من هو مكتشف قانون الجاذبية الأرضية

من هو مكتشف قانون الجاذبية الأرضية

قانون الجاذبية الأرضية

ينص قانون نيوتن للجاذبية الأرضية على أن أيّ جسم مادي في الكون يجذب أيّ جسم آخر بقوة تتناسب طرديًا مع كتلة كلا الجسمين وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما، وقد طرح إسحاق نيوتن نص القانون في عام 1687 ميلادي واستخدمه لشرح الحركات المرصودة للكواكب والأقمار التي تدور حولها،[١] ويمثَّل القانون بالرموز على أنه قوة الجاذبية = ج*ك1*ك2/ ف 2؛ وتُشير كلّ من الرموز السابقة في هذه المعادلة الفيزيائية إلى ما يأتي:[٢]

  • ج: هو ثابت الجاذبيّة الأرضية، ويحمل القيمة 10E-8 * 6.67 داين * سم 2 / غم 2، فعلى سبيل المثال، إذا وضعت كائنين كتلة كلّ منهما تساوي غرام واحد على بُعد سنتيمتر واحد من بعضهما البعض فسيجذب كل منهما الآخر بهذا المقدار من القوّة، وتساوي وحدة الداين 0,001 غرام تقريبًا، ففي حال امتلاك قوّة تساوي 1 داين dyne ستتمكّن من حمل 0,001 غرام من مجال الجاذبية الأرضية، وبالتالي تُعد قوّة ضئيلة.
  • ك: إذ تُشير كل من ك1 وك2 إلى كتلة الجسمين المُستخدمين لحساب القوّة، والجدير بالذكر أن وزن الجسم يساوي كتلته مضروبة بتسارع الجاذبية والذي يساوي على كوكب الأرض 9.8 متر لكلّ ثانيّة تربيع.
  • ف: يُشير هذا الرمز إلى المسافة الواقعة بين مركزيّ الكتلتين المستخدمتين في حساب قيمة القوة، وتكون هذه المسافة مربّعة بالقانون.


من هو مكتشف قانون الجاذبية الأرضية؟

يُنسب الفضل في اكتشاف قانون الجاذبية الأرضية إلى العالم إسحاق نيوتن بعد رؤيتة لتفاحة تسقط من شجرة في حديقة منزل والدته، عندها روى نيوتن القصة للعديد من المعاصرين الذين سجلوها للأجيال القادمة،[٣] ويعد إسحاق نيوتن عالم فيزياء ورياضيات إنجليزي مشهور جدًا في قوانينه الفيزيائية، وقد كان شخصية رئيسية في الثورة العلمية في القرن السابع عشر، وُلد في 4 كانون الثاني/يناير عام 1643 في وولزثورب لينكولنشاير إنجلترا، وكان هو الابن الوحيد لمزارع يُدعى إسحاق الذي توفي قبل ولادته بثلاثة أشهر، وهو طفل سابق لأوانه؛ حيث ولد صغيرًا وضعيفًا، إذ لم يكن من المتوقع أن يعيش، عندما كان عمره 3 سنوات تزوجت والدته هانا آيسكوغ نيوتن من وزير ثري وذهبت للعيش معه تاركة نيوتن مع جدته لأمه، ومن عمر الثانية عشر وحتّى السابعة عشر إلتحق نيوتن بمدرسة الملك في جرانتهام، بعد ذلك قُبل في كلية الثالوث بكامبريدج كطالب عامل وأكمل دراسته، وخرج بالعديد من النظريات التي ما زالت قائمة إلى يومنا هذا، وأهمها قانون الجاذبية الأرضية، توفي نيوتن في 31 آذار/مارس عام 1727 عن عمر يناهز 84 عامًا.[٤]


كيف اكتشف قانون الجاذبية الأرضية؟

في بداية القرن السابع عشر نشر كيبلر قوانينه الثلاثة لحركة الكواكب، واكتشف علاقة رياضية تربط المسافات بين الكواكب والشمس معًا، ثمّ سعى نيوتن فيما بعد إلى تعميم مبادئ كيبلر لشرح كيفية حركة هذه الكواكب ولماذا تتحرك على هذا النحو، بعد ذلك انتشرت قصة نيوتن المشهورة مع التفاحة، وقد عُرفت باسم نظرية التفاحة والتي وضّحت أنه بينما كان نيوتن جالسًا تحت شجرة تفاح سقطت تفاحة من نفس الشجرة على رأسه، الأمر الذي جعله يفكر في سبب سقوط تلك التفاحة ولماذا سقطت عموديًّا باتجاه مركز الأرض وليست تصاعدية أو جانبية ليكتشف فيما بعد أن السبب يعود إلى وجود قوة تُعرف باسم" قوة الجاذبية الأرضية".[٥]

أصبحت قصة تفاحة نيوتن المرفقة مع نظريته عن الجاذبية الأرضية عنصرًا أساسيًا في الثقافة الشعبية، بينما قيل في الكثير من الأحيان أن القصة مُلفقّة وما هي إلا أسطورة، وأن نيوتن لم يتوصل لنظريته حول الجاذبية في لحظة واحدة، إلا أن أحد المقربين من نيوتن مثل "ويليام ستوكلي" أكد على وقوع الحادثة، لكن ليس كما هو شائع أن التفاحة وقعت على رأسه، وقد سجل ويليام ستوكلي وهو رجل دين إنجليزي وعضو زميل في الجمعية الملكية في كتابه حياة السير إسحاق نيوتن محادثة مع نيوتن في عام 1726، « ... ذهبنا إلى الحديقة، لشُرب الشاي تحت ظلال بعض أشجار التفاح، أنا وهو فقط، وضمن الحوار، أخبرني أنه في حالة كهذه أتته فكرة مفهوم الجاذبية، قائلًا لماذا تسقط التفاحة دائمًا عموديًا على الأرض؟ ثم قال لنفسه: سبب سقوط التفاحة ...›› ".[٦]

وصف جون كوندويت مساعد نيوتن في دار سك العملة الملكية الحدث عندما كتب عن حياة نيوتن بأن الحادثة وقعت في عام 1666 عندما كان نيوتن مسافرًا للقاء والدته في لينكولنشاير، وكان يتجول في حديقة المنزل وجاءته فكرة أن قوة الجاذبية ليست محدودة بمسافة معينة من الأرض، وقال لنفسه لماذا لا تصل حتى سطح القمر، ومع ذلك استغرق الأمر عقدين ليطوّر نظرية كاملة عن الفكرة إلى درجة أنه كان قادر على تقديم أدلة رياضية أيضًا، وعندما انتهى من البحث رجّح أن نفس القوة التي تجعل الجسم يسقط على الأرض هي المسؤولة عن الحركات المدارية الأخرى، ومن ثم أطلق عليها اسم "الجاذبية الكونية"، [٦] هذا وادّعى كثيرون بأن الأشجار المختلفة هي شجرة تفاح نيوتن، إذ ادّعت مدرسة الملك في غرانتهام أنها اشترت الشجرة واقتلعتها ونقلتها إلى حديقة المدرسة بعد بضع سنوات، فيما يقول موظفو مؤسسة التراث القومي التي تملكت مزرعة "وولسثورب" بأن الشجرة موجودة في حديقتهم، كما توجد شجرة من نسل الشجرة الأصلية خارج البوابة الرئيسية لكلية الثالوث في كامبريدج، أيّ تحت غرفة نيوتن التي عاش فيها حينما كان يدرس هناك.[٦]


أهم اكتشافات إسحاق نيوتن

بالإضافة إلى نظرية الجاذبية الأرضية وقوانين الحركة الثلاثة المشهورة، قدّم إسحاق نيوتن العديد من الاكتشافات والإنجازات خلال حياته، ومن أبرزها:[٧]

  • مدفع نيوتن المداري Newton's Orbital Cannon: يُعد المدفع المداري تجربة فكرية يُبين فيها نيوتن طريقة تفكيره في نظريات قوّة الجاذبية الأرضية، وهي كيف يُمكن لجسم ما أن يدور حول جسم آخر، وتصوّرها كأنها مدفع مداري يستطيع الخروج من جبل ضخم دخلت قمته في حيّز الفضاء، وأن الكمّية المُناسبة من البارود ستُعطي المدفع سرعة كافية لسقوطها نحو الأرض بنفس معدل انحناء الكوكب عنها، وأن المدفع سيستمر بالسقوط الحُرّ حول الكوكب.
  • أبواب القطط النيوتونية Newtonian Cat Doors: على الرغم من قلة صداقات نيوتن، إلا أنه كان يوفر مساحة في حياته للقطط والكلاب، إذ وصفه المؤرخون بأنه مُحب للحيوانات، بينما تروي روايات أخرى حكايات مشكوك فيها بشأن كلب أليف يُدعى "دايموند"، وآخرون ينفون امتلاكه لأي نوع من الحيوانات الأليفة على الإطلاق، وقصة هذا الاختراع جاءت نتيجة تجارب نيوتن في جامعته جامعة كامريدج التي كانت تتوقف باستمرار بسبب القطط التي تخدش باب مكتبه، لذلك استدعى النجار وأخبره بعمل حُفرتين أو ثقبين؛ ثقب واسع للقطة الأم وآخر لصغيرها، وبطبيعة الحال كانت تمر جميع القطط الكبيرة والصّغيرة عبر الثقب الأكبر، فظل الثقب الأصغر دون استخدام، من هنا فإن نيوتن كان هو المسؤول عن اختراع أحد الإضافات المُهمّة والمميزة للحيوانات؛ وهي الفتحات التي توجد في الأبواب لعبور القطط والكلاب.
  • التفاضل والتكامل Calculus: الرياضيات وهو النظام الذي يمكن من خلاله قياس الشبكة الداخلية للكون وما يحدث بها، ولكن مثل العديد من العلماء في عصره وجد نيوتن أن علمي الجبر والهندسة القائمين في ذلك الوقت لم يكونا ببساطة كافيين لتلبية الاحتياجات العلمية له، وكما يقول البعض أنه حتى الرياضيات المتطورة المعاصرة ليست متطورة بما فيه الكفاية لنيوتن، لإن علماء الرياضيات في ذلك الوقت كان يمكنهم حساب سرعة السفينة، لكنهم لم يستطيعوا معرفة مُعدّل تسارُع السفينة، كان يمكنهم قياس زاوية إطلاق قذيفة المدفع الموجود على سفينة حربية لكن لم يكن لديهم طريقة لحساب الزاوية، فما كان علماء الرياضيات في ذلك الوقت يحتاجون إلّا وسيلة رياضية لحساب المشاكل التي تنشأ من تغيير عوامل متغيرة معينة، إذ كانت هذه هي المشكلة التي واجهها نيوتن عندما ضرب وباء "الطاعون الدبلي" إنجلترا في ربيع عام 1665، الأمر الذي أدى إلى حجره لمدة 18 شهرًا لصياغة أصول ما أسماه "علم التغيرات"، وهو الذي تحوّل لاحقًا إلى علم التفاضل والتكامل، وهو آداة هامة وحيوية لعلماء الفيزياء والاقتصاديين وعلماء الاحتمالات والإحصاء، وهذا العلم هو الذي مكّن مهندسي سفينة الفضاء أبولو من رسم مسار السفينة من الأرض إلى القمر في ستينات القرن الماضي.
  • قوس قزح In Rainbows: هل يمكنك تخيُّل أن يهرب قوس قزح بأسراره بعيدًا عن عقل كبير مثل عقل نيوتن؟ في عام 1704 كتب نيوتن كتابًا عن انكسار الضوء والذي أطلق عليه اسم Opticks، وهو الكتاب الذي كوّن طريقة تفكيرنا فيما يتعلق بالألوان والضّوء، وقد عرف العلماء في تلك الفترة أن قوس القزح يتشكل عند انكسار الضوء أو انعكاسه في قطرات المطر، ولكنهم لم يكونوا يعلمون السبب وراء ألوان قوس قزح، أي لماذا تظهر هذه الألوان؟ عندما بدأ نيوتن أول دراسته في جامعة كامبريدج، كانت النظرية الشائعة هي أن المياه كانت مصبوغة بواسطة أشعة الشمس بألوان مختلفة، ومن خلال مصباح ومنشور أجرى نيوتن تجربة عن طريق تمرير الضوء الأبيض من خلال منشور لفصل ألوان قوس قزح، وكانت خدعة المنشور فكرة جديدة، ولكن العلماء في ذلك الوقت افترضوا أن هذا المنشور يتسبب في تلوين الضوء عند عكس الأشعة المتفرقة في منشور آخر، ولكن تمكّن نيوتن من إعادة تجميع هذه الأشعة الملونة إلى ضوء أبيض، وأثبتت أن الألوان كانت سمة وصفة مميزة من الضوء نفسه.
  • التليسكوب العاكس Through the Reflecting Telescope: وُلد نيوتن في عصر التلسكوبات الباهتة، إذ كانت أفضل نماذج هذه التليسكوبات استخدمت العدسات الزجاجية لتكبير الصورة، ومن خلال تجاربه مع الألوان عرف أن العدسات تكسر الضوء في زوايا مختلفة إلى ألوان مختلفة، وهو ما خلق صورةً غامضةً للمشاهد، وكعملية تحسين اقترح نيوتن استخدام المرايا العاكسة، وذلك بدلًا من العدسات الكاسرة، فمن شأن المرآة الكبيرة التقاط الصورة، ثم تقوم المرآة الصغيرة بارتداد لهذه الصورة نحو عين المشاهد، وهذا الأسلوب لم يُنشئ فقط صورة أكثر وضوحًا، بل سمح لأن يقل حجم التليسكوب عما قبل، وحتى نكون أكثر دقة فقد اقترح عالم رياضيات إسكتلندي فكرة التليسكوب العاكس لأول مرة، ولكن نيوتن كان الرجل الذي حشد الطاقة لبناء واحد من هذه التليسكوبات عبر تجميع المرايا بنفسه، إذ بنى نموذجًا لهذا التليسكوب وقدّمه إلى الجمعية الملكية عام 1670.


مَعْلُوْمة

سنعرض عليك تاليًا بعض المعلومات عن إسحاق نيوتن، والتي قد لا تكون على علم مسبق بها:[٨]

  • عندما كان إسحاق نيوتن رضيعًا، كان بالإمكان وضعه داخل كوب بحجم لتر؛ دلالة على صغر حجمه كونه وُلد قبل أوانه.
  • هدّد إسحاق نيوتن بإحراق المنزل بينما كانت والدته وزوجها ما يزالان بالداخل، إذ نشأ إسحاق وهو يعاني من العدائية تجاه زوج والدته؛ القس بارناباس سميث التي أنجبت والدته منه ثلاثة أطفال.
  • عندما كان نيوتن شابًّا لم يكن على علاقة جيدة مع والدته.
  • سجّل نيوتن جميع اعترافاته في مذكراته الشخصية.
  • أرادت والدة إسحاق نيوتن أن يكون ابنها مزارعًا كوالده، وعندما حاول فعل ذلك فشل فشلًا ذريعًا في تلك المهنة، فعرفت والدته أنه لم يكن مخصصًا للعمل في الريف، لذلك سمحت له بالحصول على تعليمه الرسمي.
  • حاول الطلاب إخافة إسحاق نيوتن في المدرسة بسبب طبيعته الخجولة والهادئة، لكنه وفقًا للقصص حاول إثبات نفسه من خلال تركيز اهتمامه الكامل على العمل المدرسي.
  • بين سن 12 و17 سنة، تلقى إسحاق نيوتن تعليمًا في مدرسة الملك في غرانتهام، وخلال تلك الفترة أقام مع ويليام كلارك الذي شجّع إسحاق نيوتن على الاهتمام في الكيمياء.
  • ما تزال مدرسة الملك قائمة لغاية يومنا هذا، ويمكن لأي شخص رؤية توقيع نيوتن المنقوش على إحدى عتبات النوافذ في المدرسة.
  • ساعده عمه القس ويليام آيسكوغ على دخول كلية ترينيتي، وكان هذا في كامبريدج في حزيران/يونيو عام 1661، ونظرًا لأنه لم يكن يمتلك ثروة كبيرة، فقد عمل في العديد من الوظائف بدوام جزئي كـ"خادم" من أجل دفع تكاليف تعليمه.
  • في عام 1664، فاز إسحاق نيوتن بمنحة دراسية لمدة أربع سنوات في كامبريدج.
  • أوقف الطاعون الدبلي bubonic عام 1665 تعليمه؛ الأمر الذي أدى إلى إغلاق جامعة كامبريدج لمدة عامين، وقد عاد خلالها إسحاق نيوتن إلى منزله للعمل في سعيه العلمي.
  • أصبح أستاذ للرياضيات في جامعة كامبريدج في سن 27، وكان هذا بعد عام واحد فقط من حصوله على درجة الماجستير.
  • اخترع إسحاق نيوتن حساب التفاضل والتكامل، وفي المقابل خسر أكثر من 20,000 جنيه إسترليني للاستثمار في شركة البحر الجنوبي South Sea، وبحسب تقديرات يومنا هذا سيكون المبلغ أكثر من 3 ملايين دولار.
  • كتب نيوتن عن الدين والكيمياء أكثر مما كتب في العلوم، ومع ذلك ظل هذا الجانب منه مخفيًا، علمًا بأنه خلال حياته لم يشارك وجهات نظره الدينية، فقد اكتفى بالكتابة عنها فقط.
  • في الستينيات نُشرت أوراقه المكونة من 10 ملايين كلمة علنًا، وأبقى أحفاده تلك الأوراق في السرّ خوفًا من أن تُدّمِر سمعته وتقوده إلى الاعتراف به كمُلحد.
  • قوانين نيوتن الثلاثة المشهورة والمعروفة باسم "قوانين الحركة" هي:
    • الأول: الجسم الساكن يبقى ساكنًا والجسم المتحرّك يبقى متحركًا ما لم تؤثر عليه قوى ما.
    • الثاني: كلما زادت القوة زاد التسارع.
    • الثالث: لكلّ فعل ردّ فعل مساوٍ له في المقدار ومُعاكس له في الاتجاه.
  • كان إسحاق نيوتن عضوًا في برلمان إنجلترا، ولكنه لم يساهم بأي إنجازات خلال توليه هذا المنصب، بدلًا من ذلك ذكر بعض المؤرخين بطريقة فُكاهية أنه أثناء وجوده في البرلمان، اشتكى نيوتن فقط من درجة حرارة الغرفة وطلب إغلاق النوافذ.
  • لم يتزوج إسحاق نيوتن أبدًا، وقد عُزيَ ذلك إلى كونه شخصًا دائم السعي وراء العلم، فلم يجد وقتًا لحياته الشخصية، أو ببساطة لم يُرد أي مشتتات لانتباهه.
  • رُجّح أن إسحاق نيوتن كان مصابًا بمتلازمة أسبرجر، إذ إنه من خلال دراسة موسعة لسجلاته وسيرته الذاتية، توّصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن أعراض أسبرجر كانت موجودة في نيوتن، وهو ما يعني بالتوحد.[٩]


المراجع

  1. The Editors of Encyclopaedia Britannica (29-1-2020), "Newton's law of gravitation"، britannica, Retrieved 4-7-2020. Edited.
  2. JULIA LAYTON, "How does gravity work?"، science.howstuffworks, Retrieved 4-7-2020. Edited.
  3. Robert Matthews, "Who really discovered the law of gravity?"، sciencefocus, Retrieved 4-7-2020. Edited.
  4. Biography.com Editors (21-8-2019), "Isaac Newton"، biography, Retrieved 4-7-2020. Edited.
  5. "Gravity And Gravitation", encyclopedia,8-6-2020، Retrieved 4-7-2020. Edited.
  6. ^ أ ب ت "Who Discovered Gravity?", universetoday, Retrieved 4-7-2020. Edited.
  7. ROBERT LAMB & TRISTIN HOPPER, "Top 10 Isaac Newton Inventions"، science.howstuffworks, Retrieved 4-7-2020. Edited.
  8. Luke Ward, "20 Interesting Facts About Isaac Newton"، thefactsite, Retrieved 4-7-2020. Edited.
  9. "Asperger syndrome", autism,8-6-2016، Retrieved 4-7-2020. Edited.