الفرق بين السقوط الحر والمقذوفات

تسمى حركة الكرة الساقطة من أعلى مبنى إلى الأرض بالسقوط الحر (بالإنجليزية: Free-Falling)، حيث تؤثر عليه قوة الجاذبية الأرضية لأسفل، أما حركة قذف كرة البيسبول فهي من حركة المقذوفات (بالإنجليزية: Projectile)، فبعد إطلاقها، ستؤثر عليها فقط قوة الجاذبية الأرضية أيضًا، وفي كلا النوعين تكون قوة الجاذبية الأرضية القوة الوحيدة المؤثرة على الجسم، لذلك تكون حركة السقوط الحر نوع من أنواع حركة المقذوفات.[١]


تعريف المقذوفات

تُعرّف المقذوفات بأنها أي جسم يلقى في الهواء بحيث تكون قوة الجاذبية هي القوة الوحيدة المؤثرة عليه، وتُقسم حركة المقذوفات إلى عدة أقسام، وهي:[١]

  • المقذوفات بزاوية: وهو إلقاء الجسم بزاوية تميل عن الخط الأفقي للجسم، تسمى (θ)، مثل قذف المدفع للقذيفة، حيث تكون لسرعة الجسم مركبة سينية (أفقية)، فهو يقطع مسافة على طول الخط الأفقي، ومركبة صادية (عمودية)، لأفن يقطع مسافة رأسية أيضًا.
  • المقذوفات الرأسية لأعلى: وهو إلقاء الجسم لأعلى، بزاوية (θ) تبلغ 90 درجة، مثل قذف كرة لأعلى رأسيًا.
  • المقذوفات لأسفل: وهي الأجسام الساقطة سقوطًا حرًا من ارتفاع عن سطح الأرض، مثل قذف كرة لأسفل من أعلى المنزل.


تعريف السقوط الحر

يُعرّف مبدأ السقوط الحر في الفيزياء بسقوط الأجسام أو الكُتل من ارتفاع عن سطح الأرض، بحيث تؤثر على هذه الأجسام قوة الجاذبية الأرضية فقط، وهي نوع من أنواع حركة المقذوفات.[٢]


تطور هذا التعريف منذ اعتقاد أرسطو سابقًا أن الأجسام ذات الكتلة الكبيرة تسقط بسرعة أكبر من غيرها إلى الأرض، ثم رصد جاليليو هذه الظاهرة، وأدرك أنها تنافي مبدأ أرسطو القائل بأن العناصر الثقيلة تسقط بسرعة أكبر، حيث افترض جاليليو أن هناك قوتين تؤثران على الجسم أثناء هبوطه؛ قوة تصاعدية يؤثر بها الهواء وقوة الجاذبية تؤثر للأسفل، فإذا كانت مقاومة الهواء ضئيلة، فعندئذٍ في موقع معين (لأن الجاذبية تتغير مع الموقع)، تسقط جميع الأجسام نحو مركز الأرض بنفس التسارع الثابت، بغض النظر عن كتلتها، وهذا التسارع الثابت هو تسارع الجاذبية الأرضية (g).[٢]


تختلف قوة الجاذبية اعتمادًا على الموقع والارتفاع على الأرض (أو على أي كوكب آخر)، لكن متوسط ​​التسارع بسبب الجاذبية على الأرض هو 9.8 مللي2، وهي قيمة ثابتة، تُعطى بالإشارة السالبة أحيانًا؛ (-9.8 مللي2)، للتعبير على أن اتجاه التسارع لأسفل.[١]


قوانين المقذوفات والسقوط الحر

بما أن السقوط الحر هو نوع من أنواع حركة المقذوفات، حيث تكون قوة الجاذبية القوة الوحيدة المؤثرة على هذه الأنواع من الحركة، تُستخدم قوانين نيوتن في الحركة لوصف حركة المقذوفات والسقوط الحر، وذلك باعتبار أن السرعة الابتدائية تساوي صفرًا، وبأن تسارع الجاذبية الأرضية يساوي (g) ويساوي 9.8 مللي2، كالآتي:[١][٣][٢]

v = u - gt

S = ut - (1/2) gt2

v2 = u2 - 2gs

حيث إن:

  • u: السرعة الابتدائية.
  • g: تسارع الجاذبية الأرضية.
  • t: الزمن.
  • v: السرعة النهائية.
  • S: الإزاحة.


المراجع

  1. ^ أ ب ت ث "What is a Projectile?"، physics classroom، اطّلع عليه بتاريخ 18/9/2022. Edited.
  2. ^ أ ب ت "Free-Falling Objects", phys.libretexts, Retrieved 18/9/2022. Edited.
  3. "Projectile Motion", byjus, Retrieved 18/9/2022. Edited.