السقوط الحر

"من الممكن للانسان ان يتخيل اشياء خاطئة وغير صحيحة...ولكن لا يمكن ابدا الا ان يفهم ماهو صحيح وحقيقي ".....

اسحاق نيوتن (1642-1727)

بهذه الكلمات البسيطة وضع العبقري اسحاق نيوتن اللحجر الاول لصرح العلم المعرفي والذي يبنى على المشاهدة والملاحظة وتفسير مجريات الكون بعيدا عن التخيلات والتصورات الغير علمية.. وهو ما جعل الفيزياء من اهم العلوم التي تفتح كنوز المعرفة الكونية وتفسر كل مايجري حولنا من ظواهر..

الفيزياء هو لغة الكون. . فهي تفسر الحركة والسكون والقوة  الخاصة بالاجسام المرئية او الكبيرة فيما يسمى بعلم الميكانيكا الكلاسيكية mechanics/ Kinematics. وتدرس الفيزياء ايضا  الضوء فيما يسمى بعلم البصريات optics.بلاضافة الى الطاقة والموجات الكهرومغناطيسية. فيما يسما بعلم الكهرومغناطيسية Electromagnetism  .

بالاضافة الى دراسة الفلك والكواكب والنجوم فيما يطلق عليه الفيزياء الفلكية  Astrophysics  وايضا تهتم الفيزياء بدراسة الذرات ومكوناتها. . وحركاتها فيما نسميه بميكانيكا الكم. .Quantum Mechanics .

وغيرها من فروع الفيزياء المهتمة بتفسير الكون الخلاب. .ومجرياته. .

سنتحدث اليوم عن ظاهرة فيزيائية خاصة بحركة الاجسام والتي درسها معظمنا خلال مناهجنا المدرسية وهي السقوط الحر Free Fall.

والسقوط الحر من اهتمام الميكانيكا الكلاكسيكية والتي يطلق عليها احيانا ميكانيكا نيوتن وذلك يرجع الى ان اسحاق نيوتن هو من له الفضل في وضع القوانين الاولى التي تفسر حركة الاجسام. ونقصد هنا بالاجسام ...الأجسام الكبيرة المرئية ككرة بليارد .. سيارة ...او حتى الكواكب... أما الاجسام الصغيرة كالذرة ومكوناتها..فتحكمها قوانين ميكانيكية (حركية) اخرى تسمى بميكانيكا الكم..Quantum Mechanics

اذا اردنا ان نفهم السقوط الحر Free fall  يجب اولا ان نفهم مالسر وراء حركة الأجسام ..او توقفها ..أو حتى تغير مسارها ..

السر في ذللك هو القوة..Force  .. والتي تستطيع ان تحرك جسم ساكن..او توقف جسم متحرك..أو تغير مساره (اتجاهه). و  ستتعجب حين تكتشف ان تلك الظواهر الثلاث (الحركة من وضع السكون أو السكون من وضع الحركة ..أو تغيير المسار) نسميه في الفيزياء بالعجلة Acceleration وهو معدل سقوط الاجسام 

اذن ببساطة نستطيع ان نقول ان القوة هي سبب العجلة .. Force causes acceleration وهذا هو تعريف القوة في الفيزياء.. والعلاقة بينهما فسرها نيوتن في القانون الثاني للحركة والذي يستطيع ان يحسب العجلة Acceleration  بقسمة القوة الكلية المؤثرة على الجسم وكتلته  a=F(net)/m

السقوط هو نوع من انواع الحركة...ولذلك فهو له سبب ...والسبب هو قوة الجاذبية. حينما تسقط كرة من اعلى سطح بناية فهي تتحرك للاسفل ..الى ان تصل الى الأرض وتسكن.

اذن هل هناك فرق بين السقوط العادي والسقوط الحر .... الاجابة نعم!!!

فالسقوط الحر ...يجب ان يكون حرا من مقاومة الهواء.. Air Resistance.او بمعنى اخر...يجب ان تسقط الاجسام في الفراغ (كغرفة مفرغة الهواء) Vacuum  لأن مقاومة الهواء ماهي الا قوة احتكاكية وبالغائها يجعل الجاذبية هي القوة الوحيدة الذي التي تؤثر على الجسم الساقط.  والتي هي نفسها وزن الجسم Fg

اذن ماذا يحدث اذا اسقطنا جسمين مختلفين في الكتلة (ككرة بليارد وريشة) في غرفة مفرغة؟؟

من الممكن ان تتصور ان الكرة ستسقط اسرع من الريشة... ولكن الحقيقة مختلفة تماما..ستفاجئ ان الكرة والريشة سقطا معا بنفس المعدل ووصلا في نفس الوقت ...

تعالوا نثبت ان الجسمين سيسقطان بنفس المعدل (العجلة)

لو وزن كرة البليارد 100 نيوتن Fg  وهي القوة الوحيدة المؤثرة عليها اثناء السقوط ...(لان مقاومة الهواء تم الغائها في الفراغ). وكتلة الكرة ستكون تقريبا 10 كج m.. لو قسمنا الوزن على الكتلة  Fg/m سنحصل على العجلة أو معدل السقوط وهو 10 m/s2   وبالنسبة للريشة فوزنها 1 نيوتن وكتلتها 0.1 كج ...ستجد ان العجلة ..تساوي 10 m/s2  

هذا معناه ان معدل السقوط للجسمين واحد ..وان الجسمين سيسقطان معا وسيصلان في نفس الوقت..

اما في حالة السقوط العادي والذي لم يتم الغاء مقاومة الهواء فيه...كرة البليارد ستسقط اسرع من الريشة بسبب مقاومة الهواء للريشة مما سيجعل وزن الريشة ليست القوة الوحيدة المؤثرة على سقوطها..

معلومة على الماشي: عجلة الجاذبية الارضية تساوي تقريبا 10m/s2  وهذه العجلة ثابتة على كوكب الارض.. وتختلف حسب كتلة الكوكب.. ففي القمر مثلا والذي اقل كتلة من الارض تصل العجلة الى 1.6 m/s2 وهي 1/66 عجلة التسارع على الارض...وذلك لأن كتلة القمر 1/6 كتلة الأرض.

والى لقاء اخر باذن الله تعالى!!!!!!!!!