوانين الكلاسيكية أو النظرية النسبية التي تم وضعها من قبل عالمي الفيزياء نيوتن وآينشتاين.

  • من شروط السقوط الحر أن لا يتواجد أي عامل يؤثر على الجسم الساقط.
  • فعندما تكون حركة الجسم خاضعة للقوة المؤثرة النابعة من الجذب الأرضي دون غيرها يكون هذا سقوطًا حرًّا.
  • وتتجه حركة الجسم نحو الجهة العلوية أو السفلية في السقوط الحر.
  • ويكون مجال الجذب الأرضي متساوٍ في أي وقت وحين، فعندما تسقط عدة أجسام يكون المقدار الجذبي ذاته.
  • وترجع مقاومة الهواء وقوة دفعه إلى قانون العالِم أرخميدس.
  • على سبيل المثال إذا سقط جسم ما وتواجد مقدار من مقاومة الهواء فلا يصبح في تلك الحالة سقوط حر، مثل سقوط الشخص بالمظلّة.
  • ولحساب السقوط الحر ينبغي أن تتوفر المعطيات أو يتم استخراجها بقوانين محددة.

بهذا نكون قد تعرفنا على أن سقوط الأجسام نحو الأرض بسبب الجاذبية ، وعرضنا الكثير من القوانين الفيزيائية المتعلقة بها، وأولى تلك القوانين تتبع نظريات السقوط الحر. ونتمنى بأن تكونوا قد استفدتم من خلال قراءتكم للموضوع.

كما يمكنك الاطلاع عبر مخزن على: