Table of Contents
كلنا قد سمعنا بقصة التفاحة التي سقطت والعالم نيوتن ، ومن خلالها بدأ البحث عن قانون الجاذبية ، لنتعرف في هذا المقال على مكتشف قانون الجاذبية والمعادلة الرياضية التي وضعها لحساب الجاذبية.
مكتشف قانون الجاذبية الأرضية, وقوانين الحركة هو العالم اسحاق نيوتن، إليك كيف تم اكتشافه هذا .
مكتشف قانون الجاذبية الأرضية
ولد اسحق نيوتن مكتشف قانون الجاذبية الأرضية في قرية وولثورب بانكلترا , وكان الابن الوحيد لموظف محلي , لم يكن من المتوقع أن يعيش نيوتن , لأنه كان طفل ضعيف وصغير.
كما أنه حرم من الأب قبل ولادته لأن والده توفي قبل ولادته بثلاثة أشهر , فانفصل اسحاق فعلياً عن والدته عندما تزوجت مرة ثانية من الوزير الميسور برناباس سميث, فقاموا بترك اسحاق نيوتن عند جدته وانتقلوا إلى قرية مجاورة لتربية أبنائهم وذلك لمدة تسع سنوات, (حتى وفاة برناباس سميث عام 1653) .
فكان نيوتن قلقاً للغاية ولم يكن يشعر بالأمان فسرعان ما قررت والدته بعد ترملها للمرة الثانية بأن يقوم ابنها البكر بإدارة جميع ممتلكاتها, وهذا سيكون كارثة بالنسبة للممتلكات أو حتى بالنسبة لنيوتن, فكان من المقرر عليه أن يراقب الماشية, فكان يلتف تحت شجرة مع كتاب يقرأه, حتى جاءه الحظ وأعيد للمدرسة في جرانثام, حيث درس بالفعل للتحضير لدخول الجامعة, وقد عرفته المدرسة بقدرته الميكانيكية ومهارته في بناء نماذج من الآلات , مثل الساعات وطواحين الهواء.
وكما أنه اكتسب إتقانا صارماً للغة اللاتينية, وبحلول يونيو عام 1661, كان جاهزاً للتسجيل في كلية ترنيتي, كامبريدج, وهو أكبر سناً إلى حد ما من الطلاب الجامعيين الآخرين وذلك بسبب تعليمه المتقطع. بدأ نيوتن تعليمه العالي هناك.
حقق اسحاق نيوتن اختراقاً في المفاهيم من خلال التعرف على نوعين مختلفين من الحركة, موحدة ومتسارعة, ولقد عرّف القوة على أنها ظاهرة تؤدي إلى تسريع جسم ما , وطبق هذا التعريف على دراساته الخاصة في الجاذبية , واصفاً إياها بأنها قوة جاذبة توجد بين أي كتلتين في أي مكان في الكون.
ذات صلة :
كيف اكتشف نيوتن قانون الجاذبية
ضرب الطاعون انكلترا , خلال الفترة الممتدة بين عام 1665إلى عام 1666, وكانت تلك هي الفترة التي ذهب فيها نيوتن إلى مزرعة عائلته نتيجة إغلاق جامعة كامبريدج , في المزرعة كان لديه عام ونصف للتفكير والتفكير الطويل في الأشياء التي تعلمها من قوانين كيبلر, وأفكار غاليليو, والمفاهيم الأخرى التي درسها كطالب جامعي في كامبريدج. خلال تلك السنوات ,فجر اكتشافاً رائعاً حين كان يستنتج وصفاً رياضياً لقوة الجاذبية العالمية .
اما بالنسبة لمعاصري نيوتن , كانوا يعتقدون بأن الجاذبية هي قوة أرضية, أي كان يقتصر على الأشياء القريبة من سطح الأرض, أما ما اكتشفه نيوتن في بستان التفاح العائلي , هو أن الجاذبية قوة عالمية. يمتد على طول الطريق إلى الكواكب, والقمر والنجوم وابعد. حيث نظر العالم الشاب لأعلى ليرى تفاحة تنضج على الشجرة, وفوقها رأى القمر في مداره, فجاء تقدم نيوتن العظيم ليدرك بأنه هناك قوة فردية تطبق على كلا هذين الجسمين.
فأخذ يتساءل لماذا لا يسقط القمر؟ الاكتشاف برمته كان بسبب سقوط التفاحة , حث كان نيوتن جالساً في الحديقة يفكر في الكون وكيف يعمل و ويفكر في الفرق بين التفاحة والقمر, ولماذا تسقط التفاحة ولكن القمر لا يسقط؟ فحاول اكتشاف اللغز الذي يكمن وراء هذه القضية.
وفي النهاية وبعد بحث دقيق ودراسة دقيقة وجد الجواب الذي كان جوهر فكرة نيوتن وهي كالتالي: عندما تنضج التفاحة , تسقط على الأرض, للأسفل مباشرةً , ولكن إذا التقط شخص ما تلك التفاحة, وألقى بها جانباً بقدر معين من السرعة الأفقية, فإن التفاحة تتخذ مساراً مكافئاً (وذلك كما يقول جاليليو) . وكلما زادت صعوبة رمي التفاحة , زادت المسافة الأفقية التي تتبناها وبالتالي تقطع مسافة أبعد.
ما أدركه نيوتن هو أنه إذا ألقيت التفاحة بقوة كافية, فسوف تذهب إلى المدار وبالتالي سوف تسقط باستمرار. أما بالنسبة للقمر عندما يسقط فإنه سيتحرك أفقياً وسيستمر في الدوران حول الأرض. فهو يدور حول الأرض ويسقط باستمرار, لكن لديه سرعة كافية أفقية لإبقائه في مداره و نفس الشيء يحدث مع أي كوكب, مع أي قمر أيضاً, أو مع أي شيء يدور حول الشمس , أو أي شيء يدور حول الأرض.
ذات صلة :
- قانون نيوتن الثالث: شرح عملي ومبسط بالأمثلة مع فيديو توضيحي
- قانون نيوتن الثاني: فيديو مع شرح مبسط وأمثلة عملية من الحياة اليومية
المعادلة الرياضية للجاذبية
إن مفهوم نيوتن للجاذبية النوعية والكمية بسيط. حيث أنه اشتق معادلة رياضية لشرح هذه القوة, ووصف القوة من حيث أربع كميات قابلة للقياس.
المتغير الأول هو كتلة الجسم .
المتغير الثاني هو كتلة الجسم الثاني.
المتغير الثالث هو المسافة بين هذين الكائنين.
وأخيراً هناك القوة ( قوة الجاذبية) التي تترتب على ذلك , وهذه هي المعادلة التي توصل إليها نيوتن, فقال:
(قوة الجاذبية الأرضية × كتلة الجسم الأول الثابتة× كتلة الجسم الثاني) ÷ مربع المسافة الفاصلة بينهما.
وبالتالي توجد قوة جاذبية جاذبة بين أي جسمين , تتناسب طردياً مع ناتج ضرب كتلتيها, مقسومة على مربع المسافة بينهما.
كيف تعمل معادلة نيوتن
استخدم نيوتن تفكيراً رياضياً معقداً إلى حد ما, فقال : إذا كان هناك أس أقل من 2 , فإنه يؤدي إلى مدار يتحلل بثبات , لأن القوة لا تسقط بشكل كافٍ مع زيادة المسافة. وإذا كان هناك أس أكبر من 2,على سبيل المثال (2.2أو 2.1) , فإنه يسمح للجسم الذي يدور في المدار بالهروب , وذلك لأن القوة تنخفض بسرعة كبيرة ويستمر الجسم في التحرك نحو الخارج.
تكشف معادلة نيوتن القوية أن قوة الجاذبية متساوية يتم اختبارها من قبل أي جسمين, على سبيل المثال , الأرض والقمر . ففي الواقع عندما تسقط تفاحة على الأرض, تسقط الأرض أيضاً مسافة صغيرة باتجاه التفاحة. (وهذا نوع من قانون الرافعة هنا). ولشرح المزيد عن هذا الأمر, تخيل لعبة الأرجوحة بين طفلين لا يزنان نفس الشيء , والأثقل وزناً يجب أن يجلس بقرب نقطة الارتكاز تلك, والطفل الأبعد يواجه حركة أكبر بكثير على الأرجوحة.
انظر أيضاً :
قوانين نيوتن الثلاثة للحركة
كان تحليل إسحاق نيوتن مكتشف أن قانون الجاذبية متجذراً في فهمه للعلاقة بين الحركة والقوة, وفقاً لهذا الفهم اقترح نيوتن ثلاثة قوانين للحركة:
القانون الأول: الحركة الموحدة , وهي جسم يتحرك بسرعة ثابتة في اتجاه ثابت, أو كائن في وضع السكون جالساً على طاولة, (على سبيل المثال). ينص هذا القانون على أنه لا شيء يحدث دون قوة, ويبقى الجسم في حركة موحدة ما لم يتم التصرف به بتطبيق قوة عليه.
القانون الثاني: حركة التسارع, وهي أي تغيير إما في سرعة الجسم أو في اتجاه حركته. كمثال( الحركة الدائرية غير المنتظمة) بسرعة ثابتة هي التسارع. يضع هذا القانون الفكرة بأكملها من الناحية الكمية. حيث يقول بأن القوة تساوي الكتلة , مضروبة في التسارع, ويمكن إدخال الأرقام في هذه المعادلة.
القانون الثالث: يقدم فكرة أن القوى تعمل في أزواج, حيث تحدث قوى متساوية وقوى معاكسة في وقت واحد. فعندما تضغط على جسم ما , فإنه يدفعك للخلف بنفس القوة وفي نفس الوقت.
وإن تعريف القوة وفقاً لقوانين نيوتن للحركة هي: ظاهرة تدفع الأشياء إلى التحرك إما بسرعة ثابتة أو متسارعة.
للمزيد من التفاصيل :
المراجع :
