גילוי כוח הכבידה

 

חשבתם פעם על העובדה שכאשר אנו קופצים למעלה אנו תמיד יורדים למטה? למה כשאנו מחזיקים פריט מסוים ביד ואז עוזבים אותו הוא נופל? למה יש גיאות ושפל באוקיינוס? כיצד ניתן לשלוח מעבורות חלל אל החלל? הכיצד ייתכן שהירח, השמש ויתר הכוכבים עומדים גבוה מעל פני כדור הארץ ולמרות ששום דבר הנראה לעין מחזיק אותם הם אינם נופלים עלינו?

לכל העובדות המדהימות האלה יש הסבר פיזיקלי[L1]  משותף, כוח הפועל על הכל בייקום כולו. לכוח זה קוראים כוח הכבידה או כוח המשיכה.

 

מה שמשותף לכל פעולה המתבצעת הוא שכדי לבצע פעולה מסוימת צריכה להיות מידת מה של תנועה וכדי לבצע תנועה צריך להיות כוח מסוים שיאפשר את התנועה. האם ייתכן שהכוח המניע את כל התנועות הוא אותו כוח?

לפי תורתו של ניוטון, למרות שישנן דרכים שונות להפעיל את הכוח שיגרום לתנועה, כמו על ידי מגע בזמן שאנו מקפיצים כדור או שלא על ידי מגע כמו סיבוב כדור הארץ, עדיין הכוח המניע את כל הדברים הוא אותו סוג של כוח.

כבר במאה ה-15 מדענים כגון, קופרניקוס, קפלר וגלילאו גליליי החלו לשער שישנו כוח המניע את היקום, זאת אומרת שקיים כוח משיכה חזק שפועל בין הארץ לבין פרטי השמיים שסביב כדור הארץ.

הם האמינו שכדור הארץ והכוכבים השונים מסביבו נשארים במקומם עקב כוחות שווים הפועלים על כל הגופים, אשר פועלים בכל הכיוונים וכך הם מבטלים זה את זה.

גלילאו

קפלר

קופרניקוס

 

בשנת 1642 נולד בבריטניה תינוק ושמו אייזיק ניוטון. בתור ילד קטן חווה אייזיק ילדות לא קלה במיוחד ולמרות הכל אייזיק הקטן היה ילד חכם במיוחד שאהב לעשות חישובים על כל דבר, אפילו חישב את מהירות הרוח בכדי לנצח בתחרות קפיצות. בנוסף, הוא אהב להמציא דברים כגון שעוני מים ושמש, דגמים מכניים של טחנות רוח ועוד.

בבית הספר לא היה אייזיק מוצלח במיוחד וככל הנראה הוא סבל מהפרעות קשב ודיסלקציה, הוא היה מפוזר ומרחף, אך המגבלות הללו לא מנעו ממנו להפוך לגאון, הוא היה מדען, מרצה באוניברסיטה, עסק בתחומי הפיזיקה, המתמטיקה, הפילוסופיה[L2]  וגם באלכימיה[L3] .

בין גילויו והמצאותיו השונות, מוכרים הם שלושת חוקי התנועה, הנמצאים בשימוש עוד היום.  בנוסף, הוא היה הראשון שתיאר את צבעי הספקטרום המרכיבים את האור הלבן, מחקר שהביא לעיצוב טלסקופ חדש. כדי להוכיח זאת, הוא המציא מתמטיקה חדשה שהוכיחה את השערותיו.

 

 

האגדה מספרת שיום אחד בשנת 1666 אייזיק ישב מתחת לעץ תפוחים, כאשר לפתע תפוח ניתק מן העץ ונפל על ראשו של אייזיק. נפילת התפוח עוררה אצלו שאלה מהותית ביותר, הכיצד ייתכן שתפוח קטן שמתנתק מהעץ נופל ארצה ואילו הירח שהוא גוף ענק אינו נופל עלינו?

כך החל אייזיק לחשוב שיש כוח המופעל על הכל הגופים בטבע, זהו כו הכבידה. הוא ידע שתגלית כזו חשובה למדע, לכן הוא לא מיהר לפרסם את רעיונותיו אלא שחקר את הנושא לעומק במהלך 20 שנה.

בזמן הזה הוא אסף נתונים על המרחקים בין הירח והשמש לכדור הארץ ועוד. נתונים אלו עזרו לו לשער את הרעיון הכללי לו הוא קרא "הכבידה (גרביטציה) העולמית".

בשנת 1674 העלה רוברט הוק את הרעיון על קיום כוח משיכה הגורם לתנועת כדור הארץ סביב השמש ושכוח זה הולך ופוחת ככל שהמרחק בין הגופים גדול יותר.

ככל הנראה אייזיק נעזר לא רק ברעיונותיו האישיים שלו אלא שהוא נתמך גם בהשערותיו של רוברט הוק ובתגליותיהם של אסטרונומים כמו קופרניקוס, גלילאו וקפלר.

 

עקרון הכבידה העולמית של ניוטון קובע שכל שני גופים חומריים מושכים זה את זה בצורה הדדית. כל גוף הוא בעצם ריכוז של חומר וככל שכמות החומר בגוף גדולה יותר הוא מפעיל כוח משיכה במידה גדולה. 

לדוגמה, כדור הארץ שהוא גוף המכיל כמות חומר גדולה מאוד, מפעיל כוח משיכה גדולה מאוד על הגופים הנמצאים סביבה. דוגמה נוספת היא השמש, גוף שמכיל את רוב החומר במערכת השמש שלנו, לכן היא בעלת הכוח העיקרי וכל הגופים האחרים מסתובבים סביבה.

כמו כן, אייזיק האמין שהכוח חייב להיות מופעל על ידי מגע כל שהוא, לכן הוא טען שהמשיכה שבין השמש לבין הארץ או הירח, הנמצאים בחלל, איננו ריק אלא מלא בחומר הנקרא 'אתר' שדרכו עוברים כוחות המשיכה.

למרות שגם היום משתמשים בחלק מחוקי ניוטון, חלו עליהם כמה שינויים מהותיים בעקבות תגליתיו של אלברט איינשטיין ופירסום תורת היחסות הפרטית והכללית שלו, בתחילת המאה ה-20 כאשר התרחשה מהפכה פילוסופית-מדעית חדשה שהובלה על ידיו של איינשטיין.

אייזיק היה איש צנוע ובהזדמנות שמעו אותו אומר "לא היתה לי גאוניות מיוחדת, היתה לי רק היכולת לחשוב בסבלנות". על פעולותו הרבה והחשובה למדע זכה אייזיק לתואר האצולה "סיר". אייזיק ניוטון מת בשנת 1727 בגיל 84.

הידעת?
שנת 1682 הייתה שנת פירסום גדולה לתיאוריה של אייזיק. באותה שנה הופיע שביט[L4]  בשמים. אדמונד האלי, שהיה ידידו הטוב של אייזיק, טען שהשביט שהופיע בשמיים הוא אותו שביט שהופיע קודם לכן בשנת 1456, בשנת 1531 ובשנת 1607. אדמונד חישב שעל פי עקרון הכבידה העולמית של חברו, יופיע השביט שוב בשנת 1758. למרות שבשנה זו הם כבר לא היו בין החיים השביט אכן הופיע בדיוק במועד. שנים מאוחר יותר נקרא השביט הזה על שמו של האלי ועדיין ניתן לראותו בשמיים לפי חישובו של אייזיק.

רוצים ללמוד עוד על חוק המשיכה של ניוטון ועל חוקי התנועה? בקרו באתר:

ניוטון ועץ התפוח

 

 

משמאל לימין המדענים שגילו את סוד של כוח הכבידה: קופרניקוס, קפלר, גלילאי, ניוטון והאלי.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 [L1]פיסיקה המדע העיקרי במדעי הטבע העוסק במצבים ובצורות התנועה של החומר וגלגולי האנרגיה בטבע. הפיסיקה עוסקת בתורת המכניקה, החום, האור, הקול, החשמל, המגנטיות, מבנה האטום וכדומה.

 

 [L2]פילוסופיה המדע הכולל העוסק בחקר בעיות העולם והנהגתו, במהות הטבע ומלאו, בהכרה האנושית ובחברה.

 

 [L3]אלכימיה תורת הרכב החומרים שעסקו בה החכמים בימי הביניים בקוותם למצוא דרך להפיכת מתכות פשוטות לזהב בעזרת "אבן החכמים" מופלאה. האלכימאים עסקו כל ימיהם בחיפוש "אבן החכמים" זאת (שעד היום אינה קיימת). אגב חיפושיהם גילו כמה יסודות יסודות בכימיה וסיעו על ידי כך להתפתחות מדע זה.

 

 [L4]שביט קומט (בלעז), גרם שמימי בצורת קבוצות שערות מורכב מגז קלוש זוהר הנע מסביב לשמש במסלול אליפטי מוארך. הוא מקרין בדרכו מאחוריו קרני אור שמראיהן כשבטי אש.