مكنت من حساب قيمة قوة الجذب بين كتلتين ومن ثم تحديد قيمة للثابت g 6.67×10 11n m2 kg2
مكنت من حساب قيمة قوة الجذب بين كتلتين ومن ثم تحديد قيمة للثابت g 6.67×10 11n m2 kg2
G ≈ 6.67 × 10-11 N·m²/kg². ولذلك هذا المقال يستعرض خطوات الحساب، الأدوات، التحديات، والنتائج العلمية.
قانون نيوتن في الجاذبية العالمية
عند مسافة r هي:
F = G × (m1 × m2) / r²
حيث G هو ثابت الجاذبية العالمي.
هذا القانون الذي صاغه نيوتن يوضح العلاقة بين الكتل والمسافة وقوة الجذب.
بمعرفة أي ثلاثة من هذه القيم، يمكننا حساب القيمة الرابعة بدقة.
تصميم التجربة: ميزان الالتواء (Cavendish)
يتم تعليق قضيب خفيف يحمل كرتين صغيرتين، ثم توضع كرتان كبيرتان بالقرب منهما.
بفعل قوة الجذب، يدور القضيب قليلاً. يتم قياس زاوية الالتواء باستخدام شعاع ضوء منعكس على مقياس.
عبر معرفة العزم وقيمة الالتواء يمكن حساب القوة بدقة ثم استخراج G.
أقرى أيضاً: في تجربة كافندش قيمة g لا تتعلق بنوع مادة الكرة بل بكتلتها.
الحسابات التفصيلية لاستخراج G
وحساب العزم τ باستخدام المعادلة:
τ = k × θ
حيث k هو ثابت التواء السلك. بعد تحديد القوة F
والمسافة r بين الكتل، نستخدم المعادلة:
G = (F × r²) / (m1 × m2)
بهذه الطريقة يتم حساب قيمة تقريبية لثابت الجاذبية بدقة عالية.
أمثلة عملية: حساب قوة الجذب
لنفترض أن لدينا كتلتين صغيرتين كل منهما 0.1 كجم،
وكتلتين كبيرتين كل منهما 1 كجم، والمسافة بينهما 0.2 متر.
باستخدام G = 6.67 × 10-11:
F = 6.67 × 10^-11 × (0.1 × 1) / (0.2²) F = 1.6675 × 10^-11 N
النتيجة توضح أن القوة صغيرة جدًا، مما يبين الحاجة إلى أجهزة قياس دقيقة للغاية لاكتشافها.
مكنت من حساب قيمة قوة الجذب بين كتلتين ومن ثم تحديد قيمة للثابت g 6.67×10 11n m2 kg2
تم إجراء تجربة Cavendish حيث تم قياس زاوية الالتواء الناتجة عن جذب كرتين كبيرتين لكرتين صغيرتين معلقتين. ولكن بعد حساب العزم ومعرفة المسافة والكتل، تم تطبيق معادلة الجاذبية:
G = (F × r²) / (m1 × m2)
فكانت النتيجة أن G ≈ 6.67 × 10-11 N·m²/kg².
التحديات ومصادر الأخطاء
يواجه قياس ثابت الجاذبية صعوبات مثل الاهتزازات، تغيرات درجة الحرارة، تأثير المجالات المغناطيسية، وحتى الجاذبية الناتجة عن أجسام محيطة. لذلك يتم عزل الأجهزة داخل غرف خاصة وإجراء التجارب لعدة مرات لضمان نتائج أكثر دقة وتقليل نسبة الأخطاء.
التطورات الحديثة في قياس G
التطور العلمي سمح باستخدام تقنيات حديثة مثل التداخل الذري الذي يعتمد على الذرات الباردة لتقليل الخطأ البشري. كما أن التعديلات على تصميم ميزان الالتواء التقليدي ساعدت في تحسين الدقة. ولكن أحدث القيم المتفق عليها عالميًا لثابت الجاذبية هي:
- G = 6.67408 ± 0.00031 × 10-11 N·m²/kg² (CODATA)
- G = 6.6743 ± 0.00015 × 10-11 N·m²/kg² (Britannica)
الخاتمة
قياس ثابت الجاذبية العالمي G رحلة علمية ممتعة بدأت من أفكار نيوتن وتجارب Cavendish وصولاً إلى أحدث التقنيات الكمية. ولكن هذه الجهود لا تساعد فقط في فهم الجاذبية، بل تدعم أبحاثًا أكبر لفهم بنية الكون والتطورات الفلكية والفيزيائية المستقبلية. مكنت من حساب قيمة قوة الجذب بين كتلتين ومن ثم تحديد قيمة للثابت g 6.67×10 11n m2 kg2 بيت العلم.
تعرف أيضاً على: الاشتراك في مسابقة يزيد الراجحي: فرصة للفوز بجوائز ضخمة عبر الإجابة على أسئلة يومية
