كيف يؤثر وزن الجسم في سرعة سقوطه

قانون الجاذبية

كشف العالم إسحاق نيوتن قانون الجاذبية التي تخضع له جميع الأجسام على سطح الأرض، فكشف هذا القانون كيفية سقوط الأجسام على سطح الأرض، وبعض المعتقدات التي لدى الناس بخصوص الأجسام وكيفية سقوطها على سطح الأرض، ومن ضمن هذه المعتقدات كيفية تأثير وزن الأجسام في سرعة سقوطها، وهي ما سنتحدث عنه في هذا الموضوع.

قد يلاحظ الجميع أنّنا عندما نقوم برمي جسمين بوزنين مختلفين، فإنّ الجسم ذا الوزن الأكبر يصل إلى سطح الأرض بسرعة أكبر، وكما نجد أيضاً أن حجم الجسم وشكله وكثافته أيضاً أمورٌ تؤثرُ في سرعة سقوطه، ولكن وفي الواقع فإنّ الجاذبية الأرضية التي هي سبب سقوط الأجسام على سطح الأرض في المقام الأول لا تتأثر على الإطلاق بسرعة سقوط الأجسام، فتسارُع سقوط جميع الأجسام على سطح الأرض هي 9.8 متر/ثانية مربعة مهما كان شكل هذا الجسم أو حجمه أو كثافته أو وزنه، فبالافتراض لو أنّنا قمنا بإلقاء جسمين كالريشة والسيارة في الوقت نفسه، فإنّهما سيصلان إلى الأرض في الوقت ذاته، عندما تكون الجاذبية الأرضية هي الأمر الوحيد المؤثر عليهما.

القُوى المؤثرة في سرعة سقوط الأجسام

إنّ جميع الأجسام على سطح الأرض لا تتأثر بقوةٍ واحدةٍ فقط، فتتأثر جميع الظواهر والأحداث على سطح الأرض بالعديد من القوى المختلفة، سواء كان هذا الأمر في الطبيعة أو حياة الإنسان أو العلوم، وكذلك الأمر في سقوط الأجسام، فالجاذبية الأرضية لا تعدّ المؤثر الوحيد على كيفية وسرعة سقوط الأجسام على سطح الأرض، بل إنّه يوجد عاملٌ آخر هامٌّ جداً في هذه العملية، وهو الذي يسبب التفاوت في سرعة سقوط الأجسام على سطح الأرض، وهذا العامل هو مقاومة الهواء، فمقاومة الهواء هي ما يحدث نتيجة تصادم جزيئات الهواء المنتشرة في الجو بالأجسام المختلفة داخل الغلاف الجوي، ويتأثر مقدار مقاومة الهواء للأجسام الساقطة على سطح الأرض بعددٍ من العوامل المختلفة، ولكنها تتأثر بعاملين أساسين هما؛ سرعة سقوط الأجسام ، والمساحة المعرضة لمقاومة الهواء، فالأجسام التي تسير بسرعةٍ أكبر تتعرض لمقاومةٍ أعلى من الهواء.

يمكنك ملاحظة هذا الأمر عند قيادة السيارة، فكلما ازدادت سرعة السيارة أصبحت بحاجةٍ إلى الضغط على دواسة الوقود بشكلٍ أكبر لتزيد سرعة السيارة، أو تحافظ عليها عند السرعات العالية، وكلما أحسست بمقاومة الهواء لجسم السيارة بشكلٍ أكبر أيضاً، وأمّا بالنسبة لمساحة السطح المعرض لمقاومة الهواء فيمكنك ملاحظته عند رمي قطعتي ورقٍ؛ أحدهما مطوية، فستلاحظ أنّ الورقة المطوية تسقط بسرعةٍ أكبر من الأخرى.

السقوط الحرّ

عند سقوط الأجسام داخل الغلاف الجوي سقوطاً حرّاً فإنّ الهواء يستمر في مقاومة هذه الأجسام في اتجاهٍ معاكسٍ لاتجاه سقوطها، حتى يتساوى مقدار قوة مقاومة الهواء مع مقدار القوة المؤثرة في الأجسام، والتي تسبب سقوطها وهي وزنها، وخلال هذه المدة تبقى الأجسام تكسب تسارعاً مساوياً لمقدار تسارع الجاذبية الأرضية، حتى يصبح تسارعها صفراً وتكسب سرعةً ثابتةً أثناء سقوطها، وعلى افتراض نزول جسمين بوزنين مختلفين، فإنّ الجسم ذا الوزن الأقل سيصل إلى حالة الاستقرار بوقتٍ أقصر من الجسم الأكثر وزناً، ولهذا سيكسب سرعةً أقلّ من الجسم الآخر.