موضوع عن السقوط الحر قصير

مفهوم الجاذبية الأرضية

ان الجاذبية الارضية هى القوة التى يؤثر بها الكرة الأرضية على الاجسام المتواجدة عليها فتقوم جذبها نحوها بقوة الجذب الى سطح الارض ؛ او ان الجاذبية الارضية بالمفهوم الفيزيائي هي التسارع الذي تتحرك به الاجسام على سطح الأرض أو بالقرب منها ؛ و تتناسب مقدار جاذبية مع وزن الجسم فكلما كان الوزن أكبر كان تأثير الجاذبية الواقع عليه اكبر .

عندما يسقط الجسد سقوطا حرا باتجاه سطح الأرض تحت تأثير من الجاذبية الأرضية ويسمى ذلك بالسقوط الحر .

مفهوم السقوط الحر

إن مفهوم السقوط الحر يعتمد على الفيزياء الكلاسيكية و الذي قام العالم ( اسحاق نيوتن ) بوضعها و اعتمد على نظرية ” النسبية العامة ” و الذي قد وضعها العالم ” ألبرت أينشتاين ” حيث انه يقوم بوصف مفهوم السقوط الحر لحركة الأجسام عندما تكون تحت تأثير قوة الجاذبية الارضية فقط و كذلك يكون اتجاه حركة الأجسام للاعلى او للاسفل .

و إن كان مجال الجاذبية الأرضية هو نفسه فى اى مكان و كذلك فى اى زمان فان تاثيره على كل الأجسام المختلفة في الشكل و الوزن سوف يكون نفسه و يقوم بالتأثير بشكل متساوي على كافة أجزاء الأجسام الساقطة سقوطا حرا وهو ما يجعل الأجسام الساقطة كلها تبدو انها بدون وزن فيؤثر عليها الجاذبية الأرضية بنفس المقدار طالما لا توجد قوى اخرى تقوم بالتأثير على الجسم الساقط مثل مقاومة الهواء .

ان اى جسم ساقط باتجاه سطح الارض او انه حتى من خارج الغلاف الجوي فإنه سوف يتأثر بالسقوط الحر ؛ عند قيام المظليين في السماء بالسقوط باستخدام المظلة فإن هذا لا يعتبر من ضمن السقوط الحر .
*اقرا ايضا بحث عن علم الفيزياء كامل

السقوط الحر فيزياء

إن مفهوم السقوط الحر فى كل من علم الميكانيكا و حركة الأجسام هو عبارة عن وضع الجسم الذي قوم بالتحرك بحرية من دون وجود تأثير أي قوة خارجية عليه ما عادا قوة الجاذبية الأرضية مثل ” حركة الكواكب فى مجال جاذبية الشمس ” وهي من حركات السقوط الحر و هى تتبع فى حركتها مسارات مدارية فتصبح محصلة قوة جاذبية الشمس للكواكب و القصور الذاتى مساوي للصفر.

ان هذا يقوم بتفسير السبب وراء تعرض رائد الفضاء الى حالة انعدام الوزن فى داخل المركبات الفضائية ؛ بالاضافة الى ان التفسيرات العلمية قد اوجدت مفهوم السقوط الحر أن قوة الجاذبية لا تقوم بالتأثير على كافة أجزاء الجسم بنفس الدرجة و ان مركز كتلة الجسم هو الذي يكون واقع فى مجال السقوط الحر فقط و يقوم بالتأثير عليه .

ان باقى أجزاء الجسم تخضع الى قوة اخرى مثل ” قوة المد و الجزر ” وقد تمت ملاحظة الارض فى حالة سقوط حر و لكن القمر يقوم بسحبها و لكن تأثير القمر في مركز الأرض ليس مثل تأثيره على سطح الارض بالاضافة الى انه يحدث المد والجزر في المحيطات و البحار بسبب انها ليست فى حالة سقوط حر .

تاريخ اكتشاف السقوط الحر

إن البحث عن مفهوم السقوط الحر بدأ منذ القدم ؛ فقد اعتقد العلماء أن سرعة سقوط الأجسام من الواجب أن تكون متناسبة مع وزن الجسم و انها تختلف من جسم الى جسم اخر.

قام الفيلسوف اليوناني أرسطو بالتحدث عن الأجسام الساقطة فى كتابه ” الكتاب السابع ” في القرن السادس عشر و هذا الكتاب من الكتب القديمة التى تتحدث عن الميكانيكا ؛ و فى القرن الثانى عشر فى العراق قام أبو البركات البغدادى بتقديم تفسير ل ( تسارع الجاذبية الارضية للأجسام الساقطة ) ؛ وهذا الكتاب يقوم بشرح حدوث الزيادات المتتالية على سرعة الأجسام و كذلك زيادة القوة أى أنه جاء مخالفا لما جاء به أرسطو .

اكد العالمان ” جان بوريدان ” و ” البرت ساكسونيا ” فى القرن الرابع عشر ما توصل اليه العالم ” أبو البركات البغدادي ” في تفسيره عن التسارع للأجسام الساقطة و يكون نتيجة لتراكم الزخم المتزايد .

قام العالم جاليليو في القرن الخامس عشر بإسقاط جسمين مختلفين في الكتلة من اعلى برج بيزا المائل مع قيامه بملاحظة السرعة التي سوف يحدث بها السقوط و متى سوف يصلان إلى الأرض ؛ و هى تعد من أشهر التجارب الفيزيائية التي تقوم باثبات صحة السقوط الحر.

لاحظ غاليلو مع تكرار التجربة أنه مهما كانت كتل الأجسام الساقطة مختلفة فإنها سوف تصل الى الارض فى نفس الوقت و قد قام بكتابة مخطوطته الغير منشورة عن حركة الأجسام المتساقطة .

ما هو الفرق بين السقوط الحر و السرعة النهائية ؟

إن مفهوم السقوط الحر و مفهوم السرعة النهائية يعدان مفهومان مرتبطان ببعضهما البعض و يتشابهان فى المعنى الى حد ما بسبب انهما يقومان بالاعتماد على الوسط الموجود فيه الجسم سواء كان الجسم فى مساحة فارغة مثل ” الغلاف الجوى ” أو في داخل وسط سائل مثل ” الماء ” .

أن السرعة النهائية هي أعلى سرعة من الممكن أن يقوم الجسم بتحقيقها عندما يقوم بالسقوط في الهواء أو فى الماء والتى يقوم بالوصول إليها بالتدريج فإن السرعة النهائية هي عبارة عن مجموعة من محصلة القوى التي تؤثر على الجسم مثل ” قوة الجاذبية الأرضية للأسفل ؛ قوة السحب ؛ مساحة الجسم العرضية ” و الذي من الممكن أن تكون محصلة التسارع عليه تساوى صفرا .

و أن الصيغة الرياضية لقانون السرعة النهائية على تسارع السقوط الحر و الذي يكون متأثرة بالجاذبية الأرضية و التي من الممكن ان تصل الى اعلى سرعة نهائية فى حالة السقوط الحر و عندما تكون مساحة الجسم الذي يسقط اقل من ما يمكن .

تأثير مقاومة الهواء على السقوط الحر

عندما تسقط الأجسام سقوطا حرا فى الهواء فى مقاومة الهواء تؤثر عليها بشكل او باخر و فى معظم المسائل الفيزيائية يتم اهمال حساب مقاومة الهواء و لكننا من الواجب أن نعرف ما هو مفهوم السقوط الحر و كذلك كيفية التأثير عليه مع وجود مقاومة الهواء .

من الممكن القيام بتعريف مقاومة الهواء على أنها شكل من أشكال قوى الاحتكاك التي تقوم بالتأثير على الأجسام الساقطة فى اتجاه معاكس لاتجاه حركتها فإنها تعمل ضد الأجسام الساقطة فى الهواء و بسبب ان الهواء يحتوى على العديد من الجسيمات الصغيرة و التي تتأثر أيضا بالجاذبية الأرضية .

عند سقوط جسم ما سقوطا حرا في الهواء فإن الجسيمات الصغيرة تقوم بدفع الجسم الساقط فى اتجاه معاكس لاتجاه الجاذبية الأرضية و تقوم بمنعه من الوصول الى سطح الارض وذلك من خلال إبطاء حركتها أو القيام بمنعه من الوصول الى اعلى ارتفاع و القيام بتحويل الطاقة الحركية الخاصة بالجسم الى طاقة حرارية على حسب مبدأ حفظ الطاقة .

إن هذا يكون مشابها تماما لما يحدث داخل الماء عندما يقوم شخص بالمشي فى داخل الماء و يشعر ب الضغط من قبل الماء و كذلك صعوبة الحركة داخل الماء و كأنها تقوم بممانعة الحركة في داخلها .

كما ان هذا الامر يحدث فى الهواء فعلى سبيل المثال ” الأشخاص الذين يقفزون بالمظلات في الهواء فإنهم يجدون صعوبة و ممانعة و كان الهواء يقوم برفعها ” و لكنك عندما تنظر الى الكثير من المسائل الفيزيائية التي يتم طرحها فانها فى اغلب هذه المسائل يتم القيام بإهمال مقاومة الهواء عند القيام بدراسة السقوط الحر و حركة المقذوفات .

المعادلات الحركية للسقوط الحر

من الممكن حساب سرعة الاجسام فى داخل مجال السقوط الحر من خلال القيام باستخدام المعادلات الفيزيائية للحركة في بعد واحد بعد القيام بتوضيح مفهوم السقوط الحر و القيام بتحويلها الى الأجسام الساقطة سقوطا حرا من خلال استخدام الجاذبية الارضية سواء كان للاسفل او للاعلى .

و إن كانت حركة الأجسام الساقطة في بعدين فإننا نطلق عليها مصطلح المقذوفات و معادلات الحركة والسقوط الحر تصبح كما هو موضح : –

معادلة الحركة الأولى

السرعة النهائية = السرعة الابتدائية – تسارع الجاذبية الأرضية × الزمن

معادلة الحركة الثانية

الموقع النهائي = الموقع الابتدائي + ( السرعة الابتدائية × الزمن ) – ( نصف تسارع الجاذبية الأرضية × مربع الزمن )

معادلة الحركة الثالثة

مربع السرعة النهائية = مربع السرعة الابتدائية – ( ضعف تسارع الجاذبية الارضية × فرق الازاحة بين الموقع النهائي ز الموقع الابتدائي )

مثال على ذلك

عند القيام برمي حجر الى اعلى ارتفاع 10 أمتار فان السرعة الابتدائية التي من الواجب أن يبدأ بها لكي يصل الحجر الى الارتفاع و يتم الحصول عليها من خلال تطبيق معادلة الحركة الثالثة ؛ و تكون الجاذبية الارضية -9,8 بالسالب لانها فى عكس الاتجاه و فرق الازاحة يكون 10 أمتار فان السرعة الابتدائية تكون 14 م / ثانية .

أمثلة على السقوط الحر

يوجد الكثير من الأجسام والتي تكون خاضعة الى مفهوم السقوط الحر و التى تؤثر عليها الجاذبية الأرضية فقط مع إهمال مقاومة الهواء وهو ما تم اكتشافه و ملاحظته منذ أيام غاليلو و محاولة تفسير على حسب المبادئ و النظريات العلمية و التى كانت معروفة فى ذلك الوقت .

و من الامثلة التى من الممكن تفسيرها بناء على مفهوم السقوط الحر هى : –

المركبات الفضائية التى توجد فى الفضاء بدون نظام للدفع ؛ رمى الاجسام الى الأعلى بشكل مستقيم ؛ إسقاط الأجسام من أعلى البرج بشكل حر مثل ” الريشة ؛ الحجارة ” .

القفز الحر للاشخاص من دون مظلات هوائية ترفعهم و بسرعه تكون منخفضة ؛ رائد الفضاء الذي يدور حول الأرض بسقوط حر ثابت و يقوم بالتحرك فى المدار ؛ القيام بإسقاط الاجسام من خلال استخدام أنبوب الاسقاط من الجزء العلوى الخاص به .

إن القيام بالتحليق بالطائرة و طيران الطيور و قيام الأشخاص بالسقوط من الطائرات باستخدام المظلات فيما يعرف ب ” القفز المظلي ” كل هذه الأشياء لا تعتبر أمثلة على السقوط الحر .

خاتمة قصيرة عن السقوط الحر

أن السقوط الحر هو حركة الأجسام عندما تكون تحت تأثير قوة الجاذبية الارضية و من الممكن ان يكون اتجاه حركة الأجسام إلى أعلى أو أسفل .