نسخة الفيديو النصية
توجد ذرة غبار كتلتها 0.22 جرام على بعد 1250 مترًا من قطعة صغيرة من الجليد كتلتها 1.5 جرام. يقع الجسمان في الفضاء السحيق، بعيدين تمامًا عن أي نجوم أو أجسام أخرى من أي نوع. قوة الجاذبية التي يؤثر بها كل من الجسمين على الآخر مهملة، وكذلك القوى المؤثرة على كل من ذرة الغبار أو قطعة الجليد من أي أجسام أخرى. أي العبارات الآتية تعبر تعبيرًا صحيحًا عن طاقتي وضع الجاذبية لذرة الغبار وقطعة الجليد؟ أ: طاقتا وضع الجاذبية للجسمين تساويان صفرًا. ب: طاقتا وضع الجاذبية للجسمين متساويتان، ولا تساويان صفرًا. ج: طاقتا وضع الجاذبية للجسمين لا تساويان صفرًا، وغير متساويتين.
للإجابة عن هذا السؤال، دعونا أولًا نتذكر بإيجاز أن بإمكاننا استخدام طاقة وضع الجاذبية، أو GPE، لحساب التغيرات في طاقة جسم موجود في مجال جاذبية. لنتذكر أيضًا أن طاقة وضع الجاذبية التي يكتسبها الجسم ليزداد ارتفاعه بمقدار ℎ تحسب من العلاقة GPE يساوي 𝑚𝑔ℎ؛ حيث 𝑚 كتلة الجسم، و𝑔 شدة مجال الجاذبية عند موضع الجسم.
لاحظ أن هذين الوصفين النوعي والكمي لطاقة وضع الجاذبية GPE يشيران إلى وجود مجال جاذبية. وهذا هو مفتاح الإجابة عن هذا السؤال. لمساعدتنا في فهم هذا الأمر فهمًا أعمق، دعونا نفرغ بعض المساحة على الشاشة.
لدينا هنا جسمان صغيران في الفضاء السحيق. ونعلم من السؤال أن تأثير جاذبية كل منهما على الآخر مهمل، أو يساوي صفرًا. إذن نحن نعرف أن هذين الجسمين صغيران للغاية ومتباعدان بحيث لا تؤثر جاذبية أحدهما على الآخر. وسيكون من الخطأ الاعتقاد بأن أيًّا من الجسمين له طاقة وضع ناتجة عن مجال جاذبيته. فعلى الرغم من أن ذرة غبار واحدة من شأنها أن تولد مجال جاذبية ضعيفًا للغاية حولها، لكنه لا يساوي صفرًا، فعلينا أن نتذكر أن طاقة وضع الجاذبية GPE للجسم تقاس دائمًا بالنسبة إلى موضع آخر في المجال. ولا يمكن لأي جسم أن يتحرك بالنسبة إلى مجال جاذبيته.
علمنا أيضًا أن تأثير الجاذبية على الجسمين من أي جسم آخر مهمل، أو يساوي صفرًا؛ لأنهما معزولان في الفضاء السحيق. ومن ثم يمكننا استنتاج عدم وجود مجال جاذبية خارجي حول أي من الجسمين، أو بتعبير أدق: شدة مجال الجاذبية تساوي صفرًا. عندما تكون شدة المجال صفرًا، فإن المجال لا يبذل أي شغل. ولا يمكن أن يكتسب الجسم طاقة وضع الجاذبية.
لاحظ أنه إذا حاولنا استخدام شدة مجال تساوي صفرًا في معادلة طاقة وضع الجاذبية GPE، فإن المعادلة بأكملها ستساوي صفرًا ببساطة. إذن الإجابة الصحيحة هي أ. طاقتا وضع الجاذبية للجسمين تساويان صفرًا.
