تسارع الجاذبية: ما هو وكيفية قياسه وتمارينه - جسدي - بدني - 2025

و تسارع الجاذبية يعرف أو الجاذبية التسارع كما شدة مجال الجاذبية للأرض. أي القوة التي يمارسها على أي جسم لكل وحدة كتلة.

يُشار إليه بالحرف المألوف الآن وقيمته التقريبية بالقرب من سطح الأرض هي 9.8 م / ث ². قد تختلف هذه القيمة قليلاً حسب خط العرض الجغرافي وكذلك مع الارتفاع فيما يتعلق بمستوى سطح البحر.

رائد فضاء يسير في الفضاء على سطح الأرض. المصدر: Pixabay

تسارع الجاذبية ، بالإضافة إلى الحجم السابق ، له اتجاه وإحساس. في الواقع ، يتم توجيهه عموديًا نحو مركز الأرض.

مجال الجاذبية للأرض. المصدر: المصدر: Sjlegg

يمكن تمثيل مجال الجاذبية للأرض كمجموعة من الخطوط الشعاعية التي تشير إلى المركز ، كما هو موضح في الشكل السابق.

ما هي عجلة الجاذبية؟

قيمة تسارع الجاذبية على الأرض أو على أي كوكب آخر تعادل شدة مجال الجاذبية الذي ينتجه ، والذي لا يعتمد على الأجسام المحيطة به ، ولكن فقط على كتلته ونصف قطره.

غالبًا ما يتم تعريف تسارع الجاذبية على أنه التسارع الذي يواجهه أي جسم في السقوط الحر بالقرب من سطح الأرض.

من الناحية العملية ، هذا ما يحدث دائمًا تقريبًا ، كما سنرى في الأقسام التالية ، حيث سيتم استخدام قانون نيوتن للجاذبية العالمية.

يُقال إن نيوتن اكتشف هذا القانون الشهير أثناء تأمله في سقوط الأجسام تحت الشجرة. عندما شعر بضربة التفاحة على رأسه ، عرف على الفور أن القوة التي تجعل التفاحة تسقط هي نفسها التي تجعل القمر يدور حول الأرض.

قانون الجاذبية الكونية

سواء كانت أسطورة التفاحة صحيحة أم لا ، أدرك نيوتن أن حجم قوة الجاذبية بين أي جسمين ، على سبيل المثال بين الأرض والقمر ، أو الأرض والتفاحة ، يجب أن يعتمد على كتلتهما.:

خصائص قوة الجاذبية

قوة الجاذبية دائما جذابة. أي أن الجسمين اللذين يؤثران عليهما يجذبان بعضهما البعض. العكس غير ممكن ، لأن مدارات الأجرام السماوية مغلقة أو مفتوحة (المذنبات ، على سبيل المثال) ولا يمكن للقوة الطاردة أن تنتج مدارًا مغلقًا. لذلك تجذب الجماهير بعضها البعض دائمًا ، مهما حدث.

إن التقريب الجيد إلى حد ما للشكل الحقيقي للأرض (م ₁) والقمر أو التفاحة (م ₂) هو افتراض أنها كروية الشكل. الشكل التالي هو تمثيل لهذه الظاهرة.

قانون نيوتن للجاذبية العالمية. المصدر: أنا دينيس نيلسون

هنا _{يتم تمثيل} كل من القوة التي تمارسها م ₁ على م ₂ والقوة التي تمارسها م ₂ على م ₁ ، كلاهما متساويان في الحجم وموجهان على طول الخط الذي يربط بين المراكز. لا يتم إلغاؤها ، حيث يتم تطبيقها على كائنات مختلفة.

في جميع الأقسام التالية ، يُفترض أن الكائنات متجانسة وكروية ، وبالتالي يتطابق مركز جاذبيتها مع مركزها الهندسي. يمكن افتراض الكتلة الكاملة المركزة هناك.

كيف يتم قياس الجاذبية على الكواكب المختلفة؟

يمكن قياس الجاذبية بمقياس الجاذبية ، وهو جهاز يستخدم لقياس الجاذبية المستخدمة في المسوحات الجيوفيزيائية. إنها حاليًا أكثر تعقيدًا من النسخ الأصلية ، لكنها في البداية كانت تستند إلى البندول.

يتكون البندول من حبل رفيع وخفيف وغير مرن طوله L. ويتم تثبيت أحد طرفيه على دعامة وكتلة م معلقة من الطرف الآخر.

عندما يكون النظام في حالة توازن ، تتدلى الكتلة عموديًا ، ولكن عندما تنفصل عنها ، فإنها تبدأ في التذبذب ، وتنفذ حركة ذهابًا وإيابًا. الجاذبية هي المسؤولة عن ذلك. لكل ما يلي ، من الصحيح افتراض أن الجاذبية هي القوة الوحيدة المؤثرة على البندول.

الفترة T لتذبذب البندول للتذبذبات الصغيرة تعطى بالمعادلة التالية:

جرب لتحديد قيمة

المواد

- 1 كرة معدنية.

- حبل بعدة أطوال مختلفة على الأقل 5.

- شريط قياس.

- الناقل.

- ساعة التوقيف.

- دعامة لتثبيت البندول.

- ورق رسم بياني أو برنامج كمبيوتر مع جدول بيانات.

معالجة

1. حدد أحد الأوتار وقم بتجميع البندول. قس طول الخيط + نصف قطر الكرة. سيكون هذا هو الطول L.
2. قم بإزالة البندول من وضع التوازن بحوالي 5 درجات (قم بقياسه بالمنقلة) واتركه يتأرجح.
3. ابدأ في نفس الوقت بساعة الإيقاف وقياس وقت 10 اهتزازات. اكتب النتيجة.
4. كرر الإجراء أعلاه للأطوال الأخرى.
5. أوجد الوقت الذي يستغرقه البندول في التأرجح (قسّم كل من النتائج المذكورة أعلاه على 10).
6. قم بتربيع كل قيمة تم الحصول عليها للحصول على T ²
7. على ورقة الرسم البياني ، قم برسم كل قيمة من قيم T ² على المحور الرأسي ، مقابل القيمة الخاصة بـ L على المحور الأفقي. كن متسقًا مع الوحدات ولا تنسَ أن تأخذ في الاعتبار سوء تقدير الأدوات المستخدمة: شريط قياس وساعة توقيت.
8. ارسم أفضل خط يناسب النقاط المرسومة.
9. أوجد ميل هذا الخط باستخدام نقطتين تنتمي إليه (وليس بالضرورة نقاط تجريبية). أضف الخطأ التجريبي.
10. يمكن تنفيذ الخطوات المذكورة أعلاه باستخدام جدول بيانات وخيار إنشاء خط مستقيم وملائمته.
11. من قيمة المنحدر لمسح قيمة g مع عدم اليقين التجريبي الخاص بها.

القيمة القياسية لـ

القيمة القياسية للجاذبية على الأرض هي: 9.81 م / ث ² ، عند خط عرض 45 درجة شمالًا وعند مستوى سطح البحر. نظرًا لأن الأرض ليست كرة مثالية ، فإن قيم g تختلف قليلاً ، وتكون أعلى عند القطبين وأقل عند خط الاستواء.

أولئك الذين يرغبون في معرفة القيمة في منطقتهم يمكنهم العثور عليها محدثة على الموقع الإلكتروني لمعهد المقاييس الألماني PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) ، في قسم نظام معلومات الجاذبية (GIS).

الجاذبية على القمر

تم تحديد مجال الجاذبية للقمر من خلال تحليل الإشارات الراديوية من المسابير الفضائية التي تدور حول القمر الصناعي. قيمتها على سطح القمر 1.62 م / ث ²

الجاذبية على المريخ

تعتمد قيمة g _P لكوكب ما على كتلته M ونصف قطره R كما يلي:

هكذا:

بالنسبة إلى كوكب المريخ ، تتوفر البيانات التالية:

م = 6.4185 × 10 ²³ كجم

R = 3390 كم

G = 6.67 × ^10-11 نانومتر ² / كجم ²

بهذه البيانات ، نعلم أن جاذبية المريخ تبلغ 3.71 م / ث ². بطبيعة الحال ، يمكن تطبيق نفس المعادلة مع بيانات القمر أو أي كوكب آخر وبالتالي تقدير قيمة جاذبيته.

تمرين حل: سقوط التفاحة

افترض أن كلا من الأرض والتفاحة كروية الشكل. كتلة الأرض م = 5.98 × 10 ²⁴ كجم ونصف قطرها R = 6.37 × 10 ⁶ م. كتلة التفاح م = 0.10 كجم. افترض أنه لا توجد قوة أخرى سوى قوة الجاذبية. من قانون نيوتن للجاذبية الكونية تجد:

أ) قوة الجاذبية التي تمارسها الأرض على التفاحة.

ب) التسارع الذي تشعر به التفاحة عند إطلاقها من ارتفاع معين ، وفقًا لقانون نيوتن الثاني.

المحلول

أ) التفاحة (يفترض أنها كروية ، مثل الأرض) لها نصف قطر صغير جدًا مقارنة بنصف قطر الأرض وهي مغمورة في مجال الجاذبية. من الواضح أن الشكل التالي ليس مقياسًا ، ولكن يوجد رسم تخطيطي لمجال الجاذبية g ، والقوة F التي تمارسها الأرض على التفاحة:

مخطط يوضح سقوط التفاحة في محيط الأرض. حجم التفاحة وارتفاع السقوط لا يكاد يذكر. المصدر: عصامي.

من خلال تطبيق قانون نيوتن للجاذبية العالمية ، يمكن اعتبار المسافة بين المراكز تقريبًا نفس قيمة نصف قطر الأرض (الارتفاع الذي تسقط منه التفاحة لا يكاد يذكر مقارنة بنصف قطر الأرض). هكذا:

ب) وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، فإن مقدار القوة المؤثرة على التفاحة هو:

F = أماه = ملغ

الذي قيمته 0.983 N ، حسب الحساب السابق. معادلة كلتا القيمتين ثم حل مقدار التسارع ، نحصل على:

ملغ = 0.983 نيوتن

جم = 0.983 نيوتن / 0.10 كجم = 9.83 م / ث ²

هذا تقدير جيد جدًا للقيمة القياسية للجاذبية.

المراجع

1. جيانكولي ، د. (2006). الفيزياء: مبادئ مع تطبيقات. الطبعة السادسة. برنتيس هول. 118-122.
2. هيويت ، بول. (2012). العلوم الفيزيائية المفاهيمية. الطبعه الخامسة. بيرسون. 91-94.
3. ريكس ، أ. (2011). أساسيات الفيزياء. بيرسون. 213-221.