نبذة تعريفية عن “طاقة وضع الجاذبية”

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الثاني

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

طاقة وضع الجاذبية الفيزياء

المقصود بهذا التعبير هو الطاقة التي يمتلكها جسيم بفضل موقعه ، عندما يكون في مجال جاذبية جسيم آخر ويمكن الوصول إلى الصيغة الرياضية التي تعطي قيمة هذه الطاقة بالأسلوب التالي:

1- افرض أن لديك جسيمين كتلتاهما ₁m₂ , m ويبعدان أحدهما عن الآخر مسافة قدرها r فتكون قوة التجاذب بينهما :    

 (راجع المعادلة 1)

 

2- لتزيد المسافة بين الجسيمين بمقدار قليل ، بحيث تصبح  فإن عليك أن تبذل شغلاً ضد قوة التجاذب وقيمة هذا الشغل تحسب بالمعادلة (4) :

 

3– ولو كان مقدار الزيادة في المسافة محدوداً من r₁ إلى r₂ مثلاً، فإن قيمة الشغل المبذول

 

4- وعندما r₂   فإن المعادلة (5) تصبح بالشكل :

 

5- لنفرض الآن أن أحد الجسيمين ثابت في موضعه وأننا قربنا الجسيم الثاني من مكان بعيد جداً (اللانهاية) حتى أصبح على بعد قدره r عن الجسيم الأول . فتصبح قيمة الشغل ممثلة بالمعادلة (7)

 

وهذه هي الصيغة الرياضية التي تعطي قيمة طاقة الوضع للجسيم  m₂في مجال جاذبية الجسيم  m₁.

وقد اتفق على أن هذه الطاقة تساوي الصفر لو كانت المسافة بين الجسيمين كبيرة جداً (أي تساوي اللانهاية).

إن حركة قمر صناعي في مدار دائري تقريباً حول الأرض ، إيضاح جيد لطاقة وضع الجاذبية .

 

فبسبب الاحتكاك مع الغلاف الجوي تقل الطاقة الكلية للقمر الصناعي في مداره ولهذا يصبح أقرب إلى الأرض ، وبسبب ذلك تصبح حركته أسرع ولكن ما يفقده من طاقة وضع الجاذبية أكبر مما يكتسبه من الطاقة الحركية .

وهناك مثال آخر نجده في النجوم ، ذلك أن النجم في تطوره المبكر يتقلص فيتحول جزء من طاقة وضع جاذبيته إلى إشعاع ، وبذلك يصبح مضيئاً كما يتحول جزء آخر من طاقة الوضع إلى طاقة حركة للذرات.

وبذلك ترتفع درجة حرارة النجم بالتدريج إلى أن يصبح ساخناً بقدر يكفي ليبدأ التفاعل النووي الحراري فيه 

 

وترتبط بطاقة الوضع أيضاً ظاهرة أخرى هي سرعة الإفلات ، وهي أقل قيمة للسرعة الابتدائية التي ينبغي إعطاؤها لقذيفة ما، إذا أطلقت من سطح الأرض حتى لا تعود إليها وإذا أهمل احتكاك القذيفة بالجو فإن سرعة الإفلات من سطح جرم كروي كتلته M ونصف قطره R تعطى بالمعادلة (8) :

وقيمة سرعة الإفلات من سطح الأرض هي 11,2 كم/ث .

 

أما من سطح القمر فتبلغ 2,4 كم/ث ، وهذا يوضح السبب في عدم وجود غلاف جوي للقمر ، وبشكل مشابه يمكن اعتبار الثقب الأسود جسماً سرعة الهروب منه أكبر من سرعة الضوء ، ولهذا لا يستطيع الضوء الإفلات منه .

ويمكن النظر من الزاوية نفسها إلى التساؤل عما إذا كان الكون سيستمر في التمدد.

فلو كانت كثافة المادة في الكون كبيرة إلى حد كاف، فإن التمدد حينئذ سيتوقف بصورة نهائية ، وسيبدأ الكون في التقلص . وفي الوقت الحاضر لا يمكن قياس الكثافة بدقة تكفي للإجابة عن السؤال

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]