القوة الجاذبة المركزية

مقدمة:

من المفاهيم الخاطئة المنتشرة في بعض المناهج ومنها منهج الصف الثاني ثانوي مصطلح " القوة الطاردة المركزيّة " ، و الصحيح أنه لا وجود لمصطلح " القوة الطاردة المركزية " في الحركة الدائرية بل توجد القوة الجاذبة المركزية فقط .

توضيح :





فلاش يوضح القوة الجاذبة المركزية أضغط هنا
http://www.angelfire.com/electronic2/physics0/Michelson_Morley/centripetal.swf
الجسم المتحرك في مسار دائري يكتسب تسارعا مركزيا بسبب اختلاف اتجاه سرعته ، و حسب قانون نيوتن الثاني [ الجسم يكتسب تسارع إذا أثرت عليه قوة ] ، فإن القوة المسببة لهذا التسارع المركزي هي ( القوة الجاذبة المركزية ) ، ويكون اتجاه القوة الجاذبة المركزية دائما نحو مركز الدائرة .
انظر الفلاش أضغط هنا
http://www.mrwaynesclass.com/teacher/circular/components/Circular%20Components%20ALL%20LG.swf
مثال :

فعندما يدور جسم كتلته ( ك ) في مسار دائري منتظم بسرعة ثابة المقدار ( ع ) فإنه يكتسب تسارعا مركزيا يعطى بالعلاقة التالية :



وحسب القانون الثاني لنيوتن فإن القوة المسببة للتسارع


وبالتعويض عن التسارع في القانون بالتسارع المركزي :




انظر الفلاش أضغط هنا
http://rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/virtual2/circular-motion/AF_0509.swf

ملاحظة :

تختلف القوة الجاذبة المركزية بأختلاف الحركة الدائرية ، فإذا حرّكنا حجرا مربوطا بخيط في مسار دائري فإن القوة الجاذبة المركزية هي قوة الشدّ في الخيط .




وفي حالة الحركة الدائرية للقمر حول الأرض فإن القوة الجاذبة المركزية هي قوة التجاذب الكتلي .


و في حالة حركة الألكترون حول النواة فإن قوة الجاذبة المركزية هي قوة التجاذب الكهربائي .



وفي حالة حركة سيارة في مسار دائري فإن القوة الجاذبة المركزية هي قوة الأحتكاك السكوني بين أطارات السيارة و الطريق .


تجربة تثبت القوة الجاذبة المركزية :


توضيح .. من كتاب الميكانيك للدكتور محمد ميرزا حول القوة الطارة المركزية :

ومن الأخطاء الشائعة عند البعض افتراض أن القوة تتجه بعيدا عن المركز ويطلقون عليها – خطأ - اسم القوة الطاردة. لكن هذا غير صحيح إذ لا وجود لقوة طاردة مؤثرة على جسم يتحرك حركة دائرية منتظمة، بل إن القوة المؤثرة عليه جاذبة نحو المركز تعطى قيمتها بالعلاقة :

F = m v2 / r

ويمكن فهم هذه النقطة لو تابعنا حركة كرة مربوطة بخيط، ، للاحظنا أنها خضعة لقوة شد من يد الشخص الذي يلوح بها، تتجه نحوالمركز. وبحسب قانون نويتن الثالث، فإن الكرة تؤثر على يده بقوةمساوية بالقيمة ومعاكسة بالاتجاه، أي بعيدا عن المركز. ولذلك يعتقدالبعض أن هناك قوة طاردة أونابذة. ولو أن الشخص أفلت الكرة من يده لطارتكمقذوف باتجاه مماسي للدائرة لحظة الإفلات، كما أننا نعتقد أنها تطير بعيدا عنا لأننا عندما نتابع حركتها بالعين نراها تبتعد عنا فنقول إنها خاضعة لقوة طاردة وهذا غيرصحيح.

ولابأس من الإشارة إلى أن العلاقة F = m v2 / r

تعطي قيمة القوة المركزية وليست قوة جديدة . وبالتالي فعندما يكون هناك جسم يدور على دائرة، أي خاضع لقوة مركزية ، فإن أول ما يجب أن نسأله هو مامصدر هذه القوة ومالذي يدور هذا الجسم؟ ففي حالة القمر الذي يدور حول الأرض في مسار دائري نلاحظ أن مصدر القوة المركزية المؤثرة عليه هوالأرض التي تجذبه بقوة الجاذبية. وكذلك في حالة الإلكترون الذي يدور حول البروتون في ذرة الهيدروجين حيث يخضع لقوة مركزية مصدرها البروتون الذي يجذبه بقوة كولوم الكهربائية ، وهكذا. .


حركة السائق في الدوّار :
يستشهد البعض بحركة السائق في عند مروره في الدوّر بأنها مثالا على القوة الطارة المركزية ، والصواب أن الذي يشعر به هو بسبب القصور الذاتي فالسيارة كما تشاهد في الصورة المتحركة عندما تنحرف في الدوّار تحاول الأجسام مقاومة هذا الأنحرف .


أخيرا ... مثال توضيحي من خيالي الفيزيائي :


لنفترض أن الخيل يتحرك بسرعة على خط مستقيم ..
ثم جاء رجل و أمسك بلجام الخيل .. وحاول أن يُثبت نفسه .

ماذا سيحدث ؟؟ ...

ستتغيّر حركة الخيل لتصبح حركة دائرية ، و قوة الشدّ تمثل قوة جاذبة مركزيّة . .
ولا وجود للقوة الطاردة المركزيّة .