שדה כבידה ועוצמת שדה כבידה

מאמר על שדה כבידה ועוצמת שדה כבידה

כאשר דוחפים ספר על משטח השולחן עד שהספר זז, ידכם נוגעת בספר. באופן דומה, כאשר קושרים חפץ עם חתיכת חבל, ואז מושכים אותו עד שהוא זז, ידכם נוגעת בחבל, והחבל נוגע בחפץ. במקרה זה, כוח הדחיפה, כוח המשיכה, כוח המתיחה של החבל וכוחות כאלה נקראים כוחות מגע או כוחות מגע. כוח הכבידה של כדור הארץ שמושך את הפרי הנופל לעבר פני כדור הארץ. או, כוח הכבידה של כדור הארץ שמושך את הירח למסלולו סביב כדור הארץ מתרחש ללא מגע בין כדור הארץ לפרי והירח.

לכן, כוחות כבידה או כוחות כאלה נקראים כוחות שאינם נוגעים. כיצד ייתכן שפרי נופל והירח "נופל" לעבר כדור הארץ מבלי לגעת בין כדור הארץ לפרי ולירח? מדענים, כולל ניוטון , התקשו לדמיין את מושג הכוח שאינו נוגע. על מנת לדמיין ולהבין ביתר קלות את מושג הכוח שאינו נוגע, מועלה מושג השדה.

שדה כבידה

כאשר גוף בעל מסה נמצא במרחב, הוא מייצר שדה כבידה. שדה הכבידה של גוף בעל מסה m מודגם בצורת קווי שדה, כפי שמוצג באיור למטה.

ככל שהעצם רחוק יותר מפני השטח, המרחק בין קווי שדה הכבידה מתרחק. במקום זאת, ככל שהעצם קרוב יותר לפני השטח, המרחק בין קווי השדה מתקרב. ככל שהעצם קרוב יותר, כך עוצמת שדה הכבידה גדולה יותר. ככל שהעצם רחוק יותר, שדה הכבידה קטן יותר. באופן דומה, ככל שמסת העצם גדולה יותר, כך קווי שדה הכבידה קרובים יותר וגדלים. אם חלקיק נבדק ממוקם ליד עצם המייצר שדה כבידה, חלקיק הבדיקה יחווה כוח כבידה. כיוון כוח הכבידה לכיוון מרכז העצם מייצר שדה כבידה.

ככל שמתקרבים לפני השטח של העצם, כך המרחק בין קווי שדה הכבידה מתרחב. במקום זאת, ככל שמתקרבים לפני השטח של העצם, כך המרחק בין קווי השדה מתקרב. ככל שמתקרבים, כך עוצמת שדה הכבידה גדולה יותר. ככל שמתרחקים, שדה הכבידה קטן יותר. באופן דומה, ככל שמסת העצם גדולה יותר, כך קווי שדה הכבידה מתקרבים יותר.

אם חלקיק בדיקה ממוקם ליד עצם המייצר שדה כבידה, חלקיק הבדיקה יחווה כוח כבידה. כיוון כוח הכבידה לכיוון מרכז העצם מייצר שדה כבידה.

עוצמת שדה הכבידה

עוצמת שדה הכבידה של כדור הארץ שחווה גוף מעל פני כדור הארץ:

g = עוצמת שדה כבידה

F _g = כוח הכבידה

m _B = מסת כדור הארץ

R _B = רדיוס כדור הארץ = 6.37 x ¹⁰⁶ מטר

h = גובה העצמים מעל פני כדור הארץ

אם נרצה לחשב את עוצמת שדה הכבידה של כוכב הלכת, המסה והרדיוס של כדור הארץ (מ')_B ו- R_B) מוחלפים במסה וברדיוס של הירח או במסה וברדיוס של כוכב לכת מסוים.

אם נסתכל על תנועת הנפילה החופשית של גוף מעל פני כדור הארץ, אזי היא נתפסת כתאוצת הכבידה של כדור הארץ שחווה הגוף, שהיא 9.8 מטר/שנייה ^2. אם הגוף עדיין נמצא מעל פני כדור הארץ (עצמים אינם נופלים בחופשיות), אז g נתפס כעוצמת שדה הכבידה של כדור הארץ שחווה הגוף, שהיא 9.8 ניוטון/ק"ג.