تعجيل الجاذبية الأرضية والسقوط الحر – الفيزياء للصف الخامس العلمي

✅ أولاً: تعريف تعجيل الجاذبية الأرضية

تعريف:
تعجيل الجاذبية الأرضية هو التعجيل الناتج من قوة جذب الأرض للأجسام الساقطة نحوها. ويُرمز له بالرمز (𝑔)، ويبلغ تقريبًا:

𝑔 = 9.8 m/s²
ويأخذ عادة إشارة سالبة لأنه يكون في الاتجاه نحو الأسفل (سالب المحور الصادي “y”).

💡 معلومة مهمة: تختلف قيمة تعجيل الجاذبية الأرضية من مكان إلى آخر على سطح الأرض، لكنها تقرب دائمًا إلى 9.8 m/s².

✅ ثانيًا: السقوط الحر (Free Fall)

تعريف:
السقوط الحر هو سقوط جسم نحو الأرض تحت تأثير الجاذبية فقط وبدون تأثير مقاومة الهواء.

✔️ خصائص السقوط الحر:

• كل الأجسام القريبة من سطح الأرض، في غياب مقاومة الهواء، تسقط بنفس التعجيل (𝑔 = 9.8 m/s²).
• سرعة الجسم الابتدائية في السقوط الحر = صفر إذا بدأ السقوط من السكون.
• تؤثر مقاومة الهواء على الأجسام خفيفة الكتلة (مثل الريشة)، فتجعلها تتباطأ مقارنة بالأجسام الثقيلة (مثل الكرة) في وجود الهواء.
• في غياب الهواء، تسقط جميع الأجسام بنفس السرعة مهما اختلفت كتلها.

🎯 مثال توضيحي:
إذا أُسقطت كرة وريشة من فوق عمارة عالية، فإن الكرة تصل إلى الأرض أولًا بوجود الهواء، بينما في غياب الهواء، تسقطان معًا وتصلان الأرض بنفس اللحظة.

✅ ثالثًا: معادلات الحركة في السقوط الحر

عند دراسة السقوط الحر، نستخدم نفس معادلات الحركة الخطية بتعجيل منتظم، لكن مع مراعاة:

• التعجيل a = g = -9.8 m/s²
• السرعة الابتدائية (𝑣₀) = 0 (عند السقوط من السكون).

🔹 المعادلات الثلاث للسقوط الحر:

1. 𝑣 = g × t
   • السرعة اللحظية بعد زمن (t) من بداية السقوط.
   • إذا 𝑣₀ = 0، فالمعادلة تبقى كما هي.
2. y = ½ × g × t²
   • المسافة التي يقطعها الجسم الساقط خلال زمن (t).
3. v² = 2 × g × y
   • العلاقة بين السرعة النهائية والمسافة.

📌 ملاحظة: إذا طُلب حساب الزمن أو المسافة أو السرعة النهائية لجسم سقط سقوطًا حرًا، يتم اختيار المعادلة المناسبة حسب المعطيات.

✅ رابعًا: المقذوفات الشاقولية (Vertical Projection)

❓ ما المقصود بالمقذوفات الشاقولية؟

هي حركة جسم يُقذف عموديًا نحو الأعلى في مواجهة الجاذبية الأرضية، ثم يعود ليسقط إلى الأسفل بنفس المسار.

💬 أمثلة: رمي كرة للأعلى – إطلاق صاروخ بشكل عمودي.

✔️ خصائص حركة المقذوف الشاقولي:

• أثناء الصعود: السرعة تتناقص بسبب تأثير الجاذبية.
• عند القمة: السرعة = صفر.
• أثناء السقوط: يعود الجسم بتعجيل موجب نحو الأسفل (g).
• زمن الصعود = زمن الهبوط.
• المسافة الصاعدة = المسافة الهابطة (في حالة السقوط لنفس النقطة).

✅ خامسًا: معادلات الحركة للمقذوفات الشاقولية

تستخدم معادلات الحركة نفسها مع مراعاة الاتجاهات:

🧠 ملاحظات مهمة:

• الإشارة السالبة للجاذبية لأنها تعاكس اتجاه الحركة أثناء الصعود.
• الإشارة تتحول إلى موجبة في أثناء السقوط (في نفس اتجاه الجاذبية).

✅ سادسًا: كيف أفرق بين أنواع المعادلات؟

✅ سابعًا: أسئلة وأجوبة شائعة

س: ما الفرق بين السقوط الحر والمقذوف الشاقولي؟
ج: السقوط الحر يبدأ بسرعة ابتدائية صفر ويكون باتجاه الجاذبية، بينما المقذوف الشاقولي يبدأ بسرعة ابتدائية ويكون بعكس اتجاه الجاذبية في البداية.

س: لماذا نستخدم الإشارة السالبة مع الجاذبية؟
ج: لأن الجاذبية تتجه للأسفل (في اتجاه -y)، لذا يكون تعجيلها بالسالب في المعادلات الفيزيائية.

س: هل تؤثر الكتلة على زمن السقوط؟
ج: لا. في غياب الهواء، جميع الأجسام تسقط بنفس الزمن بغض النظر عن كتلتها.

✅ ثامنًا: ملاحظات مهمة للحفظ

1. 𝑔 = 9.8 m/s² دائمًا ثابت في المسائل (ما لم يُذكر خلاف ذلك).
2. في السقوط الحر، السرعة الابتدائية = صفر.
3. في المقذوفات الشاقولية، السرعة الابتدائية ≠ صفر وتتناقص حتى تصل للصفر في القمة.
4. استخدم دائمًا محور y في السقوط والمقذوفات.
5. الفرق في المعادلات فقط بتبديل الرموز:
   • بدلًا من x → y
   • و a → g

✅ تاسعًا: خلاصة المعادلات حسب النوع

📌 نصيحة أخيرة من الأستاذ:
لا تحفظ فقط، افهم الحالة جيدًا، وحدد إذا كانت الحركة:

• من السكون (سقوط حر)
• بسرعة ابتدائية للأعلى (مقذوف)
• أم حركة مستقيمة بتعجيل منتظم.