مثال تسريع الجاذبية: رؤى مفصلة


يوضح مثال تسارع الجاذبية تسارع السقوط الحر لجسم ما باتجاه الأرض. تتناول المقالة الرؤى التفصيلية حول مثال تسارع الجاذبية المذكور أدناه:

الأجسام المتساقطة

دعنا نستكشف مثال تسارع الجاذبية الذي يوضح تسارع الجاذبية على الأجسام الساقطة.

عندما نحرر الكرة من ارتفاع معين إلى الأرض ، فإنها تتسارع إلى أسفل بسبب قوة الجاذبية. لنفترض أنه لا يوجد شيء آخر أنواع القوات العمل على كرة ساقطة بخلاف الجاذبية. في هذه الحالة ، تسقط بقيمة تسارع جاذبية ثابتة قدرها 9.8 م / ث 2 ، والتي يتم تحديدها بواسطة قوانين نيوتن.  

مثال على تسارع الجاذبية لتسريع السقوط الحر
تسارع الجاذبية
على سقوط الكرة
(ائتمان: شترستوك)

حالة 1: عندما نرمي الكرة أفقيًا على الأرض ، تزداد سرعتها باستمرار ، إلا أنها تزعج الأشياء الأخرى. إذا احتفظنا بالكرة قبل رميها ، فهي السرعة صفر. يبدأ في الزيادة بعد إطلاقه نحو الأرض. كلما زاد الارتفاع من إطلاق الكرة ، زادت سرعة انتقالها.

نظرًا لعدم وجود اتصال أو قوة اتصال مثل مقاومة الهواء or القوة الكهرومغناطيسية تعمل قوة الجاذبية على تحريك الكرة ، وتنتج تسارع جاذبية ثابتًا أثناء التحرك على طول الأرض ونحوها.

حالة 2: لنفترض أننا ألقينا نفس الكرة عموديًا في الهواء. إنه تزيد السرعة أولاً ثم تنخفض إلى الصفر لأن الكرة تتوقف على ارتفاع معين. عندما يتحرك جسم ما بعيدًا عن الأرض ، تنخفض سرعته بسبب مقاومة الهواء أو مقاومة الهواء.

ولكن بمجرد أن يتغلب وزن الكرة أو قوة الجاذبية على مقاومة الهواء ، فإن الكرة تعكس الاتجاه وتسقط نحو الأرض مع تسارع الجاذبية المستمر.

تسارع الجاذبية هو تسارع السقوط الحر الثابت الذي يختبره الجسم عندما تعمل قوة الجاذبية فقط بسبب وزنه ملغ.

اقرأ المزيد عن تسريع الجاذبية.

الوزن

دعنا نستكشف العديد من أمثلة تسارع الجاذبية التي توضح تسارع الجاذبية بسبب الوزن.

افترض أننا أسقطنا قطعة من الريش وكرة في نفس الوقت. بالطبع ، تتسارع الكرة بسرعة بسبب وزنها الثقيل. للريشة وزن صغير لا يستطيع التغلب على مقاومة الهواء مما يقلل من تسارعها من تسارع الجاذبية المستمر. 

مثال تسريع الجاذبية لأوزان مختلفة
تسارع الجاذبية بسبب الوزن
(ائتمان: شترستوك)

الكتلة هي كمية فيزيائية تقيس مسألة كائن، في حين أن الوزن يقيس إلى أي مدى يمكن أن يتسارع جسم له كتلة عندما لا تؤثر عليه قوى أخرىهذا هو السبب في أن قوة الجاذبية تسمى أيضًا قوة الوزن.

عندما تنمو الفاكهة على الأشجار ، فإنها تتدلى من الأغصان لفترة طويلة جدًا. وذلك لأن وزنه غير قادر على أن يخلف مقاومة الهواء للجو المحيط. ولكن بمجرد أن تنمو الثمرة أكثر ، تزداد كتلتها أيضًا ، وكذلك وزنها الذي يتغلب على مقاومة الهواء ؛ تسقط الثمرة أخيرًا نحو الأرض.

الصخرة الصخرية لها كتلة أكبر من كتلة الرخام وتُظهر قوة جاذبية أكثر حيوية. لكنها تظهر أيضًا احتكاكًا أكبر عندما يحدث ذلك لفات or الشرائح على سطح الأرض ، مما يعارض حركتها. هذا هو سبب تسارع الصخرة بمعدل مساوٍ لتسارع الرخام الخفيف.

لنفترض أننا أسقطنا الريش والزجاجة في وقت واحد في فراغ حيث لا توجد مقاومة للهواء أو احتكاك ؛ كلاهما سوف يسقط عند تسارع الجاذبية الثابت لأن هناك قوة واحدة تعمل على كليهما. أي قوة الجاذبية.

اقرأ المزيد عن تسارع الجاذبية بدون كتلة.

عدم الوزن

دعنا نستكشف مثال تسارع الجاذبية الذي يوضح حالة انعدام الوزن في الفضاء.

يشعر رواد الفضاء "بانعدام الوزن" وهم يدورون داخل مكوك الفضاء حول الأرض. وذلك لأن تسارع الجاذبية يعتمد فقط على الكتلة الكبيرة للأرض ولا يعتمد على الكتل الصغيرة لرواد الفضاء ؛ ومن ثم تلغي كتلها الصغيرة أثناء تحديد قيمة g.  

مثال على تسارع الجاذبية لانعدام الوزن
انعدام الوزن -
تسارع الجاذبية في الفضاء
(ائتمان: شترستوك)

هل لاحظت أي أجسام حرة تطفو داخل مكوك الفضاء؟ الشرط يسمى "عدم الوزن". إذا أسقط رائد فضاء جهازًا صغيرًا داخل المكوك ، فإنه يتسارع نحو الأرض. لكن رائد الفضاء يتسارع بمعدل مماثل ؛ بحيث يظل الجهاز الساقط في نفس الموضع بالنسبة لرائد الفضاء.

تمارس الأرض ذات الكتلة الكبيرة قوة الجاذبية على المكوك. منذ المكوك ، كل ملحقاته الداخلية ورواد الفضاء لديهم كتل صغيرة مقارنة بالأرض ؛ ومن ثم تم التغاضي عنه. لهذا السبب يواجه رائد الفضاء والجهاز المتساقط انعدام الوزن ، وكلاهما يطفو داخل المكوك.

في المقالات السابقة، اكتشفنا بالفعل صيغة لتسارع الجاذبية g باستخدام قوانين نيوتن مثل،

ز = GM / ص2

[اللاتكس] g = \ frac {GM} {r ^ {2}} [/ اللاتكس]

استبدال جميع القيم لكوكب الأرض ، الكتلة M كـ 6 × 1024 كجم المسافة بين الأرض والجسم 6.38 × 106 م وثابت الجاذبية G مثل 6.67 × 10-11 Nm2KG2، فإن عجلة الجاذبية الأرضية g تساوي 9.8 m / s2.

لذلك ، اعتمادًا على كتلة الأرض الثابتة والمسافة بين المكوك والأرض ، يكون المكوك بأكمله في تسارع جاذبية ثابت بالنسبة إلى الأرض.

اقرأ المزيد حول كيفية حساب الكتلة من قوة الجاذبية.

كواكب مختلفة

دعنا نستكشف الجاذبية مثال تسارع يوضح تسارع الجاذبية على كواكب مختلفة.

لنفترض أن وزن الرجل على الأرض يبلغ 60 كجم. في هذه الحالة ، يكون وزنه على القمر 6 كجم لأن قيمة عجلة الجاذبية g على القمر تساوي 1/6 من قيمة تسارع الجاذبية g للأرض. هذا يعني أن قيمة g تتغير وفقًا لكتلة الكواكب الجاذبة.  

مثال على تسارع الجاذبية على الكواكب المختلفة
تسارع الجاذبية
على كواكب مختلفة
(ائتمان: شترستوك)

نظرًا لقصر قيمة g للقمر ، يمكن لرائد الفضاء المشي حول سطحه على الرغم من ارتداء بدلة الفضاء الثقيلة. بينما في كوكب المشتري ، حيث قيم g أكبر بثلاث مرات من قيمة g في الأرض ، يكافح رائد الفضاء للوقوف حتى داخل مكوك الفضاء.

اقرأ المزيد حول كيفية حساب الكتلة من القوة والمسافة.

الأقمار الصناعية

دعنا نستكشف الجاذبية مثال تسارع يوضح تسارع الجاذبية على القمر الصناعي الذي يبتعد عن الأرض.

عندما يبتعد القمر الصناعي عن الأرض على ارتفاع h ، يصبح نصف القطر r بينهما (r + h). تتغلب قوة مقاومة الهواء على قوة الجاذبية على القمر الصناعي. ومن ثم ، فإن قيمة تسارع الجاذبية g على جسم ما تتغير عندما يذهب بعيدًا عن سطح الأرض.

مثال تسريع الجاذبية للقمر الصناعي
تسريع الجاذبية للقمر الصناعي (ائتمان: شترستوك)

بسبب قوة الجاذبية ، يسقط لاعب القفز بالمظلات مع تسارع جاذبية ثابت عندما يقفز من الطائرة. ولكن عندما يفتح القافز المظلي المظلة ، يبدأ في الطيران بعيدًا عن الأرض. تقاوم المظلة قوة الجاذبية ، مما يقلل من سرعة السقوط السريع للقافز المظلي ويدعم القافز بالمظلات على الهبوط بأمان.  

الارتفاع وخط الطول

دعنا نستكشف مثال تسارع الجاذبية موضحًا القيم المختلفة لتسارع الجاذبية على الارتفاع وخط الطول.

على الرغم من أن مقدار تسارع الجاذبية g مكافئ على سطح الأرض ، تتراوح قيمه من 9.764 م / ث 2 إلى 9.834 م / ث 2 بناءً على الارتفاع وخط الطول و. كما أنه أكثر أهمية عند قطبي الأرض منه عند خط الاستواء. 

مثال تسارع الجاذبية لقيم الأرض المختلفة
تسارع الجاذبية
على الارتفاع وخط الطول
(ائتمان: فيزياء)

نظرًا لأن التسارع عبارة عن كمية متجهة ، يتغير اتجاهها وفقًا لموقع الكائن. يعمل تسارع الجاذبية إلى الأبد تجاه مركز الأرض ؛ ومن ثم فهي في الاتجاه المعاكس عند القطب الشمالي. ولكن نظرًا لأن محيط الأرض ضخم ، حتى لو انتقلنا من مكان إلى آخر في المدينة ، فإن اتجاه g يتغير قليلاً جدًا.

تتغير قيمة g بشكل طفيف اعتمادًا على الجيولوجيا. قيمة g 9.8 م / ث2 مطابق لجميع الأجسام القريبة من سطح الأرض ويمكن حمله على ارتفاعات تصل إلى +10 كم وأعماق تصل إلى -20 كم.


مانيش نايك

مرحبًا ، أنا مانيش نايك أكملت درجة الماجستير في الفيزياء مع إلكترونيات الحالة الصلبة كتخصص. لدي ثلاث سنوات من الخبرة في كتابة المقالات في مادة الفيزياء. الكتابة ، والتي تهدف إلى توفير المعلومات الدقيقة لجميع القراء ، من المبتدئين والخبراء. في أوقات فراغي ، أحب قضاء وقتي في الطبيعة أو زيارة الأماكن التاريخية. يشرفني أن أكون جزءًا من LambdaGeeks. نتطلع إلى ربطك عبر LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/manish-ashok-naik/ أيضًا ، من أجل دليل السفر إلى ماهاراشترا ومقالات الحفاظ على التراث ، قم بزيارة موقع الويب الخاص بي Wandering Maharashtra - https://wanderingmaharashtra.com / travel-blogs /

آخر المقالات