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:
- 𝑣 = g × t
- السرعة اللحظية بعد زمن (t) من بداية السقوط.
- إذا 𝑣₀ = 0، فالمعادلة تبقى كما هي.
- y = ½ × g × t²
- المسافة التي يقطعها الجسم الساقط خلال زمن (t).
- 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:
| المعادلة | الشرح |
|---|---|
| 1. 𝑣 = 𝑣₀ – g × t | السرعة اللحظية في أي لحظة زمنية. |
| 2. y = 𝑣₀ × t – ½ × g × t² | المسافة المقطوعة أثناء الصعود أو الهبوط. |
| 3. 𝑣² = 𝑣₀² – 2 × g × y | العلاقة بين السرعتين والمسافة. |
🧠 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؟
| نوع الحركة | أهم الكلمات المفتاحية في المسألة |
|---|---|
| حركة خطية بتعجيل منتظم | يتحرك جسم بسرعة، يتسارع، يتباطأ |
| سقوط حر | سقط، سقطت كرة، سقطت ريشة |
| مقذوف شاقولي | قُذفت، ارتفعت، انطلقت للأعلى |
✅ 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
- 𝑔 = 9.8 m/s² دائمًا ثابت في المسائل (ما لم يُذكر خلاف ذلك).
- في السقوط الحر، السرعة الابتدائية = صفر.
- في المقذوفات الشاقولية، السرعة الابتدائية ≠ صفر وتتناقص حتى تصل للصفر في القمة.
- استخدم دائمًا محور y في السقوط والمقذوفات.
- الفرق في المعادلات فقط بتبديل الرموز:
- بدلًا من x → y
- و a → g
✅ تاسعًا: خلاصة المعادلات حسب النوع
| النوع | المعادلة 1 | المعادلة 2 | المعادلة 3 |
|---|---|---|---|
| السقوط الحر | 𝑣 = g × t | y = ½ g t² | 𝑣² = 2 g y |
| المقذوف الشاقولي | 𝑣 = 𝑣₀ – g t | y = 𝑣₀ t – ½ g t² | 𝑣² = 𝑣₀² – 2 g y |
📌 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.