יחידה 3 - חוק הכבידה, מסה ומשקל

הפיזיקאי אייזיק ניוטון ניסה לפצח את חידת התנועה של הירח סביב כדור הארץ.

 

יום אחד הוא ראה תפוח נושר מהעץ ובאותו רגע הבין כי הכוח שגורם לתפוח הנושר לנוע לכיוון כדור הארץ הוא גם הכוח שגורם לירח להסתובב סביב כדור הארץ.

 

הוא קרא לכוח זה "כוח הכבידה" - "כוח הגרוויטציה".

בהמשך הוא העלה השערה נוספת שהוכחה ע"י מדענים מאוחר יותר.

כוח הכבידה פועל בין כל שני גופים בטבע ובכלל ביקום, כל העצמים על פני כדור הארץ נמשכים זה לזה אולם כוחות אילו קטנים יחסית לכוח המשיכה של כדור הארץ ולכן אנו נשארים במקום.

השערתו של ניוטון הפכה לחוק שנקרא "חוק הכבידה העולמי של ניוטון": בין כל שני גופים ביקום פועל כוח משיכה.

כוח זה נקרא "כוח הכבידה" או "כוח הגרוויטציה".

תכונות חשובות של כוח הכבידה

  1. כוח הכבידה פועל ממרחק - גופים מפעילים זה על זה כוח כבידה גם ללא מגע ביניהם.

  2. כוח הכבידה הוא בעל טווח אינסופי - גם בין גופים רחוקים זה מזה פועל כוח כבידה.

  3. כוח הכבידה תלוי במרחק - כוח הכבידה נחלש כאשר הגופים רחוקים זה מזה.

  4. כוח הכבידה מכוון למרכז הגוף - גוף על פני כדור הארץ נמשך למרכז כדור הארץ. 

  5. כוח הכבידה תלוי במסת הפלנטה - ככל שמסת הפלנטה גדולה יותר היא יוצרת כוח כבידה גדול יותר.

  6. המרחק ממרכז כוכב הלכת - ככל שנתרחק מהמרכז, עוצמת שדה הכבידה תקטן.

מהו משקל?

משקל גופנו הוא תוצאה של כוח הכבידה שמפעיל עלינו כדור הארץ. ללא כוח הכבידה לא היה לנו משקל. שום דבר לא היה נופל למטה באופן ספונטני. בתמונה טיפת מים בתחנת החלל, במצב של כבידה חלשה ביותר, נשארת באוויר.

המשקל הוא תוצאה של כוח הכבידה ולכן נמדד ביחידות ניוטון. משקל גופנו ישתנה בתלות בעוצמת כוח הכבידה הפועל עליו. מסיבה זו אסטרונאוטים מדלגים בקלילות בירח שם הכבידה היא ⅙ מזו שבכדור הארץ.

מהי מסה?

מסה היא כמות החומר. גודל זה לא משתנה במעבר לגוף עם כבידה חזקה או חלשה.

כאשר מודדים בעזרת מאזני כפות את המסות של גופים שונים ולאחר מכן בודקים את המשקל שלהם מתברר שיש קשר ישר בין שני הגדלים. ככל שהמסה של הגוף גדולה יותר כך גם משקלו גדל באותו יחס. מסה ומשקל מאפשרים לנו להגדיר גודל חדש קבוע עבור כל גרם שמיים בשם קבוע הכבידה.

בניסוח מתמטי:          g=W / m

                         W = m x g

W- כוח הכבידה שפועל על הגוף בניוטון.

m - מסת הגוף בק"ג.

g - קבוע כבידה (N / Kg)

כשמדידות של מסה ומשקל מתבצעות על פני כדור הארץ התברר שהיחס בין משקל הגוף לבין מסתו קבוע ושווה בערך ל- 10 N / Kg. קבוע הכבידה על פני כדור הארץ שווה בערך ל- 10 N / Kg כפי שניתן לראות בגרף.  בטבלה ניתן לראות כי קבוע הכבידה של מאדים קטן פי 3 (בערך) מזה של כדור הארץ. קבוע הכבידה על כוכב צדק גדול פי 2.5 מקבוע הכבידה על פני כדור הארץ.