الجاذبية والأغشية الكونية

 

 

 

الجاذبية في القرآن الكريم

الجاذبية الأرضية كانت موجودة قبل اكتشاف الإنسان لها وتؤدي عملها قبل أن يعرفها الإنسان , وجاء ذكرها في القرآن الكريم بشكل لا يثير بلبلة ساعة نزل القرآن:

قال تعالى :(إن الله يمسك السماوات والأرض أن تزولا ولئن زالتا إن أمسكهما من أحد من بعده إنه كان حليماً غفوراً).سورة فاطر (41)


أوجد الحق قوانين الجاذبية لتمارس السماوات والأرض أعمالهما بقدرته من الزوال , وجعل من الجاذبية نظاماً بديعاً يحفظ الكون من الاختلال , إذن فالجاذبية كانت موجودة ولم يعرفها الإنسان إلا مؤخراً , وهكذا نعرف أن هناك فارقاً بين وجود الشيء وبين إدراك الشيء.

دور العرب في الجاذبية

تشير الكتب التاريخية إلى أن العرب كانوا قد عرفوا الجاذبية وتأثيراتها إلا أن العمل على نظرية "الجاذبية الحديثة" كان في أواخر القرن السادس عشر وبداية القرن السابع عشر حيث قام غاليليو بتجربته الشهيرة التي رمى فيها كرات ذات كُتل مختلفة من أعلى برج "بيزا" وبيّن أن سرعة وصول الجسم للأرض لا تتعلق بكتلته ، ولاحقاً قام أيضاً بتجربة دحرجة الكرات على سطح مائل واستنتج منها أن السبب الذي قد يؤدي إلى وصول الأجسام الأثقل للأرض قبل الأجسام الأخف في بعض الأحيان هو احتكاك الهواء في الغلاف الجوي بالجسم .

وقد عرف العرب منذ القرن التاسع للميلاد قوة التثاقل الناشئة عن جذب الأرض للأجسام وأطلقوا عليها آنذاك اسم "القوة الطبيعية" ، كذلك أدرك علماء العرب وفلاسفتهم أن هذه القوة تتعاظم كلما كبر الجسم ، كما في قول ابن سينا في القرن الرابع الهجري / العاشر الميلادي في كتابه ( الإشارات والتنبيهات ) :

"القوة في الجسم الأكبر إذا كانت مشابهة للقوة في الجسم الأصغر حتى لو فصل من الأكبر مثل الأصغر ، تشابهت القوتان بالإطلاق ، فإنها في الجسم الأكبر أقوى وأكثر إذ فيها من القوة شبيه تلك" .

وزيادة وقف علماء العرب والمسلمين تماماً الجاذبية الأرضية ويتضح ذلك جلياً في كتاباتهم ، منها ما جاء لسان أبي الريحان البيروني في كتابه ( القانون المسعودي ) حيث قال :

"الناس على الأرض منتصبو القامات  كاستقامة أقطار الكرة وعليها أيضاً تؤول الأثقال إلى الأسفل" .

ومنها ما جاء في كتابات الخازني في كتاب ( ميزان الحكمة ) حيث قال :

"إن الأجسام الساقطة تنجذب نحو مركز الأرض وإن اختلاف قوة الجذب يرجع إلى المسافة بين الجسم الساقط وهذا المركز".

وقال أيضاً :

"الجسم الثقيل هو الذي يتحرك بقوة ذاتية أبداً إلى مركز العالم ، أعني أن الثقل هو الذي له قوة الحركة إلى نقطة المركز".

كما شبّه الإدريسي جاذبية الأرض بجذب المغناطيس للحديد ، ولما قال في كتابه ( نزهة المشتاق في اختراق الأفاق ) :

"الأرض جاذبة لما في أبدانها من أثقال بمنزلة حجر المغناطيس الذي يجذب الحديد".

قوة الجاذبية في الميكانيكا الكلاسيكية

تعتبر قوة الجاذبية في الميكانيكا الكلاسيكية قوة مباشرة بعيدة المدى بمعنى أن هذه القوة تستطيع التأثير عن بعد بدون واسطة ويتم تأثيرها بشكل لحظي فأي تغير في موقع أحد الجسمين يرافقه تحول لحظي في الجاذبية بينه وبين الجسم الآخر ، ولكي يفسر إسحاق نيوتن هذه الخاصية عمد إلى تعريف حقل جاذبية كوني موجود في كل نقطة من الفضاء ، هذا الحقل هو حقل اتجاهي يعبر عنه بمتجه في كل نقطة ويمثل قوة الجاذبية التي تتعرض لها وحدة الكتل عندما توضع في هذه النقطة .

من فوائد الجاذبية الأرضية

قال تعالى : (أَمَّنْ جَعَلَ الْأَرْضَ قَرَارًا وَجَعَلَ خِلَالَهَا أَنْهَارًا وَجَعَلَ لَهَا رَوَاسِيَ وَجَعَلَ بَيْنَ الْبَحْرَيْنِ حَاجِزًا أءِلاه مَعَ اللَّهِ بَلْ أَكْثَرُهُمْ لَا يَعْلَمُونَ).

ولو تفكرنا في معنى قراراً فهي ثباتاً واستقراراً وهذه هي الفائدة الأولى للجاذبية حيث جعلت كل ما على الأرض ثابتاً مستقراً حتى أنت تمشي في ثبات واتزان على الأرض ، فلو كانت جاذبية الأرض أقل مما هي عليه (مثل القمر) فإن الإنسان سيطير في الهواء عندما يبذل أي جهد، ولو كانت  الجاذبية أكبر مما هي عليه (مثل المشترى) لالتصق الإنسان بالأرض ولم يعد قادراً على الحركة .

تحتفظ الجاذبية الأرضية بمجال تجاذب يحفظ موقعها بين الكواكب وفي المجموعة الشمسية لتدور في مدارات ثابتة .

المجال الجوي والهواء الذي يحيط بالأرض والذي يحفظ تكوينه وثباته .

الجاذبية للقمر والذي له دور كبير في ظواهر هامة على الأرض كالمد والجزر والتأثير على الدورة الدموية و ... إلخ .

الحفاظ على جسم الإنسان وسنعرف الأضرار الناتجة عن خلل الجاذبية أو نقصها .

ماذا ينتج عن نقص الجاذبية :                                  

1- خلل في وظائف الجسم كالدورة الدموية وثبات الكالسيوم في العظام وخلل في الرؤيا وانتظام الدم الوارد للمخ وشعور بالغثيان وتتأثر وظائف الكلى فتكون الحصوات و.... إلخ ، وهذه الامراض يصاب بها الكثير من رواد الفضاء والذين يصعدون على القمر حيث أن جاذبية القمر هي 1/6 (سدس) جاذبية الأرض مما يجعلهم عرضة لهذه الأمراض كلياً أو جزئياً .

2-خلل في وجود الهواء أو القمر ولكل فوائد جمة قد تفقد .

3-خلل في الاتزان في موقع الأرض في المجموعة الشمسية مما يؤدي إلى خلل في درجات الحرارة أو تصادمات مع أجرام سماوية أو تعرض لزلازل واهتزازات عنيفة .

4-تخيل أن كل ما حولك ليس ثابتاً على الأرض؟ المنضدة -التلفاز-المنزل-الطرق-الأنهار-البحار...إلخ ، إذن لدمرت الأرض .

 

فسبحان من خلق كل شيء بحكمة وعلم ورزقنا من النعم التي لا تعد ولا تحصى ، اللهم لك الحمد على كل نعمة أنعمت بها علينا نعلمها أو لا نعلمها .

جزء من كندا بدون جاذبية !

لم يستطع العلماء لأكثر من أربعين سنة تحديد سبب انعدام الجاذبية في خليج " Hudson " الذي يحتل مساحة معتبرة من كندا .
حيث إن قوة الجاذبية الأرضية في هذه المنطقة والأقاليم المجاورة لها تعتبر ضعيفة بشكل ملفت مقارنة بأي منطقة أخرى في العالم ، وقد تم اكتشاف هذه الظاهرة لأول مرة عام 1960 م ، عندما تم رسم خريطة الجاذبية لكوكب الأرض . ثم تم اقتراح نظريتين علميتين لتفسير هذه الظاهرة الغريبة ، لكن قبل أن نتطرق لها علينا أن نعرف أولا ما الذي يسبب انتشار الجاذبية ؟! .. مبدئيا ، فإن الجاذبية تتناسب طرديا مع الكتلة ، وقوتها متغيرة من منطقة لأخرى .

إن شكل الأرض يظهر انتفاخا على مستوى خط الإستواء ويتسطح نوعا ما عند القطبين بسبب الشكل البيضاوي للأرض ، هذا ما يجعل توزع الكتلة غير متناسب في كل المناطق مع إمكانية تحولها من جزء لآخر مع مرور الوقت ، وقد اقترح العلماء نظريتين لتفسير العلاقة بين انخفاض " كتلة " خليج " Hudson " و تسببها في جعل تلك المنطقة الأقل جاذبية على سطح الأرض .

تتركز النظرية الأولى حول ما يسمى بـ " الانتقال الحراري البارز للعباءة الأرضية " ، العباءة الأرضية هي عبارة عن طبقة من الصخور المنصهرة تسمى " الماغما " تتواجد ما بين 100 إلى 200 كم تحت سطح الأرض . حيث إن درجة حرارة الماغما مرتفعة جدا ، وتدور وتتحول بشكل مستمر، إلى الأعلى و الأسفل لتخلق تيارات حرارية ، هذه التيارات تقوم بإحداث احتكاكات للصفائح الأرضية نحو الأسفل ، وهذا ما يحدث انخفاضا في الكتلة بهذه المنطقة وبالتالي إنخفاضا في الجاذبية .

النظرية الثانية تتعلق بالطبقات الجليدية العظمى التي تغطي جزءا كبيرا من كندا وشمال الولايات المتحدة ، كان يبلغ سمك هذه الصفائح 3.7 كم ، لكنها بدأت بالذوبان قديما إلى أن اختفت كليا منذ حوالي 10.000 سنة ، لفهم آلية حدوث ذلك بشكل أفضل ، يمكنك أن تتخيل نفسك تغمس أصبعك في سطع كعكة ستلاحظ تحرك الجزء المحيط بالاصبع نحو الجوانب مع احداث فجوة ، ومن ثم عودته لمكانه بسرعة اذا نزعت اصبعك ، نفس الشيء يحدث مع الصفائح الجليدية ، إلا أن الرجوع على سطح الارض لا يحدث سريعا انما بشكل بطيئ جدا ( أقل من نصف إنش في السنة ) ، حاليا تعتبر منطقة خليج " هادسون " أقل كتلة ، لأن جزءا من الأرض تم دفعه الى الجوانب بسبب الطبقات الجليدية ، ( كتلة أقل تعني جاذبية أقل ) .

أي النظريتين صحيحة ؟

لقد أظهرت الدراسات الجيولوجية أن كلتا النظريتين صحيحتان ، فكل من " الانتقال الحراري البارز " و " ذوبان الطبقات الجليدية العملاقة " يسببان انخفاضا للجاذبية في منطقة خليج " Hudson "

انعدام الجاذبية الأرضية بعد الغلاف الجوي

معلومات قيمة عن الثقوب السوداء

كيف تولد الثقوب السوداء ؟

هناك عمليتان تحدثان في النجوم باستمرار ، انفجارات نووية تطلق فيها النجوم الهيدروجين من وسطها إلى الخارج ، والجاذبية حيث تقوم بسحب هذا الهيدروجين إلى الداخل مرة أخرى ، وتقوم هاتان العمليتان بعمل توازن بينهما إلى أن ينتهي الهيدروجين والهيليوم وكل المواد المنتجة للطاقة الموجود داخل النجم ، فتتوقف الانفجارات النووية مما يؤدي إلى طغيان قوة الجاذبية على النجم ، وعند هذه الحالة يصبح النجم غير مستقر ويبدأ بالانكماش إلى الداخل ، ويعتمد ما يحدث بعد ذلك على كتلة النجم ، فليس جميع النجوم التي تنكمش بسبب جاذبيتها تتحول إلى ثقوب سوداء ، فنجم كثافته أصغر من كثافة الشمس بـ 1,4 مرة سيتحول إلى ما يسمى الأقزام البيض ومن ثم إلى الأقزام السوداء حيث تتوقف عن النمو، أما النجم الذي كثافته أكبر من كثافة الشمس بما بين 1,4 - 3 مرات فسيتحول إلى نجم نيتروني، والنجوم التي تكون أكبر من 3 قد يحدث أن تنفجر وتسمى بالسوبرنوفا (Supernova)، أو تنكمش بدون توقف مما يجعلها أصغر حجماً وأكثر كثافة إلى أن تتحول إلى ثقب أسود.

وهناك طريقة أخرى لتكون الثقوب السوداء من دون أن تمر بالمراحل السابقة وإن كانت كثافتها أقل من كثافة الشمس لأنها لن تتكون من جراء انكماش النجم وتسمى بالثقوب السوداء البدائية ، وهناك احتمال واحد فقط لوجود مثل هذه الثقوب السوداء وهي أن تكون قد تكونت في الأيام المبكرة للفضاء حيث كان الضغط والحرارة مرتفعين جداً، حيث يفترض العلماء أن المواد المبعثرة الموجودة في الفضاء تتجمع وتنضغط بفعل قوة خارجية شديدة مكونة ثقباً أسود.

الثقوب السوداء

قال تعالى : (فلا أقسم بمواقع النجوم وإنه لقسم لو تعلمون عظيم)

الثقوب السوداء : جسم فضائي صغير الكتلة نسبياً بالغ الكثافة افترض وجوده في الفضاء نظرياً جاذبيته قوية جداً حتى أن لا شيء بما في ذلك الضوء يستطيع الإفلات منه وبذلك هو غير مرئي ويحيط بالثقب الأسود حقل دائري يسمى الأفق ما إن يدخل أي كان داخل الأفق فإنه من المستحيل أن يفلت منه ، وهي تسمى بالثقوب السوداء ولكنها ليست سوداء وإنما غير مرئية ، كما أنها ليست ثقوباً فعلية وإنما تدل على منطقة مستحيل الرجوع منه .

 

تتكون النجوم بداية من تجمع سحب غازية وغبار ومواد مختلفة ، حيث تتماسك كل هذه المواد مع بعضها البعض مكونة ما يعرف بالسديم ((Nebula ومع مرور مئات إلى ملايين السنين تصبح هذه المواد كتلة واحدة نتيجة للضغط والحرارة ومع ازدياد حجم هذه السحب يزداد الضغط في وسط الكتلة مما يزيد من درجة حرارتها حتى تصل إلى درجة حرارة عالية وكافية للبدء بالاندماج النووي في وسط هذه الكتلة ، والتي يتحول فيها الهيدروجين في مركز النجوم إلى هيليوم ، إذ تندمج أربع نوى هيدروجين متحولة إلى نواة هليوم واحدة أخف وزناً ، وتتحول الكتلة المفقودة إلى طاقة تتحرر هذه العملية نفسها هي التي تحرر الطاقة في القنابل الهيدروجينية، وتصل الطاقة الناجمة عن تفاعلات الاندماج النووي في نهاية الأمر إلى سطح النجم ، فيضيء طاقة في الفضاء.

رحلة في الكون

 

 

 

العالم يوهانز كبلر وقوانينه

 

يوهانز كبلر عالم رياضيات وفلكي وفيزيائي ألماني كان أول من وضع قوانين تصف حركة الكواكب بعد اعتماد فكرة الدوران حول الشمس كمركز لمجموعة الكواكب .

كان يوهانز كيبلر مساعداً لتايكو براهي ويعمل معه في مرصده ، وبذلك ورث كبلر جميع الإنجازات الرصدية لتايكو براهي فعكف على دراسة مسار كوكب المريخ محاولاً وضع نموذج هندسي لحركة هذا الكوكب حول الشمس ، فما لبث أن اكتشف أن نموذج المسار الإهليجي (وليس الدائري) يحقق النتائج الأرصادية بدقة كبيرة ، بحيث تقع الشمس في إحدى بؤرتي الإهليج .

ثم استطاع كبلر تعميم هذا الاستنتاج على مسارات الكواكب السيارة الأخرى بما في ذلك الأرض ، فاتضحت الصورة عنده ، لذلك وضع كبلر قانونه الأول الذي يقرر بأن:

(1)   كل كوكب يدور في مدار إهليجي حول الشمس تقع الشمس في إحدى بؤرتيه .

ثم راجع كبلر دراسة سرعة الكواكب في مداراتها فوجد أن سرعتها تتغير من موقع إلى آخر بحسب بعدها أو قربها من البؤرة التي تقع فيها الشمس ، لكنه اكتشف أن:

(2)   ان الخط الواصل بين الكوكب و الشمس يمسح مساحات متساوية للفلك في أزمنة متساوية .

القانون الثاني لكبلر وهذا يعني أن سرعة الكواكب تتزايد كلما اقتربت من الشمس وسمي هذا قانون كبلر الثاني ، ثم قام كبلر بحساب أقطار هذه المدارات ولما كانت أشكالها الصحيحة إهلجية وليست دائرية لذلك فلها محورين مختلفين ، ومركز الإهليج هو النقطة التي تقع عند تقاطع المحورين . وبعد دراسة وتحليل نتائج الرصد تبين له أن:

(3)   مربع زمن دورة الكوكب حول الشمس تتناسب تناسباً طردياً مع مكعب نصف المحور الكبير .

وسمي هذا الاكتشاف قانون كبلر الثالث.

وصفت هذه القوانين الثلاثة المتكاملة حركة الكواكب حول الشمس وفق المنظور الجديد القائل بمركزية الشمس بشكل أصبحت فيه الحسابات تطابق الأرصاد الفلكية إلى درجة كبيرة ، بذات الوقت الذي فسرت فيه الحركات التراجعية للكواكب دون ما حاجة إلى وجود أفلاك التدوير.

تحقق نيوتن أيضاً من أن قوة الجاذبية الأرضية تتناقص بابتعاد الجسم عن الأرض ، فالشخص في طائرة أو منطاد عالي لا يزن بقدر ما يزن على الأرض لأن شد الجاذبية الأرضية له يكون أضعف .

ويلاحظ رواد الفضاء أن شدة الجاذبية الأرضية تضعف تدريجياً بارتفاعهم في الفضاء حتى إن أولئك الرواد الذين يذهبون بعيداً في الفضاء يعيشون فترات تطول أو تقصر داخل كبسولتهم الفضائية في حالة انعدام الوزن ويعود السبب في ذلك جزئياً إلى قلة تأثير الجاذبية الأرضية عليهم لبعدهم عن الأرض ( وكذلك بتأثير القوة الناتجة عن دوران سفينتهم بسرعة حول الأرض ) فعندما تنطلق مركبة فضائية من الأرض إلى القمر تخرج تدريجياً من مجال جاذبية الأرض لتدخل جاذبية القمر ، حيث الجاذبية أضعف بحوالي 6 مرات فالرجل الذي يزن 72 كيلو غراماً على سطح الأرض لا يزن أكثر من 12 كيلو غراماً على سطح القمر ، وهذا ما يمكنه من رمي الأجسام إلى مسافة أبعد ومن القفز إلى علو أكبر .

 

اكتشاف أسرار سقوط الأجسام

 

كان إسحاق نيوتن أول من اكتشف أسرار سقوط الأجسام وثقلها وعلاقة جاذبية الأرض بذلك ، ويقال إنه بينما كان نيوتن جالساً في حديقة والدته رأى تفاحة تسقط من شجرة فأخذ يفكر في السبب الذي جعل التفاحة تسقط على هذا الشكل ، وفسر ذلك بأن كلاًّ من الأرض والتفاحة يتجاذبان فيما بينهما فالأرض تجذب التفاحة والتفاحة تجذب الأرض ، لكن ضخامة الأرض الهائلة تجعلها لا تتأثر بجذب التفاحة لها ، بينما التفاحة تنجذب أي تسقط نحو الأرض .

إن هذه القوة الجاذبة للأجسام تسمى الجاذبية الأرضية وهي القوة التي تشد جميع الأجسام إلى سطح الأرض وتؤدي بالتالي إلى أن يكون لها وزن .

حقيقة سقوط الأجسام

حقيقة كون جميع الأجسام تسقط تعني أنه لابد من وجود قوة ما تجذبها إلى الأرض ، وباستطاعتك الإحساس بهذه القوة إذا حملت جسماً ما بيدك أو إذا ما حاولت رفعه عن الأرض ، هذه القوة تسمى الوزن .

الجاذبية الأرضية

 

جاذبية الأرض أو الجاذبية الأرضية :

 يرمز لها في الفيزياء بـg، تشير إلى التسارع الذي تمنحه الأرض للأجسام على السطح أو بالقرب منه ، يقاس هذا التسارع بوحدة m/s2 ، ولها قيمة تقريبية مقدارها 9.8 m/s2 . 

معنى هذه القيمة أنه وعند إهمال تأثير الاحتكاك بالهواء أن سرعة السقوط الحر لجسم تزداد بمعدل 9.8 متر في الثانية في كل ثانية.

 

في هذه المدونة سنعرض بإذن الله أكبر قدر ممكن من المعلومات التي استطعنا جمعها حول موضوع ( الجاذبية الأرضية ) ، سائلين من الله أن ننفع بها .

مرحباً بكم في مدونة ( التقنية وعلم الجاذبية )

وهي عبارة عن جزء من مشروعنا الخاص بمادتي الحاسب الآلي والفيزياء ..

بحيث استخدمنا وسائل التقنية والحاسب الآلي في عرض مادة علمية تحت عنوان ( الجاذبية الأرضية ) .