الجاذبية هي ظاهرة طبيعية تولد قوة جذب بين جسمين أو أكثر من الأجسام المادية ذات الكتلة، وهذا ما يفسر التسارع الذي يشعر به جسم ما عندما يقترب من جسم آخر. يمكن حساب قوة الجاذبية أو قوة الجذب الثقالي من كتلة جسمين أو أكثر والمسافة بينهما. وبعد ذلك سنشرح كيفية حسابه وما هي آثاره.
حاسبة الجاذبية
باستخدام الأداة التالية يمكنك حساب قوة الجاذبية بين جسمين. عملها بسيط للغاية، كل ما عليك فعله هو إدخال قيم الكتلتين والمسافة التي تقع عندهما. ثم عليك فقط الضغط على زر “احسب” وستحصل على الفور على نتيجة دقيقة للغاية .
قانون الجاذبية الكونية
يحدد هذا القانون قوة الجذب بين جسمين أو أكثر لهم كتلة. لذا، فإن ما يخبرنا به هذا القانون (بصرف النظر عن الصيغة الشهيرة للجاذبية العالمية) هو أنه كلما كانت الأجسام أكبر وأكثر قربًا من بعضها البعض، زادت قوة الجذب.
ولذلك، إذا طبقنا هذا المفهوم على الفيزياء الفلكية، حيث أن الأجسام محل الدراسة (الأجرام الفلكية) أكبر، فإن قوة الجاذبية ستكون أكبر أيضًا. تعطينا هذه العلاقة التناسبية فكرة بسيطة عن كيفية عمل الجاذبية، ولكن إذا كنت تريد معرفة كيفية حساب القيمة الدقيقة للجاذبية، فنوصيك بمواصلة القراءة.
صيغة الجاذبية
لحساب قوة الجذب بين جسمين نطبق الصيغة التالية:
المتغيرات التالية متضمنة في التعبير: كتلة الجسم الأول (m1)، كتلة الجسم الثاني (m2)، المسافة (d) وثابت الجاذبية (G) = 6.6742 · 10 -11 . إذا كنت تعرف كل هذه القيم، فيمكنك حساب قوة الجذب التي تولدها الجاذبية بين جسمين. لاحظ أنه يجب التعبير عن الكتل بالكيلوجرام، والمسافة بالأمتار وسيتم الحصول على النتيجة بالنيوتن، الوحدة المقابلة للقوة.
نيوتن
نيوتن (N) هي وحدة قياس القوة في SI (النظام الدولي للوحدات)، سميت على اسم الفيزيائي إسحاق نيوتن. وتعريفها هو القوة المؤثرة لمدة ثانية واحدة على كتلة مقدارها كيلوغرام واحد بحيث تتحرك بسرعة 1 م/ث مقارنة بسرعتها السابقة. بمعنى آخر، 1 نيوتن = 1 كجم × (م/ث) 2 . ويستند هذا التعريف على قانون نيوتن الثاني أو المبدأ الأساسي .
الصيغ المشتقة
من صيغة الجاذبية العالمية، يمكننا عزل المتغيرات المختلفة، اعتمادًا على ما نريد حسابه. وبما أنهم لن يسألونا دائمًا عن القوة الناتجة عن الجاذبية، فقد يطلبون منا أيضًا حساب المسافة بين الجسمين، أو إحدى الكتلتين. على الرغم من أنه لا ينبغي عليك حفظ الصيغ الثلاثة أدناه لأنه يمكنك استنتاجها من الصيغ الأولى التي علمناها لك.
قوة الجذب بين الأجسام المختلفة
عندما نريد حساب قوة الجذب بين أكثر من جسمين، لا يمكننا اللجوء إلى الصيغة التي علقنا عليها سابقا، لأننا سنفتقد المتغيرات. ولهذا السبب من الضروري حساب قوة الجاذبية بالنسبة إلى إحدى الكتلتين باستخدام طريقة أخرى. نقوم بذلك عن طريق إضافة قوى الجذب لجميع الأجسام. ولتوضيح الأمر أكثر علينا اتباع الصيغة التالية:
في الأساس، يجب أن نحسب باستخدام صيغة الجاذبية التي علقنا عليها في البداية، قوة جذب جميع الأجسام التي تشكل النظام بالنسبة لكتلة معينة ، في حالة المثال نستخدم الكتلة 1. بمجرد لديك قيم جميع القوى، ما عليك سوى جمعها معًا. بهذه الطريقة تحصل على قوة الجاذبية المؤثرة على الكتلة المعنية. يمكن تطبيق هذا الإجراء الرياضي على مجموعات تصل إلى كتل لا نهائية.
استنتاجات حول قوة الجاذبية
وخلاصة القول، يمكننا القول أن قوة الجاذبية تعتمد بشكل مباشر على الكتل وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة. والتي يمكن استنتاجها مباشرة من خلال الصيغة الرياضية التي ذكرناها في بداية هذا المقال.
وأخيرًا، نريد أيضًا إضافة صيغة تتيح لنا معرفة شدة مجال الجاذبية أو تسارع الجاذبية عند نقطة ما. يأتي هذا التعبير من صيغة الجاذبية العالمية وصيغة قانون نيوتن الثاني (F = mxa). أدناه يمكنك أن ترى ما نعنيه.
الجاذبية الأرضية
بالإضافة إلى ذلك، نريد أن نوضح أن قيمة الجاذبية الأرضية هي التسارع الذي تستقبله الأجسام من كوكب الأرض. ويتكون هذا التسارع من مجموع قوة الجذب الناتجة عن الكوكب وقوة الطرد المركزي أو الدوران للكوكب. القيمة الدقيقة لجاذبية الأرض تعادل 9.80665 م/ث 2 أو 1 جم . وذلك لأن g يساوي الجاذبية الأرضية.
وعندما نحسب قوة الجذب بين الأرض وجسم آخر، يجب أن نأخذ في الاعتبار أن المسافة هي مجموع نصف قطر الكوكب بالإضافة إلى الارتفاع الذي يقع عنده الجسم. وهذا أمر ينساه الكثير من الناس، لكن من المهم إضافة المسافتين قبل تطبيق معادلة الجاذبية، وإلا ستكون النتيجة غير صحيحة.