قوى الجاذبية. قانون الجاذبية

سنذكرك في هذه الفقرة بالجاذبية وتسارع الجاذبية المركزية ووزن الجسم

يتأثر كل جسم على هذا الكوكب بجاذبية الأرض. يتم تحديد القوة التي تجذب بها الأرض كل جسم من خلال الصيغة

نقطة التطبيق هي مركز ثقل الجسم. جاذبية موجهة دائمًا عموديًا إلى الأسفل.

تسمى القوة التي ينجذب بها الجسم إلى الأرض تحت تأثير مجال الجاذبية الأرضية جاذبية.في القانون الجاذبية العالميةعلى سطح الأرض (أو بالقرب من هذا السطح) يتأثر جسم كتلته m بقوة الجاذبية

F t = Gmm/R 2

حيث M هي كتلة الأرض؛ R هو نصف قطر الأرض.
إذا كانت قوة الجاذبية فقط هي التي تؤثر على الجسم، وكانت جميع القوى الأخرى متوازنة بشكل متبادل، فإن الجسم يتعرض للسقوط الحر. حسب قانون نيوتن الثاني وصيغته F t = Gmm/R 2 تم العثور على وحدة تسارع الجاذبية g بواسطة الصيغة

g=F t /m=GM/R 2 .

ويترتب على الصيغة (2.29) أن تسارع السقوط الحر لا يعتمد على كتلة الجسم المتساقط، أي. فجميع الأجسام الموجودة في مكان معين على الأرض هي نفسها. من الصيغة (2.29) يترتب على ذلك Ft = mg. في شكل ناقلات

و ر = ملغ

في الفقرة 5، لوحظ أنه بما أن الأرض ليست كرة، ولكنها شكل إهليلجي للثورة، فإن نصف قطرها القطبي أقل من نصف قطرها الاستوائي. من الصيغة F t = Gmm/R 2 ومن الواضح أنه لهذا السبب فإن قوة الجاذبية وتسارعها الناتج عنها عند القطب أكبر منها عند خط الاستواء.

تعمل قوة الجاذبية على جميع الأجسام الواقعة في مجال الجاذبية الأرضية، ولكن لا تسقط جميع الأجسام على الأرض. ويفسر ذلك أن حركة العديد من الأجسام تعوقها أجسام أخرى، على سبيل المثال الدعامات وخيوط التعليق وغيرها، وتسمى الأجسام التي تحد من حركة الأجسام الأخرى روابط.وتحت تأثير الجاذبية تتشوه الروابط وتوازن قوة رد الفعل للاتصال المشوه حسب قانون نيوتن الثالث قوة الجاذبية.

يتأثر تسارع الجاذبية بدوران الأرض. ويتم شرح هذا التأثير على النحو التالي. الأنظمة المرجعية المرتبطة بسطح الأرض (باستثناء النظامين المرتبطين بقطبي الأرض) ليست أنظمة مرجعية بالقصور الذاتي بالمعنى الدقيق للكلمة - فالأرض تدور حول محورها، ومعها تتحرك هذه الأنظمة المرجعية في دوائر مع تسارع الجاذبية. يتجلى عدم القصور الذاتي للأنظمة المرجعية، على وجه الخصوص، في حقيقة أن قيمة تسارع السقوط الحر تختلف في أماكن مختلفةالأرض ويعتمد على خط العرض الجغرافي للمكان الذي يقع فيه الإطار المرجعي المرتبط بالأرض، والذي يتم تحديد تسارع السقوط الحر بالنسبة إليه.

وأظهرت القياسات التي أجريت على خطوط عرض مختلفة ذلك القيم الرقميةتختلف تسارعات السقوط الحر قليلاً عن بعضها البعض. لذلك، وبحسابات غير دقيقة للغاية، يمكننا إهمال عدم القصور الذاتي للأنظمة المرجعية المرتبطة بسطح الأرض، وكذلك اختلاف شكل الأرض عن الشكل الكروي، ونفترض أن تسارع الجاذبية في أي مكان على الأرض هي نفسها وتساوي 9.8 م/ث 2 .

ويترتب على قانون الجاذبية العالمية أن قوة الجاذبية وتسارع الجاذبية الناتج عنها يتناقصان مع زيادة المسافة من الأرض. على ارتفاع h من سطح الأرض، يتم تحديد معامل تسارع الجاذبية بواسطة الصيغة

ز=GM/(R+ح) 2.

لقد ثبت أنه على ارتفاع 300 كيلومتر فوق سطح الأرض، يكون تسارع الجاذبية أقل بمقدار 1 م/ث2 منه على سطح الأرض.
وبالتالي، بالقرب من الأرض (حتى ارتفاعات عدة كيلومترات) لا تتغير قوة الجاذبية عمليا، وبالتالي فإن السقوط الحر للأجسام القريبة من الأرض هو حركة متسارعة بشكل موحد.

وزن الجسم. انعدام الوزن والحمل الزائد

تسمى القوة التي يؤثر بها الجسم على دعمه أو تعليقه نتيجة لجاذبيته للأرض وزن الجسم.على عكس الجاذبية، وهي قوة جاذبية مطبقة على الجسم، فإن الوزن هو قوة مرنة مطبقة على دعامة أو تعليق (أي رابط).

تظهر الملاحظات أن وزن الجسم P، المحدد على مقياس زنبركي، يساوي قوة الجاذبية F t المؤثرة على الجسم فقط إذا كانت موازين الجسم بالنسبة للأرض في حالة سكون أو تتحرك بشكل منتظم ومستقيم؛ في هذه الحالة

Р=F ر=ملغ.

إذا تحرك جسم بمعدل متسارع فإن وزنه يعتمد على قيمة هذه التسارع وعلى اتجاهه بالنسبة لاتجاه تسارع الجاذبية.

عندما يتم تعليق جسم على ميزان زنبركي، تؤثر عليه قوتان: قوة الجاذبية F t = mg والقوة المرنة F yp للزنبرك. إذا كان الجسم في هذه الحالة يتحرك عموديًا لأعلى أو لأسفل بالنسبة لاتجاه تسارع السقوط الحر، فإن المجموع المتجه للقوى F t وF لأعلى يعطي نتيجة، مما يسبب تسارع الجسم، أي.

F t + F up =ma.

وفقا للتعريف أعلاه لمفهوم "الوزن"، يمكننا أن نكتب أن P = -F yp. من الصيغة: F t + F up =ma. مع الأخذ في الاعتبار أن فت =mg، ​​ويترتب على ذلك mg-ma=-Fنعم . وبالتالي، P=m(g-a).

يتم توجيه القوى Ft وFup على طول خط مستقيم رأسي واحد. لذلك، إذا كان تسارع الجسم a موجهًا نحو الأسفل (أي أنه يتزامن في الاتجاه مع تسارع السقوط الحر g)، فإنه في المعامل

ف = م (ز-أ)

إذا كان تسارع الجسم موجهاً نحو الأعلى (أي عكس اتجاه تسارع السقوط الحر)، إذن

ف = م = م(ز+أ).

وبالتالي فإن وزن الجسم الذي تتزامن عجلته في الاتجاه مع تسارع السقوط الحر أقل من وزن الجسم في حالة السكون، ووزن الجسم الذي تسارعه معاكس لاتجاه تسارع السقوط الحر هو المزيد من الوزنالجسم في حالة راحة. تسمى الزيادة في وزن الجسم الناتجة عن حركته المتسارعة الزائد.

في السقوط الحر أ=ز. من الصيغة:ف = م (ز-أ)

ويترتب على ذلك أنه في هذه الحالة P = 0، أي لا يوجد وزن. ولذلك، إذا كانت الأجسام تتحرك فقط تحت تأثير الجاذبية (أي السقوط الحر)، فهي في حالة انعدام الوزن. ميزة مميزةهذه الحالة هي غياب التشوهات والضغوط الداخلية في الأجسام التي تسقط سقوطاً حراً، والتي تنتج عن الجاذبية في الأجسام الساكنة. السبب وراء انعدام وزن الأجسام هو أن قوة الجاذبية تعطي تسارعات متساوية للجسم الذي يسقط سقوطًا حرًا ودعامة (أو تعليقه).

تعريف

تم اكتشاف قانون الجاذبية العالمية بواسطة نيوتن:

جسمان يتجاذبان بما يتناسب طرديا مع حاصل ضربهما وعكسيا مع مربع المسافة بينهما:

وصف قانون الجاذبية الكونية

المعامل هو ثابت الجاذبية. في نظام SI، يكون لثابت الجاذبية المعنى التالي:

هذا الثابت، كما ترون، صغير جدًا، وبالتالي فإن قوى الجاذبية بين الأجسام ذات الكتل الصغيرة تكون أيضًا صغيرة وغير محسوسة عمليًا. ومع ذلك، فإن حركة الأجسام الكونية تتحدد بالكامل عن طريق الجاذبية. إن وجود الجاذبية العالمية، أو بمعنى آخر تفاعل الجاذبية، يفسر ما "تدعمه" الأرض والكواكب، ولماذا تتحرك حول الشمس في مسارات معينة، ولا تطير بعيدًا عنها. يسمح لنا قانون الجاذبية بتحديد العديد من خصائص الأجرام السماوية - كتل الكواكب والنجوم والمجرات وحتى الثقوب السوداء. يتيح هذا القانون حساب مدارات الكواكب بدقة كبيرة وإنشاءها نموذج رياضيكون.

وباستخدام قانون الجاذبية العالمية، يمكن أيضًا حساب السرعات الكونية. على سبيل المثال، السرعة الدنيا التي لن يسقط عليها جسم يتحرك أفقيًا فوق سطح الأرض، بل سيتحرك في مدار دائري هي 7.9 كم/ث (سرعة الهروب الأولى). من أجل مغادرة الأرض، أي. للتغلب على جاذبية الجاذبية، يجب أن تبلغ سرعة الجسم 11.2 كم/ث (سرعة الهروب الثانية).

الجاذبية هي واحدة من الظواهر الطبيعية المدهشة. في غياب قوى الجاذبية، سيكون وجود الكون مستحيلا، ولا يمكن للكون أن ينشأ. الجاذبية مسؤولة عن العديد من العمليات في الكون - ولادته، ووجود النظام بدلاً من الفوضى. طبيعة الجاذبية لا تزال غير مفهومة تماما. حتى الآن، لم يتمكن أحد من تطوير آلية ونموذج لائق لتفاعل الجاذبية.

جاذبية

حالة خاصة من مظاهر قوى الجاذبية هي قوة الجاذبية.

يتم توجيه الجاذبية دائمًا عموديًا إلى الأسفل (باتجاه مركز الأرض).

إذا أثرت قوة الجاذبية على جسم، فإن الجسم يفعل ذلك. يعتمد نوع الحركة على اتجاه وحجم السرعة الأولية.

نحن نواجه آثار الجاذبية كل يوم. وبعد فترة يجد نفسه على الأرض. سقط الكتاب من بين اليدين. بعد القفز، لا يطير الشخص مساحة مفتوحة، لكنه يسقط على الأرض.

بالنظر إلى السقوط الحر لجسم بالقرب من سطح الأرض نتيجة تفاعل جاذبية هذا الجسم مع الأرض، يمكننا أن نكتب:

من أين يأتي تسارع السقوط الحر:

إن تسارع الجاذبية لا يعتمد على كتلة الجسم، بل يعتمد على ارتفاع الجسم عن الأرض. تكون الكرة الأرضية مسطحة قليلاً عند القطبين، لذا فإن الأجسام الموجودة بالقرب من القطبين تقع بالقرب من مركز الأرض قليلاً. في هذا الصدد، يعتمد تسارع الجاذبية على خط عرض المنطقة: عند القطب يكون أكبر قليلاً منه عند خط الاستواء وخطوط العرض الأخرى (عند خط الاستواء م/ث، عند خط استواء القطب الشمالي م/ث.

تسمح لك نفس الصيغة بإيجاد تسارع الجاذبية على سطح أي كوكب له كتلة ونصف قطر.

أمثلة على حل المشكلات

المثال 1 (مشكلة حول "وزن" الأرض)

مثال 2

اكتشف نيوتن قانون الجذب العام عام 1687 أثناء دراسته لحركة القمر الصناعي حول الأرض. لقد صاغ الفيزيائي الإنجليزي بوضوح مسلمة تميز قوى الجذب. بالإضافة إلى ذلك، من خلال تحليل قوانين كيبلر، حسبت نيوتن أن قوى الجاذبية يجب أن تكون موجودة ليس فقط على كوكبنا، ولكن أيضًا في الفضاء.

خلفية

قانون الجاذبية الكونية لم يولد تلقائيا. منذ العصور القديمة، درس الناس السماء، وذلك أساسًا لتجميع التقويمات الزراعية، وحساب التواريخ المهمة، والأعياد الدينية. وتشير الملاحظات إلى أنه يوجد في مركز "العالم" نجم (شمس)، تدور حوله الأجرام السماوية في مداراتها. بعد ذلك، لم تسمح عقائد الكنيسة بالنظر في ذلك، وفقد الناس المعرفة المتراكمة على مدى آلاف السنين.

في القرن السادس عشر، قبل اختراع التلسكوبات، ظهرت مجرة ​​من علماء الفلك الذين نظروا إلى السماء بطريقة علمية، متجاهلين محظورات الكنيسة. قام T. Brahe، الذي كان يراقب الفضاء لسنوات عديدة، بتنظيم حركات الكواكب بعناية خاصة. ساعدت هذه البيانات الدقيقة للغاية آي كيبلر على اكتشاف قوانينه الثلاثة فيما بعد.

بحلول الوقت الذي اكتشف فيه إسحاق نيوتن قانون الجاذبية (1667)، تم تأسيس نظام مركزية الشمس لعالم ن. كوبرنيكوس أخيرًا في علم الفلك. ووفقاً لها، يدور كل كوكب من كواكب النظام حول الشمس في مدارات يمكن اعتبارها دائرية، بتقريب كافٍ لإجراء العديد من الحسابات. في بداية القرن السابع عشر. I. Kepler، بتحليل أعمال T. Brahe، أنشأت قوانين حركية تميز حركات الكواكب. أصبح هذا الاكتشاف الأساس لتوضيح ديناميكيات حركة الكواكب، أي القوى التي تحدد بالضبط هذا النوع من حركتها.

وصف التفاعل

على عكس التفاعلات الضعيفة والقوية قصيرة المدى، تتمتع الجاذبية والمجالات الكهرومغناطيسية بخصائص بعيدة المدى: حيث يتجلى تأثيرها على مسافات هائلة. تتأثر الظواهر الميكانيكية في الكون الكبير بقوتين: الكهرومغناطيسية والجاذبية. تأثير الكواكب على الأقمار الصناعية، ورحلة جسم تم إلقاؤه أو إطلاقه، وطفو جسم في سائل - تعمل قوى الجاذبية في كل من هذه الظواهر. تنجذب هذه الأجسام إلى الكوكب وتنجذب نحوه، ومن هنا جاء اسم "قانون الجاذبية العالمية".

وقد ثبت أن بين الهيئات الماديةمن المؤكد أن قوة الجذب المتبادل تعمل. تسمى الظواهر مثل سقوط الأجسام على الأرض، ودوران القمر والكواكب حول الشمس، التي تحدث تحت تأثير قوى الجاذبية العالمية، بالجاذبية.

قانون الجاذبية العالمية: الصيغة

يتم صياغة الجاذبية العالمية على النحو التالي: أي اثنين كائن ماديتنجذب لبعضها البعض بقوة معينة. ويتناسب حجم هذه القوة طرديًا مع حاصل ضرب كتل هذه الأجسام ويتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما:

في الصيغة، m1 وm2 هما كتل الأشياء المادية التي تتم دراستها؛ r هي المسافة المحددة بين مراكز كتلة الأجسام المحسوبة؛ G هي كمية جاذبية ثابتة تعبر عن القوة التي بها الجذب المتبادلجسمان يزن كل منهما 1 كجم، ويقعان على مسافة 1 متر من بعضهما البعض.

على ماذا تعتمد قوة الجذب؟

قانون الجاذبية يعمل بشكل مختلف اعتمادا على المنطقة. وبما أن قوة الجاذبية تعتمد على قيم خط العرض في منطقة معينة، كذلك فإن تسارع السقوط الحر قد حدث معان مختلفةفي أماكن مختلفة. إن قوة الجاذبية، وبالتالي تسارع السقوط الحر، لها قيمة قصوى عند قطبي الأرض - قوة الجاذبية عند هذه النقاط تساوي قوة الجذب. القيم الدنيا ستكون عند خط الاستواء.

الكرة الأرضية مسطحة قليلاً، ونصف قطرها القطبي أقل بحوالي 21.5 كم من نصف القطر الاستوائي. ومع ذلك، فإن هذا الاعتماد أقل أهمية مقارنة بالدوران اليومي للأرض. وتظهر الحسابات أنه بسبب تفلطح الأرض عند خط الاستواء، فإن حجم تسارع الجاذبية أقل بقليل من قيمته عند القطب بنسبة 0.18%، وبعد الدوران اليومي - بنسبة 0.34%.

ومع ذلك، في نفس المكان على الأرض، تكون الزاوية بين متجهات الاتجاه صغيرة، وبالتالي فإن التناقض بين قوة الجذب وقوة الجاذبية غير مهم، ويمكن إهماله في الحسابات. أي يمكننا أن نفترض أن وحدات هذه القوى هي نفسها - تسارع الجاذبية بالقرب من سطح الأرض هو نفسه في كل مكان ويبلغ حوالي 9.8 م/ث².

خاتمة

كان إسحاق نيوتن عالماً قام بثورة علمية، وأعاد بناء مبادئ الديناميكيات بالكامل، وعلى أساسها أنشأ صورة علمية للعالم. أثر اكتشافه على تطور العلوم وخلق الثقافة المادية والروحية. لقد وقع على عاتق نيوتن أن يراجع نتائج فكرة العالم. في القرن السابع عشر لقد أكمل العلماء العمل الضخم المتمثل في بناء أساس علم جديد - الفيزياء.

كما تعلم، الوزن هو القوة التي يضغط بها الجسم على الدعامة بسبب الجاذبية تجاه الأرض.

وفقا للقانون الثاني في الميكانيكا، فإن وزن أي جسم يرتبط بتسارع الجاذبية، وكتلة هذا الجسم بالعلاقة

إن وزن الجسم يرجع إلى محصلة جميع قوى الجذب بين كل جسيم من جزيئات الجسم والأرض. ولذلك فإن وزن أي جسم يجب أن يتناسب مع كتلة هذا الجسم، كما هو في الواقع. إذا أهملنا تأثير الدوران اليومي للأرض، فإنه وفقًا لقانون نيوتن للجاذبية، يتم تحديد الوزن بالصيغة

أين هو ثابت الجاذبية، كتلة الأرض، بعد الجسم عن مركز الأرض. توضح الصيغة (3) أن وزن الجسم يتناقص مع المسافة من سطح الأرض. متوسط

نصف قطر الأرض متساوي، لذلك عند رفعه بالوزن يقل بمقدار 0.00032 من قيمته.

وبما أن القشرة الأرضية غير متجانسة الكثافة، ففي المناطق التي تقع تحتها صخور كثيفة في أعماق القشرة الأرضية، تكون قوة الجاذبية أكبر إلى حد ما منها في المناطق (على نفس خط العرض) التي يتكون قاعها من صخور أقل كثافة. تتسبب كتل الجبال في انحراف الخط الراسيا نحو الجبال.

وبمقارنة المعادلتين (2) و (3) نحصل على تعبير لتسارع الجاذبية دون الأخذ بعين الاعتبار تأثير دوران الأرض:

من الواضح أن كل جسم يرقد بهدوء على سطح الأرض، ويشارك في الدوران اليومي للأرض، له تسارع جاذب مركزي مشترك مع المنطقة المحددة، ويقع في مستوى موازٍ لخط الاستواء وموجه نحو محور الدوران (الشكل 48). ). القوة التي تجذب بها الأرض أي جسم ملقى بهدوء على سطحها تتجلى جزئيًا بشكل ثابت في الضغط الذي يمارسه الجسم على الدعامة (يسمى هذا المكون "الوزن"؛ ويتجلى مكون هندسي آخر للقوة ديناميكيًا، مما ينقل تسارع الجاذبية الجسم، ويشركه في الدوران اليومي للأرض، ويكون هذا التسارع عند خط الاستواء أعظم، أما عند القطبين فهو صفر، وبالتالي، إذا انتقل أي جسم من القطب إلى خط الاستواء، فإنه "سوف يفقد بعض الوزن".

أرز. 48. بسبب دوران الأرض، فإن قوة الجذب للأرض لها مكونات ثابتة (وزن) وديناميكية.

إذا كانت الأرض كروية تمامًا، فإن فقدان الوزن عند خط الاستواء سيكون:

أين هي السرعة الطرفية عند خط الاستواء؟ دعونا نشير إلى عدد الثواني في اليوم، إذن

ومن هنا مع الأخذ في الاعتبار أن نجد فقدان الوزن النسبي:

لذلك، إذا كانت الأرض كروية تمامًا، فإن كل كيلوغرام من الكتلة المنقولة من قطب الأرض إلى خط الاستواء سيفقد وزنًا تقريبًا (يمكن اكتشاف ذلك عن طريق الوزن على ميزان زنبركي). إن فقدان الوزن الفعلي أكبر (حوالي) نظرًا لأن الأرض لها شكل مسطح إلى حد ما وتقع أقطابها بالقرب من مركز الأرض من المناطق الواقعة على خط الاستواء.

يقع تسارع الجاذبية للدوران اليومي في مستوى موازٍ لخط الاستواء (الشكل 48)؛ يتم توجيهه بزاوية نصف القطر المرسوم من المنطقة المحددة إلى مركز الأرض (خط عرض المنطقة). ونحن نعتبر القوة الجاذبة المركزية أحد مكونات قوة الجاذبية، والوزن مكونًا هندسيًا آخر لنفس القوة، ولذلك فإن اتجاه خط الساحق لجميع المناطق باستثناء خط الاستواء والأقطاب لا يتطابق مع اتجاه الخط المستقيم المرسوم على مركز الأرض. ومع ذلك، فإن الزاوية بينهما صغيرة لأن مكون الجاذبية المركزية لقوة الجاذبية صغير مقارنة بالوزن. إن ضغط الأرض الذي يحدث نتيجة للدوران اليومي يكون على وجه التحديد بحيث يكون خط راسيا (وليس خطًا مستقيمًا مرسومًا إلى مركز الأرض) متعامدًا في كل مكان على سطح الأرض. شكل الأرض هو إهليلجي ثلاثي المحاور.

الأبعاد الأكثر دقة للمجسم الإهليلجي للأرض، محسوبة بتوجيه من البروفيسور. F. N. كراسوفسكي، هي كما يلي:

ولحساب تسارع الجاذبية اعتمادًا على خط العرض الجغرافي للمنطقة، وبالتالي تحديد وزن الأجسام عند مستوى سطح البحر، اعتمد المؤتمر الجيوديسي الدولي الصيغة في عام 1930.

نقدم قيم تسارع الجاذبية لخطوط العرض المختلفة (عند مستوى سطح البحر):

عند خط العرض 45 درجة ("التسارع الطبيعي")

دعونا نفكر في كيفية تغير قوة الجاذبية كلما تعمقنا في الأرض. اسمحوا أن يكون متوسط ​​نصف قطر الكرة الأرضية. دعونا نفكر في قوة الجاذبية عند النقطة K، الواقعة على مسافة من مركز الأرض.

يتم تحديد الجذب عند هذه النقطة من خلال الفعل الكلي للطبقة الكروية الخارجية ذات السمك والمجال الداخلي لنصف القطر، وتبين الحسابات الرياضية الدقيقة أن الطبقة الكروية ليس لها أي تأثير على النقاط المادية الموجودة داخلها، حيث أن الجاذبية القوى الناجمة عن أجزائها الفردية متوازنة بشكل متبادل. وبالتالي، يبقى فقط عمل الجسم الكروي الداخلي الذي يبلغ نصف قطره، وبالتالي كتلة أقل من كتلة الكرة الأرضية.

لو أرضكانت موحدة في الكثافة، فسيتم تحديد الكتلة داخل الكرة بالتعبير

أين هو متوسط ​​كثافة الأرض. في هذه الحالة، فإن تسارع الجاذبية، الذي يساوي عدديًا القوة المؤثرة على وحدة الكتلة في مجال الجاذبية، سيكون مساويًا لـ

وبالتالي سوف يتناقص خطيًا عند اقترابه من مركز الأرض. إن تسارع الجاذبية له قيمته القصوى على سطح الأرض.

ومع ذلك، نظرًا لحقيقة أن نواة الأرض تتكون من معادن ثقيلة (الحديد والنيكل والكوبالت) ولها متوسط ​​كثافة أكثر من متوسط ​​كثافة القشرة الأرضية، فإن قرب سطح الأرض في البداية يزداد قليلاً مع العمق ويصل قيمتها القصوى على عمق حوالي أي ... عند حدود الطبقات العليا من القشرة الأرضية والقشرة الخام للأرض. علاوة على ذلك، تبدأ قوة الجاذبية في التناقص مع اقترابها من مركز الأرض، ولكن بشكل أبطأ إلى حد ما مما يتطلبه الاعتماد الخطي.

إن تاريخ إحدى الأدوات المصممة لقياس تسارع الجاذبية له أهمية كبيرة. في عام 1940 في المؤتمر الدوليقام علماء الجاذبية بفحص جهاز المهندس الألماني هالك. وخلال المناقشة، أصبح من الواضح أن هذا الجهاز لا يختلف بشكل أساسي عن ما يسمى بـ "المقياس العالمي" الذي صممه لومونوسوف ووصفه بالتفصيل في عمله "حول العلاقة بين كمية المادة والوزن"، المنشور عام 1757. تم تصميم جهاز لومونوسوف على النحو التالي (الشكل 49).

وهذا يجعل من الممكن مراعاة التغييرات الطفيفة جدًا في تسارع الجاذبية.

يؤثر تماما على جميع الهيئات في الكون قوة سحرية، يجذبهم بطريقة ما إلى الأرض (بشكل أكثر دقة إلى جوهرها). لا يوجد مكان للهروب، ولا مكان للاختباء من الجاذبية السحرية الشاملة لكوكبنا. النظام الشمسيلا تنجذب إلى الشمس الضخمة فحسب، بل تنجذب أيضًا إلى بعضها البعض، كما تنجذب جميع الكائنات والجزيئات والذرات الصغيرة بشكل متبادل. المعروف حتى للأطفال الصغار، بعد أن كرس حياته لدراسة هذه الظاهرة، أنشأ أحد أعظم القوانين - قانون الجاذبية العالمية.

ما هي الجاذبية؟

التعريف والصيغة معروفان منذ زمن طويل للكثيرين. ولنتذكر أن الجاذبية هي كمية معينة، وهي أحد المظاهر الطبيعية للجاذبية العامة، وهي: القوة التي ينجذب بها أي جسم نحو الأرض بشكل ثابت.

يُشار إلى الجاذبية بالحرف اللاتيني F الجاذبية.

الجاذبية: الصيغة

كيف تحسب الاتجاه نحو جسم معين؟ ما هي الكميات الأخرى التي تحتاج إلى معرفتها لهذا؟ إن صيغة حساب الجاذبية بسيطة للغاية، حيث يتم دراستها في الصف السابع بالمدرسة الثانوية، في بداية دورة الفيزياء. لكي لا نتعلمها فحسب، بل نفهمها أيضًا، ينبغي للمرء أن ينطلق من حقيقة أن قوة الجاذبية، التي تعمل دائمًا على الجسم، تتناسب طرديًا مع قيمتها الكمية (الكتلة).

سميت وحدة الجاذبية على اسم العالم العظيم نيوتن.

يتم توجيه قوة الجاذبية (الجاذبية) دائمًا نحو الأسفل، نحو مركز قلب الأرض، وبفضل تأثيرها تسقط جميع الأجسام إلى الأسفل بتسارع متساوٍ. ظاهرة الجاذبية في الحياة اليوميةنرى في كل مكان وباستمرار:

• الأشياء التي يتم إطلاقها عن طريق الخطأ أو عن عمد من الأيدي تسقط بالضرورة على الأرض (أو على أي سطح يمنع السقوط الحر) ؛
• فالقمر الصناعي الذي يتم إطلاقه في الفضاء لا يطير بعيدًا عن كوكبنا إلى مسافة غير محددة بشكل عمودي إلى الأعلى، بل يظل يدور في مداره؛
• كل الأنهار تنبع من الجبال ولا يمكن إرجاعها؛
• وأحيانا يسقط الإنسان ويصاب؛
• تستقر بقع صغيرة من الغبار على جميع الأسطح؛
• يتركز الهواء بالقرب من سطح الأرض؛
• من الصعب حمل الحقائب.
• يتساقط المطر من الغيوم ويتساقط الثلج والبرد.

جنبا إلى جنب مع مفهوم "الجاذبية"، يتم استخدام مصطلح "وزن الجسم". إذا تم وضع جسم على سطح أفقي مستو، فإن وزنه وجاذبيته متساويان عدديا، وبالتالي، غالبا ما يتم استبدال هذين المفهومين، وهذا ليس صحيحا على الإطلاق.

تسارع الجاذبية

يرتبط مفهوم "تسارع الجاذبية" (بمعنى آخر، بمصطلح "قوة الجاذبية". توضح الصيغة: لحساب قوة الجاذبية، تحتاج إلى ضرب الكتلة في g (تسارع الجاذبية) .

"g" = 9.8 نيوتن/كجم، هذه قيمة ثابتة. ومع ذلك، تظهر قياسات أكثر دقة أنه بسبب دوران الأرض، فإن قيمة تسارع سانت. n ليس هو نفسه ويعتمد على خط العرض: عند القطب الشمالي = 9.832 نيوتن/كجم، وعند خط الاستواء الحار = 9.78 نيوتن/كجم. اتضح أنه في أماكن مختلفة من الكوكب، يتم توجيه قوى الجاذبية المختلفة نحو الأجسام ذات الكتلة المتساوية (لا تزال الصيغة mg دون تغيير). بالنسبة للحسابات العملية، تقرر السماح بوجود أخطاء طفيفة في هذه القيمة واستخدام القيمة المتوسطة البالغة 9.8 نيوتن/كجم.

إن تناسب كمية مثل الجاذبية (الصيغة تثبت ذلك) يسمح لك بقياس وزن الجسم باستخدام مقياس القوة (على غرار الأعمال المنزلية العادية). يرجى ملاحظة أن الجهاز يظهر القوة فقط، حيث يجب معرفة قيمة g الإقليمية لتحديد وزن الجسم الدقيق.

هل تؤثر الجاذبية على أي مسافة (قريبة وبعيدة) من مركز الأرض؟ وافترض نيوتن أنه يؤثر على جسم حتى على مسافة كبيرة من الأرض، لكن قيمته تتناقص بشكل عكسي مع مربع المسافة من الجسم إلى نواة الأرض.

الجاذبية في النظام الشمسي

هل هناك تعريف وصيغة بخصوص الكواكب الأخرى التي تظل ذات صلة؟ مع اختلاف واحد فقط في معنى "g":

• على القمر = 1.62 نيوتن/كجم (أقل بست مرات من الأرض)؛
• على نبتون = 13.5 نيوتن/كجم (ما يقرب من مرة ونصف أعلى من الأرض)؛
• على المريخ = 3.73 نيوتن/كجم (أقل مرتين ونصف مما هي عليه على كوكبنا)؛
• وفي زحل = 10.44 نيوتن/كجم؛
• على الزئبق = 3.7 ن/كغ؛
• على كوكب الزهرة = 8.8 نيوتن/كجم؛
• على أورانوس = 9.8 نيوتن/كجم (تقريبًا نفس ما لدينا)؛
• على كوكب المشتري = 24 نيوتن/كجم (أعلى مرتين ونصف تقريبًا).