“من التفاحة إلى الفضاء: حكاية الجاذبية”
"تعرف على دور الجاذبية في حياتنا اليومية والكون كله"
تعريف الجاذبية:
الجاذبية هي القوة اللي تسحب الأجسام نحو بعضها البعض، وهي موجودة في كل مكان في الكون. أكبر مثال نلاحظه كل يوم هو جاذبية الأرض، لأنها تسحب كل شيء نحوها، عشان كذا لما نرمي أي شيء في الهواء، ينزل لتحت بدل ما يطير.
لكن الجاذبية مو بس بينك وبين الأرض. كل جسم في الكون له جاذبية، سواء كان صغير أو كبير. حتى جسمك له جاذبية، بس لأنها ضعيفة مقارنة بجاذبية الأرض، ما نحس فيها. والجاذبية تعتمد على شيئين: كتلة الجسم (يعني حجمه ووزنه) والمسافة بينه وبين الجسم الثاني. كل ما كان الجسم أكبر، وكل ما كان أقرب، زادت قوة الجذب.
اللي اكتشف فكرة الجاذبية هو العالم إسحاق نيوتن، بعد ما شاف تفاحة طاحت من شجرة، وسأل نفسه: ليش نزلت لتحت وما طارت لفوق؟ من هنا بدأ يفكر في إن فيه قوة تسحب كل شيء نحو الأرض.
بعدين جاء العالم آينشتاين وقال إن الجاذبية مش بس قوة، هي نتيجة لانحناء في الزمكان (الزمان والمكان مع بعض). تخيل الكون كأنه قطعة قماش مشدودة، ولما تحط عليها شي ثقيل زي الأرض، القماش ينحني، وكل شيء قريب ينزلق باتجاه الانحناء هذا. وبهذا الشكل الكواكب تدور، والمجرات تتحرك.
يعني الجاذبية مش بس تخلينا نمشي على الأرض، هي اللي تخلي الكون كله يشتغل بنظام!
أهمية الجاذبية:
الجاذبية هي واحدة من أهم القوى في الكون، ولو ما كانت موجودة، حياتنا كلها كانت راح تكون مختلفة تمامًا – أو ممكن ما يكون في حياة أصلًا.
أول شي، الجاذبية هي اللي تثبتنا على الأرض. تخيل لو ما في جاذبية، كنا بنطير في الهواء بدون تحكم، حتى الأشياء حوالينا ما كانت راح تثبت في مكانها، لا الكراسي، ولا الجدران، ولا حتى الموية في الكوب.
الجاذبية كمان هي السبب في إن الأرض تدور حول الشمس، والقمر يدور حول الأرض. هذا الدوران هو اللي يسبب تعاقب الليل والنهار، والفصول الأربعة، وتنظيم الوقت. بدون الجاذبية، الكواكب كانت راح تطير في الفضاء بلا اتجاه، ويصير في فوضى كونية.
وما ننسى دورها في حفظ الغلاف الجوي للأرض. الجاذبية تمسك الغازات حوالينا، عشان نقدر نتنفس ونعيش. بدونها، الهواء كان راح يتسرب للفضاء، وكوكبنا كان راح يصير جاف وقاسي مثل القمر أو المريخ.
حتى المطر ينزل بسبب الجاذبية، والأنهار تجري، والبحار ما تطير… كل شيء طبيعي نعيشه، مرتبط بالجاذبية.
ببساطة، الجاذبية هي القوة اللي تمسك الكون كله مع بعض. تنظم، ترتب، وتخلينا نعيش بأمان على كوكبنا. هي سر من أسرار الحياة، رغم إننا ما نشوفها، لكن نحس بأثرها في كل لحظة.
قانون الجذب العام لنيوتن:
نص القانون:
“كل جسم في الكون يجذب أي جسم آخر بقوة تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتيهما، وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بين مركزيهما.”
ماذا يعني قانون الجذب العام؟
نيوتن قال إن أي جسمين في الكون يسحبون بعض بقوة، حتى لو كانوا صغيرين جدًا.
لكن هالقوة تصير أقوى إذا:
-
الكتل أكبر (يعني الجسمين ثقيلين).
-
المسافة بينهم أصغر (يعني قريبين من بعض).
والعكس صحيح: لو كانوا بعيدين، أو خفاف، الجاذبية بينهم تكون أضعف.
الصيغة الرياضية للقانون:
- F= G×m1×m2/ r²
-
F: القوة الجاذبة بين الجسمين
-
G: ثابت الجذب العام
-
m₁ و m₂: كتل الجسمين
-
r²: مربع المسافة بين مركز الجسمين
رأي آينشتاين في الجاذبية
آينشتاين شاف إن في شي مو راكب تمام بين نظرية نيوتن للجاذبية وبين النظرية النسبية اللي كان يشتغل عليها، فبدأ يفكر بطريقة مختلفة لفهم الجاذبية.
نيوتن قال إن الجاذبية “قوة” تسحب الأجسام نحو الأرض. بس آينشتاين ما اقتنع بهالشي كليًا، وقال: لا، الجاذبية مو قوة، هي نتيجة لانحناء في الزمكان (اللي هو الزمان والمكان مع بعض). يعني لما يكون عندك جسم ضخم مثل الأرض، الزمكان ينحني حوله، والأشياء تتحرك داخل هالانحناء، عشان كذا نحس كأنها “تنسحب” نحو الأرض.
ومن الأشياء اللي لفتت نظر آينشتاين، إن كل الأجسام تسقط بنفس السرعة، مهما كانت كتلتها. يعني لو رميت ريشة وكتاب في مكان ما فيه هواء، راح يوصلون الأرض بنفس الوقت. نيوتن لاحظ هالشي، بس ما ركّز عليه كثير. آينشتاين حس إن هذا مفتاح مهم لفهم الجاذبية بشكل أعمق.
ولما جلس يفكر، تخيل موقف غريب شوي: شخص داخل مصعد، وانقطع الحبل، فصار المصعد يطيح. في هذي اللحظة، الشخص راح يحس كأنه طاير، ما في وزن، كأنه في الفضاء! ليش؟ لأن هو والمصعد قاعدين يسقطون بنفس السرعة. آينشتاين فهم من هذا إن الجاذبية والتسارع مرتبطين بشكل قوي، وعبّر عن الفكرة هذي بشي اسمه مبدأ التكافؤ.
وباختصار، نيوتن قسم الكتلة إلى نوعين:
-
كتلة القصور الذاتي (اللي تقاوم الحركة)،
-
والكتلة التثاقلية (اللي تتأثر بالجاذبية).
وكان يتعامل مع الاثنين كأنهم شيئين مختلفين، لكن آينشتاين شاف إنهم في الحقيقة نفس الشي، وإن هذا دليل على إن الجاذبية ما هي قوة عادية، بل شي مرتبط بشكل الزمكان نفسه.
وهنا بدأت تتكون عنده نظرية النسبية العامة، اللي غيرت طريقة البشر يفهمون فيها الكون كله.
ماذا يعني “مجال الجاذبية”؟
تخيل إن الأرض حوالينها “منطقة تأثير”، أي جسم يدخل هالمنطقة، راح تحاول الأرض تسحبه نحوها. هذي المنطقة اللي فيها الأرض تقدر “تأثر” على الأجسام بقوة الجاذبية، نسمّيها مجال الجاذبية.
مجال الجاذبية هو “المنطقة المحيطة بأي جسم له كتلة، واللي يقدر فيها يأثر على الأجسام الثانية بقوة الجاذبية.”
وكل جسم له كتلة، عنده مجال جاذبية – حتى جسمك! بس طبعًا مجال الأرض أكبر وأقوى بكثير، عشان كذا إحنا نحس بجاذبيتها، مو بجاذبية الأشياء الصغيرة.
ماذا يحدث إذا بعدنا؟
كل ما ابتعدت عن الجسم، تقل قوة الجاذبية، ويضعف المجال.
عشان كذا رواد الفضاء خارج الأرض ما يحسون بجاذبيتها بنفس القوة، لأنهم صاروا بعيدين عن مركز الجذب.
الصيغة الرياضية لمجال الجاذبية:
مجال الجاذبية= ثابت الجذب العام × كتلة الجسم/ مربع المسافة
وبالرموز:
ج= ك × ث/ ف²
حيث إن: ج: مقدار مجال الجاذبية بوحدة م/ث².
ك: كتلة الجسم بوحدة كغ.
ث: ثابت الجذب العام، ويساوي 6.67408 × 10^-11 نيوتن.م²/ كغ².
ف: المسافة بين المجال والجسم بوحدة المتر.
العلاقة بين الجاذبية والعوامل اللي تأثر فيها
الجاذبية ما تجي بشكل ثابت أو عشوائي… هي تعتمد على شغلتين رئيسيتين:
1. الكتلة (Mass):
كل ما كانت الكتلة أكبر، كل ما زادت قوة الجاذبية.
يعني مثلًا:
-
الأرض عندها جاذبية أقوى من القمر لأنها أكبر وأثقل.
-
الشمس عندها جاذبية أقوى من الأرض بكتير لأنها أضخم بكثير.
2. المسافة (Distance):
كل ما بعد الجسمين عن بعض، قلت الجاذبية بينهم.
وكل ما كانوا قريبين، زادت الجاذبية.
يعني لو كنت فوق جبل عالي، الجاذبية اللي تحس فيها أضعف شوية من اللي تحس فيها عند سطح البحر، لأنك أبعد عن مركز الأرض.
العلاقة بين الجاذبية والارتفاع؟
كل ما ارتفعت عن سطح الأرض، سواء كنت على جبل، أو في طيارة، أو حتى في الفضاء… الجاذبية تبدأ تضعف شوي شوي.
ليش؟ لأنك قاعد تبتعد عن مركز الأرض، اللي هو المكان اللي يطلع منه تأثير الجاذبية.
ماذا يحدث عندما نرتفع؟
-
الجاذبية تقل، لكن مش بشكل كبير في الارتفاعات العادية (زي الطيارات أو الجبال).
-
التأثير الأكبر يصير لما توصل لمسافات كبيرة جدًا مثل الفضاء الخارجي، وهناك ممكن تنعدم الجاذبية تقريبًا.
يعني، إذا كنت فوق جبل عالي جدًا، راح تكون الجاذبية أضعف شوية من اللي تحس فيها وأنت واقف على الشاطئ.
العلاقة بين الجاذبية والمسافة؟
الجاذبية تشتغل مثل المغناطيس… كل ما كنت قريب، تكون أقوى، وكل ما بعدت، تضعف.
يعني العلاقة بين المسافة وقوة الجاذبية هي علاقة عكسية: إذا زادت المسافة، قلت الجاذبية. وإذا قلت المسافة، زادت الجاذبية.
العلاقة بين الجاذبية والكتلة؟
العلاقة طردية:
كل ما زادت الكتلة، زادت الجاذبية. وكل ما نقصت الكتلة، صغرت الجاذبية.
الجسم الضخم يسحب الأشياء بقوة أكبر من الجسم الصغير، لأنه عنده كتلة أكبر. يعني، الأرض تسحبنا أقوى من القمر لأن كتلتها أكبر بكثير.
