الجاذبية الأرضية

لنتعرف معا على الجاذبية الأرضية




جاذبـيـة الأرض

يعود الفضل إلى اسحق نيوتُن Issac Newton في إطلاق الصفة الشمولية للتجـاذب وفي صياغة قانون التجاذب العالمي الذي يصف حركة الأجرام السماوية. و كان أول من فسر ذلك بجذب الأرض للأجسام . لكن لماذا تجذب الأرض ما على سطحها ولا تجذب غيرها من الأجرام العلوية ؟ سأل نيوتن نفسه هذا السؤال ، ونظر في أمر القمر والأرض ، فوجد بالحساب أن القمر منجذب إلى الأرض انجذاب ما على سطحها إليها ، وأن ما هناك من فرق بين الإنجذابين راجع إلى ما بين القمر والأرض من مسافة ، وأن انجذاب القمر إلى الأرض هو سر دورانه حولها . وقبل نيوتن أثبت كوبرنيك Kopernik أن الأرض تدور حول الشمس وأن الكواكب السيارة تدور حول الشمس كذلك ، لكنه كان يظن أنها تدور حول الشمس في دوائر ، حتى جاء كبلر Kepler فأثبت أنها تدور حول الشمس بصورة مخصصة في قطوع ناقصة ، أي في مدارات بيضاوية ، الشمس في مركز خاص داخلها . فلما جاء نيوتن أثبت بالحساب أن تلك الصورةالتي تدور بها الكواكب السيارة ، ومنها الأرض ، حول الشمس لا يمكن أن تكون إلا إذا كان بين الشمس والكوكب تجاذبعلى الخط الواصل بين مركزيهما . أي إنه أثبت بحقائق الفلك انجذاب الأرض وبقية السيارات إلى الشمس ، كما أثبت انجذاب القمر إلى الأرض ، بقوة خاصة متوقفة على مقدار ما في الكوكبين المتجاذبين من مادة وعلى مقدار المسافة التي بينهما . ثم نظر في الجاذبية هذه وتساءل أهي خاصة بالأجسام الكبيرة أم تكون بين الأجسام الصغيرة أيضاً فتكون من خواص المادة نفسها لا من خواص الكتل الكبيرة منها ؟ فأنتهى به النظر الحسابي الدقيق إلى الحقائق التالية :




أهـمـية الجاذبية في الكون

: إن الإنسان لا يكاد يستطيع أن يتصور كيف كانت تكون الحياة على الأرض لو لم تكن هناك جاذبية بين الأرض وبين ما عليها ، فلولا الجاذبية ما كان للأجسام على الأرض وزن ، ولطارت هذه الأجسام عن الأرض بالحركة ثم لم تعد إليها من بعد . فلولا جذب الأرض الهواء الجوي مثلاً لفارقها لشدة حركة جزيئاته ، ولصارت الأرض في النهاية لا هواء فيها ولا جو لها ، و لانعدمت الحياة على سطح الأرض بانعدام الهواء كما انعدمت على سطح القمر . ( صورة 151 طاقة التقلص بالتجاذب : تطلق كتلة تخضع لقوة الجاذبية في جرم سماوي طاقة ملحوظة تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها. وتتضح هذه الطاقة بتمدد الحجم أو تقلصه وبتغير درجة الحرارة . تبرد بالتمدد ، وتسخن بالتقلص. وهي حقائق تكشفها لنا أجهزة التحليل الطيفي بدقة ) . وجذب الأرض هو الذي ينزل الله عز وجل به المطر من السحاب وإلا لما عاد الماء إلى الأرض أبداً بعد أن يفارقها متبحراً بحرارة الشمس ، ولفارقها بخاراً مع الهواء ، ولجفت جميع المياه من على الأرض في النهاية فلا يكون عليها بحر ولا نهر ، ولانعدمت فيها الحياة بانعدام الماء . وكما سخر الله سبحانه وتعالى الجاذبية للإنسان في إجراء الأنهار إلى سطح البحر ، سخرها له أيضاً في كبح جماح البحر ومنعه أن يطغى بمائه الأجاج على النهر أو على اليابسة ، فهي دائماً تحبسه في مستقره الذي هو أقرب مواطنسطح الأرض إلى مركز الأرض ، فكلما همَّ البحربالهجوم بفعل المـد أو الريح أو حركة الأرض جذبته قدرة الله الباري جلت قدرته بلجام الجاذبية يبقى مقيداً بقيد الجاذبية فيه : "هو الذي مرج البحرين ، هذا عذب فرات وهذا ملح أجاج ، وجعل بينهما برزخاً وحجراً محجوراً" .




تعيين ثابتة التجاذب العالمي

إن تعيين ثابتة التجاذب العالمي تجريبياً يتطلب دقة فائقة . وقد تمكن العالم الإنجليزي كفنديش من قياس هذا الثابت باستخدام ميزان الفتل (انظر الشكل ) الذي يبين ميزان فتل صممه عالم الفيزياء بويز لقياس ثابتة التجاذب العالمي بدقة وهو يتألف من كرتين ( A) و ( B) من معدن ثمين لا يحتوي على الفولاذ ولا تتعدى كتلة الكرة الواحدة فيه بضعة غرامات .


تغلق هذه الكرات الأربع على النحو المبين في الشكل وتبدأ التجربة بوضع الكرات في مكان معزول لا تخضع فيه إلى جذب يذكر من الأرض ثم تقرب كرتان رصاصيتان ثقيلتان (MA) و (MB) تدريجياً من الكرات الصغيرة ، فتخضع هذه لقوة الجذب الثقالية . إن الوضع الهندسي للكرتين الثقيلتين يسبب دروان ميزان الفتل . ويتوقف الميزان عن الدوران عندما تتوقف مزدوجة التدوير الناشئة عن الجذب الثقالي بين الكرات مع مزدوجة معاكسة يولدها سلك التعليق في الميزان . وطبيعي أنه يمكننا معايرة هذه المزدوجة المعاكسة بحيث نعلم القيمة المقابلة لكل زاوية دوران لميزان الفتل .


قـوانـيـن كبلـر

: تصف قوانين كبلر حركة جسم خاضع لقوة تجاذبية من قبل جسم آخر . إن تطبيق قوانين كبلر على حركة الكواكب يقودنا إلى نتائج تقريبية . ذلك أن أي كوكب منها لا يخضع لجذب الشمس فحسب، بل يخضع أيضاً لجذب الكواكب الأخرى له .( انظر الشكل الذي يبين تبسيط لقانون كبلر )
قوانين كبلر وهي
: 1 – يرسم كل كوكب مساراً إهليجياً حول الشمس التي تحتل إحدى بؤرتيه ولا تكاد تختلف هذه الإهليجات التي ترسمها الكواكب المختلفة عن الدوائر إلا قليلاً ، ما دعا كوبرنيك الذي سبق كبلر إلى عد هذه المسارات جميعاً دائرية. ونميز في المسار الإهليجي موضعين : يسمى الأول منهما موضع الأوج ، وهو أبعد نقطة يبلغها الكوكب على المسار. ويسمى الثاني موضع الحضيض ، وهو أقرب موضع للكوكب من الشمس . 2 – إن الخط الواصل بين الكوكب والشمس يقطع من القطع الناقص مساحات متناسبة مع الزمن. أي إن الكوكب يتحرك بسرعة أقل عند الأوج من السرعة التي يتحرك بها عند الحضيض .

وبعبارة أخرى : إن المسافة التي يقطعها الكوكب عندما يكون قريباً من موضع الأوج خلال زمن ما هي أقل من المسافة التي يقطعها خلال نفس الزمن عندما يكون قريباً من موضع الحضيض . 3 – إن النسبة بين مربع الزمن الذي يحتاج إليه كوكب ما كي يرسم دورة كاملة حول الشمس وبين مكعب نصف القطر الكبير لمساره الإهليجي تساوي النسبة المقابلة لسائر الكواكب .

لا تنسونا من صالح دعواتكم