ما هو قانون نيوتن الرابع؟
يُعد قانون الجذب العام القانون الرابع لنيوتن ، إلا أنه لا يصنف بأنه من قوانين نيوتن الرسمية؛ وذلك لأنّ هناك اختلافًا بين قوانين نيوتن الثلاثة للحركة وبين قانون الجذب العام، إذ أشار نيوتن في كتاب المبادئ إلى أنّ قوانين الحركة تلعب دورًا رئيسيًّا في الميكانيكا الكلاسيكية فقط، أي أنّها منفصلة تمامًا عن قوانين الجاذبية.
تصف قوانين نيوتن للحركة حركة الأجسام وتُوضّح كيفية تأثّر حركة الأجسام بالقوى الخارجيّة المؤثرة عليها، وبالتالي فإنّ الجسم الساكن يبقى ساكنًا، والجسم المتحرك يبقى متحركًا ما لم تؤثر عليه قوى خارجية.
بينما يُعبر قانون الجذب العام عن إحدى القوى الأساسية في الكون، إذ يمتلك الكون 4 قوى أساسية تُشتق منها القوانين الأخرى: وهي القوة النووية الشديدة، والقوة النووية الضعيفة، والقوة الكهرومغناطيسية، وقوة الجاذبية، ولذلك يُعد هذا فرقًا أساسيًّا يعود السبب إليه في عدم الإشارة لقانون الجذب العام بأنّه قانون رسمي من قوانين نيوتن.
نص قانون نيوتن للجذب العام
ينص قانون نيوتن للجذب العام الذي وضعه إسحاق نيوتن على أنّ "أي جسمين في الكون بينهما قوة تجاذب تتناسب طرديًّا مع حاصل ضرب كتلتيهما وعكسيًّا مع مربع المسافة بينهما"، وقد اعتبر بعض العلماء والمختصين أن هذا القانون هو قانون نيوتن الرابع.
وبالتالي فإنّ قوة الجاذبية هي القوة المُسببة لجذب أي جسمين لهما كتلة، كما أنّها مسؤولة عن سحب هذه الكتل لبعضها البعض، فأي جسم في الكون يتجاذب مع جسم آخر، والجسم الذي لديه كتلة أكبر يكون لديه قوة جذب أكبر، كما أن قوة الجذب أكبر بين الأجسام القريبة من بعضها، أما الأجسام البعيدة فتُكوّن قوّة جذب لكنها قليلة نسبيًّا.
يُمكن لقانون الجاذبية تفسير ودراسة مدارات الكواكب ورصد حركة الأقمار والكواكب داخلها، كما يُمكنه تفسير الحركة الإهليلجية للكوكب وسبب حدوث اضطرابات في حركتها، بالإضافة إلى أنه أنّه يشرح كيفية سقوط الأجسام على الأرض، وسبب دوران القمر حول الأرض.
صيغة قانون نيوتن للجذب العام
يُمكن تمثيل قانون نيوتن للجذب العام بالصيغة الرياضية التالية:
قوة الجاذبية = (ثابت الجاذبية × كتلة الجسم الأول × كتلة الجسم الثاني)/ مربع المسافة بين الجسمين
وبالرموز:
ق ج = (ث × ك1 × ك2)/ ف^2
وبالرموز الإنجليزية:
Fg= G (m1 × m2) / r^2
حيث أنّ:
- ق ج (Fg): قوة الجاذبية، وتُقاس بوحدة نيوتن ( N ).
- ث (G): ثابت الجاذبية الأرضية، وتبلغ قيمته 6.67 × 10^11- (م³/ كغ. ث²).
- ك1 (m1): كتلة الجسم الأول، وتُقاس بوحدة الكيلوغرام (كغ).
- ك2 (m2): كتلة الجسم الثاني، وتُقاس بوحدة الكيلوغرام (كغ).
- (r): المسافة بين الكتلتين، وتُقاس بوحدة المتر (م).
التطبيقات العملية لقانون الجذب العام
تُشير قوة الجاذبية إلى قوة غير مرئية تسحب أي جسمين في الكون معًا، أي أنّ كل الأجسام في الكون لها قوة جاذبية، ولذلك هناك العديد من الأمثلة التي تتضمن قوة الجاذبية في الكون، ومن أبرزها ما يلي:
- رمي الكرة في الهواء ينتج عنه سقوطها على الأرض نتيجة قوة الجاذبية الأرضية.
- سير السيارة على المنحدر ينتج عنه انزلاقها، رغم الدوس على البنزين وذلك بسبب قوة الجاذبية.
- سير الشخص على الأرض، ينتج عنه بقاءه ثابتًا بدلًا من الطفو في الفضاء وذلك بسبب قوة الجاذبية.
- سقوط قلم من المكتب، ينتج عنه سقوطه على الأرض بدلًا من الطفو بسبب جاذبية الأرض.
- سكب المشروب في الكوب ينتج عنه استقرار المشروب أسفل الكوب بدلًا من الطفو أعلاه وذلك بسبب قوة الجاذبية الأرضية.
- سقوط تفاحة من الشجرة يؤدي لسقوطها للأسفل واستقرارها على الأرض بسبب قوة الجاذبية الأرضية.
- سير الأرض وجميع الكواكب في مداراتها حول الشمس في خط واحد بسبب قوة الجاذبية الأرضية.
- انحدار صخرة من أعلى يؤدي إلى استمرار انحدارها للأسفل بسبب قوة الجاذبية الأرضية.
- اللعب في حبل القفز ورميه للأعلى يُسبب تأرجح الحبل فوق الرأس، ثم عودته للأرض بسبب قوة الجاذبية.
يصف قانون الجذب العام لنيوتن حركة الكواكب والأقمار في مداراتها، وينص على أنّ كل جسم في الأرض يُمكن أن يجذب جسمًا آخر بقوّة تتناسب طرديًّا مع حاصل ضرب كتلة الجسمين، وعكسيًا مع مربع المسافة بين الجسمين، ويُمكن حسابه بالقانون: ق ج = (ث × ك1 × ك2)/ ف^2، وهناك العديد من التطبيقات العملية لقانون الجذب العام في الكون من حولنا.
