بحث عن السقوط الحر

الجاذبية الأرضية هي القوة التي تجذب بها الأرض الأجسام التي تكون في مجالها، وتؤثر قوة الجاذبية الأرضية بشكل كبير على حركة الأجسام وتغيير حالتها من السكون إلى الحركة، وتتجلى هذه التأثيرات في شكل جاذبية تجذب الأجسام نحو مركز الأرض أو سقوطها نحو سطح الأرض، وفي الماضي، كان العلماء يعتقدون أن سرعة سقوط الأجسام تعتمد بشكل أساسي على وزنها، إلا أن التجربة العلمية أثبتت أن هذا الاعتقاد غير صحيح.

تعتمد سرعة السقوط بشكل كبير على مقاومة الهواء، وتم اكتشاف أن إسقاط مجموعة من الأجسام ذات الأوزان المختلفة في الفراغ دون وجود مقاومة للهواء يؤدي إلى انتهاء الأجسام جميعا في نفس الوقت، ويسمى هذا النوع من السقوط بالسقوط الحر، وفي الأسطر التالية سنتحدث بشكل أكثر تفصيلا عن السقوط الحر.

مفهوم السقوط الحر

السقوط الحر بشكل عام يشير إلى أي حركة للجسم وفقًا لتأثير الجاذبية الأرضية فقط دون أي تأثيرات أخرى، ويتم في وسط مفرغ بدون وجود الهواء.

خصائص السقوط الحر

في البداية، يجب أن ندرك أن الهواء يؤثر في عملية تباطؤ سقوط الأجسام كعامل مقاومة. وتتأثر هذه المقاومة بناء على حجم السطح المعرض لمقاومة الهواء. على سبيل المثال، عند إلقاء حجر وريشة، ستكون سرعة سقوط الحجر أكبر من سرعة سقوط الريشة بسبب وجود الهواء. أما في حالة عدم وجود مقاومة الهواء، ستتبع عملية السقوط خصائص السقوط الحر

تبدأ حركة أي جسم في حالة سقوط حر عند سرعته تساوي الصفر.

أي جسم في حالة سقوط حر يتأثر بقوة ثابتة وهي قوة الجاذبية الأرضية، وتكون هذه القوة دائما نحو مركز الأرض، لذلك يسقط الجسم دائما في اتجاه رأسي أو عمودي نحو الأسفل أو ما يسمى بالشاقول.

إذا كانت مجموعة من الأجسام تسقط من نفس الارتفاع، فستستغرق نفس الوقت للوصول إلى الأرض

4- لا تتأثر سرعة سقوط الأجسام في حالة السقوط الحر بتغير كتلة الأجسام الساقطة.

يزداد معدل سرعة سقوط الأجسام بشكل متسارع في حالة السقوط الحر.

تكتسب جميع الأجسام، بغض النظر عن أوزانها أو كتلها، تسارعًا ثابتًا متساويًا.

يعد تسارع السقوط الحر معدل ثابت لجميع الأجسام في حالة السقوط الحر ويساوي 10 متر في الثانية المربعة.

تفسير العلماء للسقوط الحر

كان لمجموعة من العلماء جهد ملحوظ في تفسير عملية السقوط الحر، ولعل من أبرز هؤلاء العلماء نجد

تفسير العالم جاليليو للسقوط الحر

وفيما يتعلق بمفهوم السقوط بشكل عام، فقد قدم أرسطو تفسيرًا لعملية السقوط وهو المفهوم المعروف للعالم

يحتاج كل مادة إلى العودة إلى مكانها الطبيعي، وعلى سبيل المثال، يكون مكان الحجر الطبيعي هو الأرض، لذلك يسقط الحجر باتجاه مركز الأرض.

تسقط الأجسام الأثقل وزنًا بشكل أسرع، حيث تميل تلك الأجسام إلى الوصول إلى مركز الأرض بشكل أكبر، ولذلك فإن سرعة سقوط كتلة من الرصاص تكون أسرع من سرعة سقوط ريشة.

تزداد سرعة الأجسام الثقيلة كلما اقتربت من موضعها الطبيعي.

ظلت هذه المعتقدات الشائعة حول عملية سقوط الأجسام حتى ظهر العالم جاليليو وغير هذا المفهوم، حيث شرح جاليليو أن عملية السقوط الحر تخضع لتسارع ثابت لسقوط كل الأجسام بغض النظر عن كتلتها أو وزنها، وأن الاختلاف في تسارع السقوط يكون ناتجًا عن مقاومة الهواء فقط.

تفسير العالم نيوتن للسقوط الحر

أكد نيوتن أن تسارع سقوط الأجسام في الحالة الحرة يختلف باختلاف مكان سقوطها على سطح الأرض، حيث يتأثر تسارع السقوط بالمسافة بين الجسم ومركز الأرض، وتلك القوة هي التي تتحكم في حركة القمر حول الأرض وكذلك حركة الكواكب حول الشمس، وتتأثر بقوة جاذبية الشمس للكواكب والمسافة بين كل كوكب ومركز الشمس، وأما تفسير نيوتن للاختلاف في الزمن والسرعة بين سقوط جسم من الرصاص وريشة، فيكون ناتجا عن قوة الاحتكاك الهوائي.

قانون السقوط الحر

انتشرت بين الغالبية العظمى من الناس بأن اكتشاف قانون الجاذبية الأرضية حدث بسبب حادثة طريفة وقعت مع العالم إسحاق نيوتن، حيث كان جالسًا أسفل شجرة فسقطت عليه تفاحة من تلك الشجرة فبدأ التفكير لماذا سقطت تلك التفاحة بشكل عمودي وليس بأي اتجاه آخر حتى توصل إلى نظريته التي فسر فيها بأن السقوط الحر هو سقوط هو حركة الأجسام بفعل الجاذبية الأرضية بينما حركة السقوط الحر هي التسارع الذي يتم بشكل ثابت ومنتظم ويطلق عليه عجلة الجاذبية ويساوي 10 متر لكل مربع ثانية.

ملحوظة: تتأثر عملية السقوط الحر على الأرض ببعض العوامل بالإضافة إلى الجاذبية الأرضية، نظرا لأن الأرض غير مفرغة، ومن أبرز تلك المؤثرات مقاومة الهواء وبعض قوى الاحتكاك الأخرى.

بعد الإشارة إلى ما سبق، يجب التوضيح بأن الفكرة الشائعة عن نظريات الجاذبية الأرضية والسقوط الحر كانت ترتبط بالعلماء مثل جاليليو ونيوتن بشكل محدود. إذ أغفلت هذه المعلومات أن العلماء المسلمين قد وصلوا إلى مفهوم الجاذبية الأرضية والسقوط الحر قبل قرون من جاليليو ونيوتن، حيث بدأوا في التحدث عنها في القرن العاشر الميلادي، وكان من بين هؤلاء العلماء ابن الهيثم والبيروني والهمداني وابن ملكا البغدادي والخازني.