المجال الجاذبي وقوة المجال الجاذبي

مقال عن مجال الجاذبية وقوة مجال الجاذبية

عندما تدفع كتابًا على سطح الطاولة حتى يتحرك، تلامس يدك الكتاب. وبالمثل، عندما تربط شيئًا بحبل ثم تسحبه حتى يتحرك، تلامس يدك الحبل، ويلامس الحبل الشيء. في هذه الحالة، تُسمى قوة الدفع وقوة السحب وقوة شد الحبل، وما شابهها، بقوى التلامس. أما قوة جاذبية الأرض التي تجذب الثمرة الساقطة نحو سطحها، أو قوة جاذبية الأرض التي تجذب القمر إلى مداره حول الأرض، فتحدث دون تلامس بين الأرض والثمرة والقمر.

لذلك، تُسمى قوى الجاذبية أو القوى المشابهة لها بقوى عدم التلامس. كيف يمكن للفاكهة أن تسقط والقمر أن "يسقطا" باتجاه الأرض دون أن يحدث تلامس بين الأرض والفاكهة والقمر؟ العلماء، بمن فيهم نيوتنيجد البعض صعوبة في تصور مفهوم القوة غير المباشرة. ولتسهيل تصور هذا المفهوم وفهمه، يُطرح مفهوم المجال.

مجال الجاذبية

عندما يكون جسم ذو كتلة في الفضاء، فإنه يُولّد مجال جاذبية. يُوضّح الشكل أدناه مجال جاذبية جسم كتلته m على شكل خطوط مجال.

كلما ابتعد الجسم عن سطحه، زادت المسافة بين خطوط مجال الجاذبية. وعلى العكس، كلما اقترب الجسم من سطحه، قلت المسافة بين خطوط المجال. وكلما اقتربت، زادت قوة مجال الجاذبية. وكلما ابتعد الجسم، قلّ مجال الجاذبية. وبالمثل، كلما زادت كتلة الجسم، زاد عدد خطوط مجال الجاذبية وتقاربت. إذا وُضع جسيم اختبار بالقرب من جسم يُنتج مجال جاذبية، فسيتعرض الجسيم لقوة جاذبية. وينتج عن اتجاه قوة الجاذبية نحو مركز الجسم مجال جاذبية.

كلما ابتعدنا عن سطح الجسم، زادت المسافة بين خطوط مجال الجاذبية. وعلى العكس، كلما اقتربنا من سطح الجسم، تقاربت المسافة بين خطوط المجال. وكلما تقاربت الخطوط، زادت قوة مجال الجاذبية. وكلما ابتعدنا، ضعف مجال الجاذبية. وبالمثل، كلما زادت كتلة الجسم، زاد عدد خطوط مجال الجاذبية وتقاربت.

إذا وُضِعَ جسيم اختبار بالقرب من جسم يُولِّد مجالًا جاذبيًا، فسيتعرض جسيم الاختبار لقوة جاذبية. ويُولِّد اتجاه قوة الجاذبية نحو مركز الجسم مجالًا جاذبيًا.

قوة مجال الجاذبية

قوة مجال جاذبية الأرض التي يتعرض لها جسم فوق سطح الأرض:

g = شدة مجال الجاذبية

F_g = قوة الجاذبية

m_B = كتلة الأرض

R_B = نصف قطر الأرض = 6.37 × 10⁶ m

h = ارتفاع الأجسام فوق سطح الأرض

إذا أردنا حساب شدة مجال الجاذبية لـ الكوكب، وكتلة الأرض، ونصف قطرها (م_B و ر_Bيتم استبدالها بكتلة ونصف قطر القمر أو كتلة ونصف قطر كوكب معين.

إذا نظرنا إلى حركة السقوط الحر لجسم فوق سطح الأرض، فسنجد أن الجسم يتعرض لتسارع الجاذبية الأرضية، والذي يبلغ 9.8 م/ث²²إذا كان الجسم لا يزال فوق سطح الأرض (الأجسام لا تسقط سقوطًا حرًا)، فإن g يُنظر إليه على أنه قوة مجال الجاذبية الأرضية التي يتعرض لها الجسم، والتي تبلغ 9.8 نيوتن/كجم.