ما هي الجاذبية الأرضية؟ وكيف تعمل؟

ما هي الجاذبية الأرضية؟ وكيف تعمل؟

في كل مرة تقفز، فأنت تواجه الجاذبية الأرضية. تقوم الجاذبية بسحبك إلى الأرض مرة أخرى. بدون الجاذبية، ستطفو في الغلاف الجوي، جنبًا إلى جنب مع كل المواد الأخرى على الأرض.

الجاذبية الأرضية.

يمكنك أن ترى الجاذبية في أي وقت تسقط فيه كتابًا أو تخطو على ميزان أو تقذف كرة في الهواء. إنها أمر دائم في حياتنا، ونادرًا ما نتعجب من سرها.

ولكن حتى مع وجود العديد من النظريات المقبولة جيدًا والتي تحاول شرح سبب سقوط الكتاب على الأرض (وبنفس معدل سقوط حصاة أو أريكة، في ذلك)، ما زالوا مجرد نظريات.

إن سر سحب الجاذبية سليم إلى حد كبير. إذن ماذا نعرف عن الجاذبية؟ نحن نعلم أنه يتسبب في جذب أي جسمين في الكون إلى بعضهما البعض.

نحن نعلم أن الجاذبية ساعدت في تكوين الكون، وأنها تبقي القمر في مدار حول الأرض، ويمكن تسخيرها لمزيد من التطبيقات العادية مثل المحركات التي تعمل بالجاذبية أو المصابيح التي تعمل بالجاذبية.

أما بالنسبة للعلم وراء هذا الإجراء، فنحن نعلم أن إسحاق نيوتن عرّف الجاذبية على أنها قوة تجذب كل الأشياء إلى كل الأشياء الأخرى.

ونحن نعلم أن ألبرت أينشتاين قال إن الجاذبية هي نتيجة لانحناء الزمكان.

هاتان النظريتان هما الأكثر شيوعًا والأكثر انتشارًا من تفسيرات الجاذبية. في هذه المقالة، سنلقي نظرة على نظرية نيوتن في الجاذبية، ونظرية أينشتاين في الجاذبية، وسنتطرق أيضًا إلى نظرة أحدث للظاهرة.

على الرغم من أن العديد من الأشخاص قد لاحظوا بالفعل وجود الجاذبية، إلا أن نيوتن كان أول من طور تفسيرًا متماسكًا للجاذبية، لذلك سنبدأ من هناك.

الجاذبية عند نيوتن.

في القرن السابع عشر، كان عالم فيزياء ورياضيات إنكليزي يُدعى إسحاق نيوتن جالسًا تحت شجرة تفاح، أو هكذا تخبرنا الأسطورة. على ما يبدو، سقطت تفاحة على رأسه، وبدأ يتساءل لماذا انجذبت التفاحة إلى الأرض في المقام الأول.

نشر نيوتن نظريته في الجاذبية العالمية في ثمانينيات القرن التاسع عشر. لقد حددت بشكل أساسي فكرة أن الجاذبية كانت قوة يمكن التنبؤ بها تؤثر على كل مادة في الكون، وهي دالة لكل من الكتلة والمسافة.

تنص النظرية على أن كل جسيم من المادة يجذب كل جسيم آخر (على سبيل المثال، جسيمات “الأرض” وجسيمات “أنت”) بقوة تتناسب طرديًا مع ناتج كتلها وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما.

لذلك كلما كانت الجسيمات بعيدة ، و / أو كلما كانت الجزيئات أقل كتلة، قلت قوة الجاذبية.

الصيغة القياسية لقانون الجاذبية هي:

قوة الجاذبية = (G * m1 * m2) / (d2)

حيث G هو ثابت الجاذبية، و m1 و m2 هما كتلتا الجسمين اللذين تحسب قوتهما، و d هي المسافة بين مركزي جاذبية الكتلتين.

عندما تتعامل مع أجسام ضخمة مثل الأرض، والتي تبلغ كتلتها 6 × 10^24 كيلوغرام (انظر: كم يبلغ وزن كوكب الأرض؟)، فإنه يضيف إلى قوة جاذبية قوية إلى حد ما.

لهذا السبب لا تطفو في الفضاء الآن. إن قوة الجاذبية التي تؤثر على جسم ما هي أيضًا وزن ذلك الجسم. عندما تخطو على الميزان، يقرأ المقياس مقدار تأثير الجاذبية على جسمك. صيغة تحديد الوزن هي:

الوزن = m * g

حيث m كتلة جسم و g هي تسارع الجاذبية. التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية هو 9.8 م / ث^2, وهو لا يتغير أبدًا، بغض النظر عن كتلة الجسم.

لهذا السبب إذا أسقطت حصاة وكتابًا وأريكة من سطح، فإنهم سيصطدمون بالأرض في نفس الوقت. لمئات السنين، وقفت نظرية الجاذبية لنيوتن إلى حد كبير وحيدة في المجتمع العلمي. تغير ذلك في أوائل القرن العشرين.

إقرأ أيضاً… ماذا سيحدث لو توقفت الأرض عن الدوران؟

الجاذبية عند أينشتاين.

ساهم ألبرت أينشتاين، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921، بنظرية بديلة للجاذبية في أوائل القرن العشرين. كانت جزءًا من نظريته العامة الشهيرة للنسبية، وقدم تفسيرًا مختلفًا تمامًا عن قانون نيوتن للجاذبية الكونية.

لم يعتقد أينشتاين أن الجاذبية كانت قوة على الإطلاق. قال إنه تشويه في شكل الزمكان، والمعروف باسم “البعد الرابع”.

تنص الفيزياء الأساسية على أنه إذا لم تكن هناك قوى خارجية في العمل، فسيظل الجسم يتحرك دائمًا في أقصر خط ممكن. وفقًا لذلك، بدون قوة خارجية، سيظل جسمان يتحركان على طول مسارات متوازية دائمًا متوازيين. لن يجتمعوا أبدا.

لكن الحقيقة هي أنهم يلتقون. تنتهي الجسيمات التي تبدأ على مسارات متوازية أحيانًا بالتصادم. تقول نظرية نيوتن أن هذا يمكن أن يحدث بسبب الجاذبية، وهي قوة تجذب تلك الأجسام إلى بعضها البعض أو إلى جسم واحد ثالث.

يقول أينشتاين أيضًا أن هذا يحدث بسبب الجاذبية. لكن في نظريته، الجاذبية ليست قوة. إنه منحنى في الزمكان. وفقًا لأينشتاين، لا تزال هذه الأجسام تتحرك على طول الخط المستقيم الممكن، ولكن نظرًا للتشوه في الزمكان، فإن الخط المستقيم هو الآن على طول مسار كروي.

إذن ، جسمان يتحركان على مستوى مستوٍ يتحركان الآن على مستوى كروي. وينتهي مساران مستقيمان على طول هذه الكرة بنقطة واحدة.

لا تزال نظريات الجاذبية الأكثر حداثة تعبر عن الظاهرة من حيث الجسيمات والأمواج. تنص إحدى وجهات النظر على أن الجسيمات التي تسمى الجرافيتونات تسبب انجذاب الأجسام لبعضها البعض.

على الرغم من ذلك، لم يتم ملاحظة الجرافيتون مطلقًا. ولا توجد موجات جاذبية، تسمى أحيانًا إشعاع الجاذبية، والتي يُفترض أنها تتولد عندما يتم تسريع الجسم بواسطة قوة خارجية.