قانون الجذب العام لنيوتن

قانون الجذب العام لنيوتن
سميت باسم	إسحاق نيوتن
	تعديل مصدري - تعديل

قانون الجذب العام لنيوتن (بالإنجليزية: Newton's Law of Universal Gravitation)‏، أو كما يعرف اختصارًا بقانون الجذب العام أو قانون التجاذب الكوني هو قانون الجاذبية أو الثقالة وينتمي للميكانيكا الكلاسيكية، وهو قانون فيزيائي استنباطي ينص على أنه «توجد قوة تجاذب بين أي جسمين في الكون، تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتيهما، وعكسيًا مع مربع المسافة بين مركزيهما».^[1]^[2]^[3] وحدتها $N$

ويُسمى هذا القانون عادة بقانون التربيع العكسي؛ وذلك لأن القوة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين مركزي الجسمين. حيث أن الكتلة ( $m_{2}$ ) تؤثر على الكتلة ( $m_{1}$ ) بقوة مقدارها ( ${\vec{F}}_{2 \to 1}$ )، والكتلة ( $m_{1}$ ) تؤثر بقوة مقدارها ( ${\vec{F}}_{1 \to 2}$ ) على الكتلة ( $m_{2}$ )

G

ثابت الجذب العام يقدر ب :

G = (6.67428 \pm 0.00067) \times 1 0^{- 11} m^{3} {kg}^{- 1} s^{- 2}

الصورة القياسية لقانون الجذب العام لنيوتن

F = G \frac{m_{1} m_{2}}{r^{2}}

حيث:

$F$ القوة الناتجة عن الجاذبية
$G$ ثابت الجذب العام بين الكتل
$m_{1}$ ، $m_{2}$ كتلتان لجسيمين
$r$ البعد بين الجسيمين

الصورة الاتجاهية لقانون الجذب العام لنيوتن

{\vec{F}}_{12} = - {\vec{F}}_{21} = - G \frac{m_{1} m_{2}}{{| {\vec{r}}_{12} |}^{2}} {\hat{r}}_{12}

حيث:

{\vec{F}}_{12}

متجه القوة التي يؤثر بها الجسيم 1 على 2.

{\vec{F}}_{21}

متجه القوة التي يؤثر بها الجسيم 2 على 1.

G

ثابت الجذب العام بين الكتل وقيمته

G = (6.67428 \pm 0.00067) \times 1 0^{- 11} m^{3} {kg}^{- 1} s^{- 2}

^[4]

m_{1}

و

m_{2}

كتلتان لجسيمين على الترتيب

| {\vec{r}}_{12} | = | {\vec{r}}_{2} - {\vec{r}}_{1} |

البعد بين الجسيمين (أي مقدار المتجه الذي هو مقدار الفرق بين متجهي موضعي الجسيمين).

{\hat{r}}_{12} \overset{d e f}{=} \frac{{\vec{r}}_{2} - {\vec{r}}_{1}}{| {\vec{r}}_{2} - {\vec{r}}_{1} |}

وحدة متجه للمتجه من 1 إلى 2.

حساب مدار قمر اصطناعي حول الأرض

على عد مدار القمر الاصطناعي أو مدار محطة الفضاء الدولية دائريًّا حول الأرض، يمكن جعل وزن القمر الاصطناعي (القوة الوزنية) مساويا للقوة الطاردة المركزية ونحصل على سرعة دوران القمر الاصطناعي حول الأرض ووقت الدورة.

قانون الجذب العام لنيوتن :

G = γ \cdot \frac{m_{S a t} \cdot m_{Z}}{r^{2}}

حيث :

G

القوة الوزنية

γ

ثابت الجاذبية

m_{S a t}

كتلة التابع

m_{Z}

كتلة الجسم المركزي

r

نصف قطر الجسم المركزي

وتعطى القوة الوزنية لقمر اصطناعي يدور حول الأرض مع استخدام متوسط كثافة الأرض $ρ$ (بدلا من كتلتها) فنحصل على:

G = γ \cdot \frac{m_{S a t} \cdot ρ \cdot r^{3} \cdot \frac{4 π}{3}}{r^{2}} = γ \cdot m_{S a t} \cdot ρ \cdot r \cdot \frac{4 π}{3}

وبمساواة هذه المعادلة بمعادلة القوة الوزنية $G = m_{S a t} \cdot g$ نحصل على التسارع المركزي $g$ (في حالة الأرض هو عجلة الجاذبية):

g = γ \cdot ρ \cdot r \cdot \frac{4 π}{3}

ونفترض أن القوة الوزنية $G$ والقوة الطاردة المركزية $Z$ عند السرعة في المدار $v$ متساويتان:

Z = m_{S a t} v^{2} / r \overset{!}{=} G = m_{S a t} \cdot γ \cdot ρ \cdot r \cdot \frac{4 π}{3} = m_{S a t} \cdot g

وبحل المعادلة للحصول على السرعة $v$ وإجراء الاختصارات لكتلة القمر الصناعي $m_{S a t}$ :

v = \sqrt{r \cdot g} = \sqrt{γ \cdot ρ \cdot r^{2} \cdot \frac{4 π}{3}} = r \cdot \sqrt{γ \cdot ρ \cdot \frac{4 π}{3}}

نحصل على زمن الدورة $t$

t = 2 π r / v

أي أن زمن الدورة = المحيط / السرعة:

t = 2 π r / (r \cdot \sqrt{γ \cdot ρ \cdot \frac{4 π}{3}}) = 2 π / \sqrt{γ \cdot ρ \cdot \frac{4 π}{3}} = π / \sqrt{γ \cdot ρ \cdot \frac{π}{3}}

t = \sqrt{\frac{3 π}{γ \cdot ρ}}

وبصرف النظر عن الثوابت الطبيعية يعتمد زمن الدورة على كثافة الجسم المركزي، ولا يعتمد على نصف قطره.

القيــم في حالة الأرض:

ρ_{Erde} = 5515 k g / m^{3}

t_{Erde} \approx 5060 s \approx 84 m i n \approx 1, 4 h

v_{Erde} \approx 7911 m / s \approx 28.500 k m / h

يبلغ زمن الدورة 90 دقيقة بالنسبة لمدار منخفض حول الأرض، وهو ينطبق على معظم المركبات الفضائية المأهولة التي تدور حول الأرض.

بغرض المقارنة، فلنعتبر القمر فوبوس:

ρ_{Phobos} = 1887 k g / m^{3}

t_{Phobos} \approx 8651 s \approx 144 m i n \approx 2, 4 h

v_{Phobos} \approx 9, 1 m / s \approx 33 k m / h

ورغم أن قطر فوبوس يبلغ 25 كيلومتر فقط، يكون زمن الدورة حوله في مدار منخفض مساويا تقريبا لزمن الدورة على الأرض (وزمن دورته في الحقيقة أكبر). ولكن السرعة في هذا المدار تكون 33 كيلومتر / الساعة. أي أن رائد الفضاء الذي يكون على القمر فوبوس يستطيع قذف كرة تنس بيده إلى مدار فوق فوبوس.

تفسيرات

قدم القانون تفسيرات عدة للعديد من الظواهر التي تحدث على مستوى الكون وعلى مستوى الأجرام السماوية والكواكب في شتى المجرات باختلافاتها، ومن بين التفسيرات التي أعطاها وقدمها هذا القانون ما يلي:

تقديم تفسير للنسق الدوراني الذي يحدث بين الكواكب والنجوم والمستعرات التي تكون على وشك الاندثار والتفكك.
تقديم القانون لتفسير تام حول الجذب الكولومبي الذي يحدث على مستوى الأنوية الذرية وعلى مستوى الجزيئات الذرية.
تقديم تفسير حول ماهية السقوط الحر والثقالة الجسيمية التكتلية للماديات الكونية .
تقديم تفسير حول ماهية الجذب بين محتويات الكون من جسيمات ذرية ودون ذرية ومحتويات المادة البارونية العادية.

انظر أيضاً

المراجع

^ The Michell-Cavendish Experiment, Laurent Hodges نسخة محفوظة 06 سبتمبر 2017 على موقع واي باك مشين.
^ Purrington، Robert D. (2009). The First Professional Scientist: Robert Hooke and the Royal Society of London. Springer. ص. 168. ISBN:3-0346-0036-4. مؤرشف من الأصل في 2019-07-21.
^ Misner، Charles W.؛ Thorne، Kip S.؛ Wheeler، John Archibald (1973). Gravitation. New York: W. H.Freeman and Company. ISBN:0-7167-0344-0{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: postscript (link)
^ Mohr، Peter J. (2008). "CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006" (PDF). Rev. Mod. Phys. ج. 80: 633–730. DOI:10.1103/RevModPhys.80.633. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الوسيط غير المعروف |coauthors= تم تجاهله يقترح استخدام |author= (مساعدة) Direct link to value.

قانون الجذب العام لنيوتن في المشاريع الشقيقة:

[1] The Michell-Cavendish Experiment, Laurent Hodges نسخة محفوظة 06 سبتمبر 2017 على موقع واي باك مشين.

[2] Purrington، Robert D. (2009). The First Professional Scientist: Robert Hooke and the Royal Society of London. Springer. ص. 168. ISBN:3-0346-0036-4. مؤرشف من الأصل في 2019-07-21.

[3] Misner، Charles W.؛ Thorne، Kip S.؛ Wheeler، John Archibald (1973). Gravitation. New York: W. H.Freeman and Company. ISBN:0-7167-0344-0{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: postscript (link)

[4] Mohr، Peter J. (2008). "CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006" (PDF). Rev. Mod. Phys. ج. 80: 633–730. DOI:10.1103/RevModPhys.80.633. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الوسيط غير المعروف |coauthors= تم تجاهله يقترح استخدام |author= (مساعدة) Direct link to value.

[1]

[2]

[3]

[4]

ع ن ت إسحاق نيوتن
المؤلفات	حول حركة الأجسام في مدارات (1684) الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية (1687) البصريات (1704)
أعمال أخرى	التسلسل الزمني للممالك القديمة (1728) وصف تاريخي لتحريفين مهمين للكتاب المقدس (1754)
الاكتشافات والختراعات	تفاضل وتكامل قرص نيوتن مقراب نيوتن مهد نيوتن سدس (آلة)
النظريات	قوانين كيبلر للحركة الكوكبية مسألة أبولونيوس
نيوتنيات	قانون الجذب العام لنيوتن معادلة شرودنغر-نيوتن ثابت الجاذبية قوانين نيوتن للحركة خوارزمية جاوس ونيوتن حلقات نيوتن مائع نيوتوني ميكانيكا كلاسيكية مائع نيوتوني نظرية الانبعاث ترميز نيوتن للتفاضل كرة نيوتن المدفعية صيغ نيوتن-كوتس طريقة نيوتن كسيرية نيوتن طريقة غاوس-نيوتن المعممة متطابقات نيوتن معادلات نيوتن-أويلر عدد نيوتن مسألة عدد التقبيل عدد القدرة difference quotient متوازي أضلاع القوى puiseux series كتلة شمسية ديناميكا زمان ومكان مطلق فرق محدود قصور ذاتي طيف (فيزياء)
حياته	نشأته أواخر حياته أفكاره الدينية دراسات غامضة ثورة كوبرنيكوس
عائلته وأصدقاؤه	william clarke بنجامين بولين ويليام ستوكلي وليم جونز إسحاق بارو أبراهام دي موافر
في الثقافة	newton (blake) newton (paolozzi) في الثقافة الشعبية
مواضيع متعلقة	writing of principia mathematica قائمة الأشياء التي سُميت باسم نيوتن وسام إسحاق نيوتن نيوتن (وحدة)