سقوط الأجسام كيف يؤثر وزن الجسم في سرعة سقوطه .سنتعرف في هذا الدرس إن شآءالله عن:
• مقدمة عامة عن المقادير الفيزيائية وتآثر السرعة بالوزن
• قانون الجاذبية الأرضية.
• كيف اكتشفت الجاذبية الأرضية.
• القُوى المؤثرة في سرعة سقوط الأجسام.
• السقوط الحرّ.
• قانون السقوط الحر لنيوتن.
• سقوط الأجسام داخل الغلاف الجوي.
• تأثير مقاومة الهواء على عرقلة حركة الأجسام وتقليل سرعتها.
كيف يؤثر وزن الجسم في سرعة سقوطه
يعد الوزن من أهم المقادير الكمية الفيزيائية في كثير من العلوم وخصوصاً الفيزياء والكيمياء وماشابه ذلك
وقد أجرى العلماء الكثير من الدراسات والتجارب والاستكشافات حوول الوزن والكتلة وعلاقة الجاذبية الأرضية بهما وكيفية تآثيرهم على سرعة الأجسام والتسارع العام للأجسام والأشياء وعلاقة كل ماسبق بكوكب الأرض والتغيرات التي تطرأ على الأجسام.
في حال تغيير الكوكب ومكان الأشياء والأجسام وبيئته مثل آخذ عينات أو أجسام من الأرض إلى سطح القمر أو إلى كوكب المريخ وغيره فسنلاحظ أن المقادير الفيزيائية والكمية السابقة سوف تتغير بس تغير البيئة المحيطة بالأجسام.
وبالتالي تغير الجاذبية الأرضية وهي السبب الرئيسي لتغير أوزان وسرع الأجسام من كوكب إلى كوكب .نستنتج مما سبق ترابط المقادير الفيزيائية السابقة ببعضها حيث تغير مقدار واحد يؤثر ويغير المقادير الآخرى كقيمة الجاذبية.
قانون السقوط الحر لنيوتن
قانون الجاذبية الأرضية كشف العالم إسحاق نيوتن قانون الجاذبية الأرضية التي تخضع له جميع الأجسام على سطح الأرض، فكشف هذا القانون كيفية سقوط الأجسام على سطح الأرض بشكل عمودي ونحو الأسفل دوماً ، وبعض المعتقدات والأفكار التي لدى الناس بخصوص الأجسام وكيفية سقوطها على سطح الأرض، ومن ضمن هذه المعتقدات كيفية تأثير وزن الأجسام في سرعة سقوطها، وهي ما سنتحدث عنه في هذا الموضوع اليوم .
لا تتأثر على الإطلاق بسرعة سقوط الأجسام، فتسارُع سقوط جميع الأجسام على سطح الأرض هي 9.8١ متر/ثانية مربعة وهي ثابت الجاذبية الأرضية مهما كان شكل هذا الجسم أو حجمه أو كثافته أو وزنه. ففرضاً لو أنّنا قمنا بإلقاء جسمين كالريشة والسيارة في الوقت نفسه، فإنّهما سيصلان إلى الأرض في الوقت ذاته. عندما تكون الجاذبية الأرضية هي الأمر الوحيد المؤثر عليهما ولكن يوجد قوى مؤثرة آخرى وظروف آخرى أيضاً تساهم في وصول الجسم الأعلى وزناً والأكبر قوة ثقل بالوصول أولاً وهذا ما يشابه قوة الدفع أو قوة الضغط بالجسم الأعلى وزناً يساهم وزنه في دفعه وضغطه نحو سطح الأرض بشكل شاقول باتجاه الأسفل دوماً .
سقوط الأجسام كيف اكتشفت الجاذبية الأرضية:
اكتشفت الجاذبية الأرضية من خلال مشهد حصل مع أسحاق نيوتن وهي القصة الشهيرة والمعرفة عند الجميع عندما كان جالساً تحت شجرة التفاح فسقطت تفاحة من الشجرة وضربت رأسه هنا لاحظ أنها نزلت عمودية نحو الأسفل إلى سطح الأرض وحلل هذا المشهد فيزيائياً ورياضياً حتى وجد الجاذبية الأرضية وهي التي تجذب الجسم أياً كان حجمه ووزنه ومواصفاته وخواصه نحو الأسفل دوماً . شاقولياً وعمودياً نحو الأسفل ومن خلالها أوجد الكثير من النظريات والقوانين التي صنعت نقلة نوعية في عالم الفيزياء.
سنتحدث ونتطرق لهذه الأمور لاحقاً إن شآءالله.
القوى المؤثرة على سرعة سقوط الأجسام:
القُوى المؤثرة في سرعة سقوط الأجسام إنّ جميع الأجسام على سطح الأرض لا تتأثر بقوةٍ واحدةٍ فقط، فتتأثر جميع الظواهر والأحداث على سطح الأرض بالعديد من القوى والضغوط والإجهادات المختلفة. سواء كان هذا الأمر في الطبيعة أو حياة الإنسان أو العلوم، وكذلك الأمر في سرعة سقوط الأجسام.
فالجاذبية الأرضية لا تعدّ المؤثر الوحيد على كيفية وسرعة سقوط الأجسام والأشياء المحيطة بنا على سطح الأرض. بل إنّه يوجد عاملٌ آخر هامٌّ جداً في هذه العملية، وهو الذي يسبب التفاوت في سرعة سقوط الأجسام على سطح الأرض. وهذا العامل هو مقاومة الهواء، فمقاومة الهواء هي ما يحدث نتيجة تصادم جزيئات الهواء المنتشرة في الجو بالأجسام المختلفة داخل الغلاف الجوي كتآثير الهواء على السيارة وهي تسير أو عند قيادتك للدراجة بسرعة عالية. ستلاحظ إن مقاومة الهواء تمنعك من الحركة وتدفعك نحو الخلف وكلما زادت قلة سرعتك وكذلك الأجسام التي تسقط من ارتفاع معين ستقاومها الهواء حتى تصل لسطح الأرض.
وهذه المقاومة تساعد الطيارين واللذين يرمون انفسهم من الطائرات ومن الارتفاعات العالية عبر استخدام المظلة. فمقاومة الهواء تدفعه وترفعه نحو الأعلى وقوة ثقله ووزنه تتدفعه نحو الأسفل نحو سطح الأرض بالتجاه المعاكس دوماً ويتأثر مقدار مقاومة الهواء للأجسام الساقطة على سطح الأرض بعددٍ من العوامل المختلفة، ولكنها تتأثر،
فالأجسام التي تسير بسرعةٍ أكبر تتعرض لمقاومةٍ أعلى من الهواء وكلما زاد السطح المعرض لمقاومة الهواء قلة سرعته وأصبح يوجد ضياعات في الطاقة لذلك لو لاحظنا القطارات السريعة والمكروباص السريع.
نلاحظ السطح المعرض للهواء من مقدمة هذه المركبة صغير جداً لكي لامانع مقاومة الهواء حركته وتعيقها وتقلل سرعته ويصبح يحتاج إلى قوة جر محرك أعلى وطاقة واستطاعة أعلى لكي يحقق السرعة المطلوبة ويتغلب على مقاومة الهواء.
وبالتالي حرق ووقود أعلى وتكاليف أضافية وفي بعض الحالات يتم تغيير محرك هذه المركبة بمحرك استطاعته أعلى وعدد الأحصنة البخارية فيه أعلى لكي يحقق الغاية المطلوبة.
يمكن تجنب هذه الأمور بتصغير السطح الأمامي للقطار أو للمركبة السريعة وتمييل هذه السطح إلى الوراء قدر الإمكان لتقليل مقاومة وضغط الهواء قدر الإمكان فعند تميل السطح الأمامي من مقدمة المركبة يصبح السطح أصغر ومقاومة الهواء له أصغر أيضاً.
سقوط الأجسام داخل الغلاف الجوي:
السقوط الحرّ عند سقوط الأجسام داخل الغلاف الجوي سقوطاً حرّاً فإنّ الهواء يستمر في مقاومة هذه الأجسام في اتجاهٍ معاكسٍ لاتجاه سقوطها. حتى يتساوى مقدار قوة مقاومة الهواء مع مقدار القوة المؤثرة في الأجسام ونحصل على توازن الأجسام ، والتي تسبب سقوطها نحو سطح الأرض هي وزنها، وخلال هذه المدة تبقى الأجسام تكسب تسارعاً مساوياً لمقدار تسارع الجاذبية الأرضية وهي حوالي ١٠ حتى يصبح تسارعها صفراً وبالتالي تكسب سرعةً ثابتةً أثناء سقوطها.
وعلى افتراض نزول جسمين بوزنين مختلفين أحدهما أثقل وأعلى وزناً من الآخر ، فإنّ الجسم ذا الوزن الأقل سيصل إلى حالة الاستقرار والسكون النسبي وحالة التوازن حسب قانون نيوتن الثاني بوقتٍ أقصر من الجسم الأكثر وزناً، ولهذا سيكسب سرعةً أقلّ من الجسم الآخر وينزل بشكل بطيء نحو سطح الأرض وخصوصاً الأجسام الخفيفة جداً كالأكياس البلاستيكية والأوراق فإنها تحتاج لوقت كبير لتصل إلى سطح الأرض لأن قوة مقاومة الهواء تساوت تقريباً مع قوة وزن هذه الورقة أو هذا الكيس البلاستيكي .
سنتكلم في هذا الموضوع بشكل أوسع مع حل بعض المسائل والتمارين الهامة عليه في الدروس القادمة إن شآءالله.
للمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع أقرأ المقالات التالية:
• كيفية حساب الوزن اعتماداً على قيمة الكتلة والحجم
• كيفية حساب الكتلة اعتمادًا على الكثافة والحجم والأوزان.
شاهد ايضاً علم الفيزياء ودراساته وتخصصاته وارتباطه الوثيق بباقي العلوم.
أتمنى أن أكون قد قدمت الفائدة العلمية عن كيفية حساب السرعة مع علاقتها بالكتلة والجاذبية الأرضية ودور مقاومة الهواء في التأثير على سرعة الأجسام وتقليلها ومقاومة القوة التي تسبب حركة الأجسام
لا تنسوا الإعجاب بموقعنا المتواضع ومشاركتنا أرآكم في قسم التعليقات في الأسفل لدعمنا والمساهمة في نشر المعلومات والمواضيع الهامة والمفيدة لا تنسونا من صالح دعائكم.
دمتم في أمان الله والسلام عليكم ورحمة الله.
