دراسة حركة دوران الأرض بمفهوم فيزيائي

بحث بقلم د . صالح وهبة

“مقدمة البحث “
يتساءل البعض : إذا كانت الأرض تدور ، فلماذا لا نشعر بهذا الدوران ؟ ولماذا نحتاج لقطع مسافة لكي نصل لأي بلد ؟ كان المفروض ننتظر البلد هي التي تأتي إلينا بدل ما نتعب ونذهب اليها !!!
والآخر يسأل : إذا كنا لا نحس بهذا الدوران .. فما هي الظروف التي تحدث حتي تشعرنا بهذا الدوران ؟ وهل سرعة دوران الأرض يمكن أن تتغير على مر العصور والأزمان ؟
هذا البحث سيجيب على كل هذه التساؤلات بأسلوب علمي “فيزيائي ” وبسيط ويخاطب كل الثقافات .

لكن الأهم يجب أن نعي جيدا أن هذه الإجابات ماهي إلا تفسير لهذه الظواهر بطريقة الاستدلال الرياضي من خلال علوم الفيزياء والرياضيات على وتيرة (بما أن …وإذن) ..
لذا ، هذا التفسير لا يعادل واحد من بليون من ذرة في جزيء من قطرة في بحر العلم المطلق اللانهائي للعلي القادر المنظم ضابط الكل الذي خلق وصمم ونفذ وأعطى أوامر للأرض وكل الأجرام السماوية أن تسير عليها بدقة متناهية ..

“نبذة مختصرة عن دوران الأرض”

من المعروف أن الأرض تدور حول نفسها (حول محورها ) بسرعة 1670 كم/س وتتحرك في مسار دائري حول الشمس بسرعة 107 ألف كم /س ومجموعتنا الشمسية تدور حول مركز المجرة بسرعة 220 كم/ث ، غير أن مجرتنا نفسها تتحرك في اتجاه هيكل يسمى “great attractor “ بسرعة 3,6 مليون كم/س، وهذا الهيكل عبارة عن منطقة تبعد عنا بحوالي مليون سنة ضوئية وكتلته أكبر من كتلة شمسنا ” مائة كوادريليون مرة” أي (10 أس 17مرة ) ويمتد لمسافة 500 مليون سنة ضوئية ، ومصنوع من مادتين إحداها يمكن رؤيتها والأخرى يستحيل رؤيتها , وكلما نبعد أكثر عن الأرض نجد الهياكل العملاقة ( مجموعتنا الشمسية والمجرة بالكامل ) سرعتهم تزيد بشكل جنوني وكل هذا ونحن لا نشعر بأية حركة على الإطلاق .

وفي سياق متصل .. منذ 4,6 مليار سنة (منذ تكوين الأرض) وهي تدور طبقا لقانون حفظ زخم الحركة الدورانية أو الزخم الزاوي “argular momentum “ , ومع دوران الأرض يدور معها كل شيء على سطحها ويدور معها الغلاف الجوي ( بنفس السرعة وبشكل مستمر )، ولكن تختلف سرعة دوران الأجسام الموجودة على سطحها حسب موقعها الجغرافي فمثلًا ..أعلى سرعة لدوران الأرض يكون على أكبر محيطها (عند خط الاستواء) وتصل سرعتها إلى 1670 كم/س وتقل تدريجيًا كلما نبعد عن خط الاستواء وصولًا للقضبين الشمالي والجنوبي وهذا هو السبب في اختيارنا للمناطق الموجودة على خط الاستواء في إطلاق الصواريخ والأقمار الصناعية عندها، حتى نستفيد من سرعة دوران الأرض في أن تعطي دفعة إضافية مع دفع المحركات الخاصة بها لتفلت من مجال الجاذبية الأرضية.
والجدير بالذكر .. أن أسرع قطار موجود على سطح الأرض وهو (Shanghai maglev ) سرعته تعادل خمس سرعة دوران الأرض .

والآن ندخل في موضوع البحث بالتحليل والبرهان لتوضيح الاجابة على الأسئلة .

(١) ..لماذا لا نشعر بحركة دوران الأرض ، ولماذا نرى الأشياء الساكنة تظل ساكنة لا تهتز فمثلا : لو وضعنا كأس على مائدة يظل ساكنا ولا يتأثر بدوران الأرض ؟

“التحليل بأسلوب بسيط جدا”
نفرض قطار يتحرك بسرعة ثابتة(منتظمة) مقدارها 300 كم/س ومصمم بتقنية عالية جدا بحيث لا يحدث داخله أي اهتزاز ناجم عن حركته أو أي صوت مسموع بداخله ، وقتها لا نستطيع “ونحن داخل القطار ” التمييز بأن القطار ساكنًا أو متحركا لأننا نتحرك معه بنفس سرعته أي أن السرعة النسبية للقطار = صفر بمعنى آخر ونحن بالقطار يبدو لنا أن القطار ساكنا بالرغم أننا نتحرك مع بنفس السرعة.
ويمكن اثبات ذلك فيزيائيا..

لو رمزنا لسرعة القطار بالرمز ع (ا) والركاب بداخله بالسرعة ع(ب) والسرعة النسبية للقطار ع(ا ب ) وكما ذكرنا الركاب داخل القطار يكتسبون نفس سرعة القطار =300 كم /س وطبقنا قانون السرعة النسبية :
ع(اب) = غ(ا)- ع (ب) = 300 – 300 = صفر وهذا يثبت أن السرعة النسبية للقطار صفر أي أن الركاب لا يشعرون بحركة القطار وهم بداخله على الإطلاق وهذا القطار سرعته بالنسبة لشخص واقف عند المحطة = 300 كم / س وسرعة القطار بالنسبة لشخص يتحرك بسرعة 100كم/س (في نفس اتجاه القطار 200كم/س .

“توضيح “..
هذا الشخص يبدو له القطار وكأنه متحركًا بسرعة 200كم/س في نفس الاتجاه وسائق القطار يرى هذا الشخص وكأنه يتقهقر إلى الخلف بسرعة 200كم/س .
. وهذا هو أيضا السبب الذي يجعلنا “ونحن داخل القطار”يبدو لنا أن الأشجار التي نراها من نافذة القطار تبدو لنا متحركة عكس اتجاه القطار بنفس سرعة القطار .

والسؤال: ماذا يحدث لو استخدمت فرامل القطار فجأة ؟
أكيد نجد الركاب كلها تطير داخل القطار بنفس سرعة القطار لأنها(كانت داخل القطار بنفس السرعة قبل استخدام الفرامل ) ولو استخدمنا قانون السرعة النسبية في هذه الحالة نحصل على : ع(ب ا) =ع(ب) -ع(ا) حيث ع(ب ا )ترمز للسرعة النسبية للركاب ، ع(ا) سرعة القطار ، ع (ب) سرعة الركاب وبالتعويض نحصل على :
ع(ب ا) =ع(ب) – ع (ا) =300 – صفر = 300 كم /س
وهذا اثبات رياضي لما ذكرناه
أن الركاب يتحركون داخل القطار عند استعمال الفرامل بنفس سرعة القطار بعد استخدام الفرامل .

هيا نطبق هذا الكلام على حركة كوكبنا (اعتبر للتبسيط فقط أن القطار هو الكرة الأرضية والركاب هم البشر ، طبعا مع اختلاف نوع الحركة فالقطار يتحرك حركة خطية والكرة تتحرك حركة زاوية )….
بما أن الأرض تدور إذن كل شيء على سطحها يدور معها بنفس السرعة بمعنى أننا ندور مع الأرض بسرعة الارض التي تساوي 1670كم/س لو كنا نعيش عند خط الاستواء،، فنحن لا نحس بدوران الأرض بنفس السبب الذي ذكرناه في حالة القطار لأننا ندور معها بنفس السرعة والأهم أن سرعتها ثابتة أي أن سرعتنا بالنسبة للأرض = صفر . والجدير بالذكر أن الأرض تدور حول محورها بسبب قانون حفظ الزخم الزاوي أو حفظ عزم الحركة الزاوية حيث : L= r ضرب اتجاهي P أي L= r* P
(حيث L كمية الحركة الزاوية ،P كمية الحركة الخطية التي تساوي m.v أي حاصل ضرب الكتلة في السرعةالخطية ، r متجه المسافه من الجسم لمركز الدوران ) .

(٢) …لماذا عندما نستقل طائرة نحتاج قطع مسافة للوصول لأي بلد وبمعنى آخر بما أن الأرض تدور فلو أردنا السفر للصين مثلا ، ووقفنا فترة زمنية في الجو
فالمفروض الصين هي التي تأتي الينا وليس نحن الذين نسافر اليها ..ولكن هذا لا يحدث .. ما السبب؟

التحليل ..
الغلاف الجوي يدور بنفس السرعة التي تدور بها الأرض وبالتالي أي شيء داخل الغلاف الجوي (اللي هو احنا ) ندور بنفس السرعة التي تدور بها الأرض وكأننا ما زلنا واقفين .
كما ذكرنا في حالة القطار الذي يمثل الأرض والركاب الذين بداخله لا يشعرون بالسرعة وكأن القطار واقف لأن السرعة النسبية للركاب = صفر كما ذكرنا آنفا.
لكن لو خرجنا من الغلاف الجوي يكون الوضع مختلفا تماما .

( ٣). متى نحس بدوران الأرض ؟

الحالة الوحيدة التي نحس بها بدوران الأرض لو توقفت فجأة عن الدوران وتغيرت سرعتها بشكل مفاجيء .
وعلى لسان كبير الجيولوجيين جيمس زامبل مان حيث نشر تقرير على موقع “لايف ساينس ” بالمتحف الوطني للطيران والفضاء بواشنطن حيث قال :
لو الأرض توقفت فجأة عن الدوران هذا لا يعني انعدام زخم الحركة الدورانية أو الزخم الزاوي لها عند خط الاستواء ، لكن تظل حركة الزخم الزاوي شغالة على كل الأجسام على سطح الأرض بما فيهم الماء والهواء (مثل حالة استخدام فرامل القطار وتطاير الركاب بداخله بنفس سرعة القطار ) فتتبخر المياه على سطح الكرة الأرضية بالكامل وحتى الصخور الموجودة على خط الاستواء ستتحرك بنفس سرعة الأرض 1670 كم/س .،

هذه الحركة ستقطع سطح الأرض إلى قطع وشظايا أصغر في الحجم وتتطاير إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي ثم تخرج إلى الفضاء الخارجي وفي النهاية يتم سحب هالة الشظايا الصغيرة بفعل قوة الجاذبية الأرضية وبعدها تلتصق هذه الشظايا المنصهرة مرة أخرى بالأرض وهذا ما يسمى “بالالتحام”.

وبخصوص فكرة توقف الأرض بشكل مفاجيء، طمأننا جيمس زامبل مان حيث قال:
فكرة توقف الأرض عن الدوران بشكل مفاجيء ، فكرة نظرية لأن لا توجد قوة طبيعية تستطيع منع الأرض عن الدوران .

(٤) .. هل سرعة دوران الأرض تتغير على مر العصور ؟
التوضيح ..
كما ذكرنا سرعة دوران الأرض حاليا عند خط الاستواء 1670 كم/س وهي السرعة التي تجعلها تدور حول محورها دورة كاملة كل ٢٤ساعة أي كل 86400 ثانية وهذه السرعة ليست ثابتة على مر الزمن بل تقل تدريجيا وطول اليوم يقل في المتوسط بمقدار 1,8 ملي ثانية كل قرن بمعنى من600 مليون سنة كان طول اليوم 21 ساعة فقط ، ولو رجعنا للزمن أكثر نجد الأرض كانت تدور بشكل أسرع وطول اليوم كان أقصر ،
بمعنى: من 4,6 مليار سنة وبعد تكوين الأرض مباشرة كانت الأرض تدور بسرعة رهيبة وكان طول اليوم 6 ساعات فقط .

والغريب في سنة 2020 توصل العلماء أن الأرض بدأت سرعتها تتزايد عن آخر 50 سنة مضت والسبب في ذلك ذوبان الأنهار الجليدية خلال القرن العشرين وبسبب تراكم كميات كبيرة من الماء في خزانات الكرة الشمالي ،
ويعتقد العلماء أن سرعة الدوران هذه مؤقتة وسيبدأ دوران الأرض في التباطؤ في المستقبل .

الجميل في ذلك الموضوع أن سرعة دوران الأرض لا نشعر بها وبدون أي تأثير على حياتنا ..
تخيل حاليا وأنت تقرأ هذا المقال وتشرب فنجان من القهوة، في هذه اللحظة (أنت تسير في الفضاء بسرعة جبارة (1670 كم/س ). يعني أنت في مكان مختلف في الفضاء عما كنت فيه في أول قراءتك للمقال أو في أول شربك للقهوة .

وفي النهاية ..
سبحانك ربي الخالق المدع المنظم المتسق المدبر ضابط الكل ، والانسان ما هو إلا (بعلمه الصغير ) … (يحاول تفسير الظواهر الكونية العجيبة بالاستدلالات والبراهين والقوانين الفيزيائية بقدر ما اعطيته من فهم له في عقله الصغير ).
سبحان الله كلي القدرة ، كل شي به كان وبغيره لم يكن شيء مما كان ، به نوجد وبه نحيا وبه نتحرك وبه نفهم .

المراجع
تقرير العالم جيمس زامبل مان .. قانون الزخم الزاوي …السرعة النسبية .. كمية الحركة الخطية .