السقوط الحر وحركة الأجسام تحت تأثير الجاذبية الأرضية — دراسة الحركة والقوانين — العلوم الفيزيائية — السنة الرابعة متوسط — المنهاج الجزائري

مقدمة

السقوط الحر هو حركة الأجسام التي تسقط باتجاه الأرض تحت تأثير الجاذبية الأرضية فقط، دون أي تأثير للهواء أو غيره من القوى. وتعتبر دراسة السقوط الحر أساساً لفهم قوانين الميكانيكا والجاذبية في الفيزياء.

أهداف التعلم

• تعريف مفهوم السقوط الحر
• التعرف على خصائص حركة السقوط الحر
• تطبيق قوانين السقوط الحر في حل المسائل
• حساب السرعة والمسافة والزمن في السقوط الحر
• التمييز بين السقوط الحر في الفراغ وفي الهواء

مفهوم السقوط الحر

السقوط الحر هو حركة جسم تحت تأثير قوة الجاذبية الأرضية فقط، حيث يخضع الجسم لتسارع ثابت يُرمز له بالرمز g (جاذبية الأرض).

قيمة تسارع الجاذبية الأرضية:

• على سطح الأرض: g ≈ 9.81 m/s² (تقريباً 10 m/s² في التمارين)
• قيمة g تتناقص كلما ابتعدنا عن سطح الأرض

خصائص السقوط الحر

1. تسارع ثابت: جميع الأجسام تسقط بنفس التسارع بغض النظر عن كتلتها (في الفراغ)
2. حركة مستقيمة: السقوط الحر يتم في خط مستقيم باتجاه مركز الأرض
3. السرعة تتزايد: تزداد سرعة الجسم الساقط بمقدار 9.81 m/s كل ثانية
4. استقلالية الكتلة: ريشة وكرة حديدية تسقطان بنفس الزمن في الفراغ (تجربة جاليليو)

قوانين السقوط الحر

نفترض أن الجسم بدأ السقوط من السكون (السرعة الابتدائية = 0)

الكمية	القانون	الشرح
السرعة النهائية (v)	v = g × t	السرعة في اللحظة t
المسافة المقطوعة (h)	h = ½ × g × t²	ارتفاع السقوط
السرعة بدلالة المسافة	v² = 2 × g × h	علاقة بدون زمن

حيث:

• v: السرعة النهائية (m/s)
• g: تسارع الجاذبية (m/s²)
• t: الزمن (s)
• h: ارتفاع السقوط (m)

أمثلة محلولة

مثال 1:

أُسقط جسم من السكون من ارتفاع 80m. احسب الزمن الذي يستغرقه للوصول إلى الأرض (g = 10 m/s²).

الحل:

h = ½ × g × t²
80 = ½ × 10 × t²
80 = 5 × t²
t² = 16
t = 4 ثوانٍ

مثال 2:

يسقط جسم من السكون. ما سرعته بعد 3 ثوانٍ؟ (g = 10 m/s²)

الحل:

v = g × t = 10 × 3 = 30 m/s

السقوط الحر في الهواء

في الواقع، يؤثر الهواء على حركة الأجسام الساقطة بقوة مقاومة تسمى قوة الاحتكاك بالهواء. هذه القوة تعاكس اتجاه الحركة وتؤدي إلى:

• تباطؤ الأجسام خفيفة الكتلة (الريشة، الورقة)
• وصول الجسم إلى سرعة حدية (عندما يتساوى وزن الجسم مع مقاومة الهواء)

في الفراغ (عدم وجود هواء)، تسقط جميع الأجسام بنفس الزمن بغض النظر عن كتلتها.

خلاصة

• السقوط الحر هو حركة تحت تأثير الجاذبية فقط
• جميع الأجسام تسقط بنفس التسارع (g) في الفراغ
• القوانين الأساسية: v = g×t, h = ½×g×t², v² = 2×g×h
• في الهواء تؤثر مقاومة الهواء وتظهر السرعة الحدية
• تسارع الجاذبية على الأرض ≈ 9.81 m/s² (نستخدم 10 في التمارين)

📍 دروس مشابهة:

• الكتلة والوزن والجاذبية الأرضية — الفرق بين الكتلة والوزن مع قانون P = m × g — العلوم الفيزيائية — السنة الرابعة متوسط — المنهاج الجزائري
• الطاقة الكهربائية — مفهوم الطاقة الكهربائية وتحولاتها وأنواع محطات إنتاجها — العلوم الفيزيائية — السنة الرابعة متوسط — المنهاج الجزائري