أهداف التعلم

• أن يعرّف الطالب قوة الجاذبية ويذكر خصائصها العامة.
• أن يوضّح الطالب العوامل المؤثرة في مقدار قوة الجاذبية بين جسمين.
• أن يميّز الطالب بين الكتلة والوزن مفهومًا ووحدة قياس.
• أن يفسّر الطالب ظاهرة السقوط الحر بدلالة الجاذبية.
• أن يقارن الطالب بين وزن الجسم على الأرض ووزنه على أجرام سماوية أخرى.

شرح الدرس

مفهوم قوة الجاذبية

قوة الجاذبية هي قوة تجاذب طبيعية تنشأ بين أي جسمين لهما كتلة، وتعمل هذه القوة عبر الفراغ دون الحاجة لتلامس مباشر بين الجسمين. وأشهر صور هذه القوة هي الجاذبية الأرضية، وهي القوة التي تجذب بها الأرض كل الأجسام الموجودة عليها أو بالقرب منها نحو مركزها، وهي المسؤولة عن سقوط الأجسام إلى أسفل عند تركها دون سند، وعن بقاء الغلاف الجوي والمحيطات ملتصقة بسطح الأرض بدلًا من التطاير في الفضاء.

العوامل المؤثرة في قوة الجاذبية

يعتمد مقدار قوة الجذب بين أي جسمين على عاملين رئيسيين:

• كتلتا الجسمين: كلما زادت كتلة أحد الجسمين أو كليهما، زادت قوة الجذب بينهما. ولهذا فإن قوة جذب الأرض (ذات الكتلة الهائلة) للأجسام أكبر بكثير من قوة جذب جسم صغير الكتلة كالكرسي مثلًا.
• المسافة بين الجسمين: كلما زادت المسافة بين مركزي الجسمين، قلّت قوة الجذب بينهما، والعكس صحيح؛ فكلما اقترب الجسمان من بعضهما زادت قوة الجذب بينهما بشكل ملحوظ.

الكتلة والوزن

كثيرًا ما يُخلَط بين مفهومي الكتلة والوزن رغم اختلافهما الجوهري:

• الكتلة: مقدار كمية المادة التي يتكون منها الجسم، وهي كمية ثابتة لا تتغير بتغير مكان الجسم (سواء كان على الأرض أو القمر أو في الفضاء)، وتُقاس بالكيلوجرام.
• الوزن: هو مقدار قوة الجاذبية المؤثرة على الجسم، وهو كمية متغيرة تعتمد على قوة الجاذبية في المكان الموجود فيه الجسم، ويُقاس بوحدة القوة (النيوتن).

فالجسم الواحد له كتلة ثابتة أينما ذهب، لكن وزنه يتغير من مكان لآخر بحسب قوة الجاذبية هناك.

مقارنة بين الكتلة والوزن

السقوط الحر

عندما يُترَك جسم دون سند بالقرب من سطح الأرض، فإن قوة الجاذبية الأرضية تسحبه نحو الأسفل فيسقط سقوطًا يُسمى السقوط الحر، وتزداد سرعة الجسم تدريجيًا أثناء سقوطه بسبب استمرار تأثير قوة الجاذبية عليه طوال فترة السقوط. ولو أهملنا مقاومة الهواء، فإن جميع الأجسام (بغض النظر عن كتلتها) تسقط سقوطًا حرًا بنفس المعدل من التسارع عند نفس الموقع على سطح الأرض.

الجاذبية على الكواكب والأجرام السماوية المختلفة

تختلف قوة الجاذبية على سطح كل جرم سماوي باختلاف كتلته وحجمه، ولذلك يختلف وزن الجسم الواحد (نفس الكتلة) من كوكب لآخر. فمثلًا، وزن رائد الفضاء على سطح القمر يكون أقل بكثير من وزنه على سطح الأرض (نحو سُدس وزنه على الأرض تقريبًا) لأن كتلة القمر وحجمه أصغر بكثير من كتلة الأرض، مما يجعل جاذبيته أضعف. بينما لو انتقل نفس الشخص إلى سطح كوكب أكبر كتلة من الأرض بكثير، لكان وزنه هناك أكبر من وزنه على الأرض، رغم أن كتلته (كمية مادته الجسدية) تظل ثابتة في كل الحالات.

أسئلة للتدريب

• ما العاملان اللذان يحددان مقدار قوة الجاذبية بين جسمين؟
• ميّز بين الكتلة والوزن من حيث المفهوم ووحدة القياس وثباتهما.
• لماذا تزداد سرعة جسم يسقط سقوطًا حرًا مع مرور الوقت؟
• لماذا يكون وزن رائد الفضاء على سطح القمر أقل من وزنه على سطح الأرض رغم ثبات كتلته؟
• وضّح بمثال كيف تتغير قوة الجذب بين جسمين بتغير المسافة بينهما.