אם תזרקו חפץ כלשהו למעלה, הוא יחזור די מהר לאדמה. הסיבה היא שכדור הארץ מושך אותו אליו, בכוח שנקרא כוח הכְּבידה (Gravity).

כוח הכבידה הזה, או ה"גרוויטציה", הוא אחד הכוחות הבסיסיים שיש בטבע. זהו כוח משיכה, הפועל בין גופים שונים ומושפע מהמסה שלהם (בעיקרון, המשקל שלהם).

היה זה אייזיק ניוטון שניסח במאה ה-17 את "חוק הכבידה העולמי", כלל מדעי שקבע שבין כל שני גופים חומריים, גופים בעלי מסה, פועל כוח משיכה. הוא אף ניסח את כוח המשיכה הזה בנוסחה שביטאה את העובדה שככל שהגופים קרובים זה לזה ומכפלת המסות שלהם תהיה גדולה יותר, הכוח הזה יהיה יותר חזק.

מה שמדהים שניוטון קבע וצדק, שכל היקום מציית לאותם חוקי כבידה, או כוח המשיכה שתואר כאן. הוא הראה כיצד התנועה של ירחים, כוכבי-לכת, כוכבים וגלקסיות שלמות -כולם נעים בכפוף לחוק הזה.

אמנם האסטרופיזיקאים, הקוסמולוגים, או חוקרי היקום, מסיקים לא פעם על סמך התנועה של גלקסיות, שאיפה שהוא קיימת "מסה חסרה" המשפיעה על התנועה הזו ונראה כיוצא דופן. אבל העבר מראה שמתי שהוא מגלים מהו החומר שמסביר את השוני בתנועה הזו, או שמוצאים הסבר פיזיקלי הגיוני אחר, שמסתדר בדיוק עם כוח הכבידה.

המדהים הוא שניוטון גילה שאותו חוק בדיוק משפיע על כל מה שיש ביקום, מנוצה שנופלת על פני הקרקע ועד לגלקסיות שלמות, הנעות ביקום לפי חוקים מסודרים ומוגדרים היטב.

דבר מעניין לא פחות הוא שמאות שנים אחרי ניוטון, עדיין לא התגלה כיצד בדיוק פועל כוח המשיכה, או הכבידה. יש השערות שונות לכך, כמו זו שמציעה שחלקיק זעיר, שזכה לשם "גרביטון", מעביר מידע בין גופים בעלי מסות שונות ובכך הוא יוצר את כוח המשיכה ביניהם. החלקיק הזה לא נמצא עדיין, אם הוא בכלל קיים.

אם המדע לא הצליח למצוא את אותו חלקיק או למצוא הסבר טוב אחר להיווצרות הכוח הפיזיקלי המשפיע ביותר ביקום, זו ודאי ההוכחה הטובה ביותר לדרך הארוכה שהמין האנושי עוד צריך לעשות, על מנת לגלות את סודות היקום והחיים.


הנה כוח הכבידה וכיצד הוא פועל:

https://youtu.be/ltlws_pqogQ


כיצד כל מערכת השמש מוסברת באמצעות כוח המשיכה (מתורגם):

https://youtu.be/uhS8K4gFu4s


וניסויים בבית שמראים איך כוח הכבידה משחק עם ביצים:

https://youtu.be/J75oNGTWwaE

שמתם לב שבכתבות וסרטונים מתחנת החלל רואים את האסטרונאוטים שנמצאים שם כשהם מרחפים?

האם חשבתם פעם מדוע?

הסיבה היא שבחלל שורר חוסר משקל (Zero gravity) או לפחות מצב בו משקלו של גוף הוא כמעט אפסי (Weightlessness), קרוב מאוד לאפס (Microgravity).

ללא כבידה, או ליתר דיוק ללא כוח הכבידה, כל מה שבחללית מרחף. לכן וכדי שלא ייפגעו כל המכשירים והציוד, או יפגעו באסטרונאוטים, מחברים וקושרים אותם לקירות ולרצפת החללית.

בכדי להכין ולאמן אסטרונאוטים לשהות בחלל, יש לסוכנויות חלל כמו נאס"א מתקנים מיוחדים, דוגמת בריכות ענק, המאפשרות לחקות חוסר משקל על ידי ציפה ניטרלית, כשמסת הגוף, למעשה, משתווה למסה של המים. בכך מאפשרים מתקנים כאלו לאמן את האסטרונאוטים בחיים ובתפקוד במצבים של חוסר משקל או משקל זעיר.

האמת היא שבחלליות האסטרונאוטים בעצם נופלים, ממש נופלים, רק שהמהירות הגבוהה של החללית שומרת אותם באוויר. לכן, יש גם מטוסי אימון כאלו. במהלך טיסה במטוסי האימון הללו מבוטל כוח הכבידה, כשהטייסים מכוונים את המטוס להיות במשך 25 שניות כל פעם בנפילה חופשית בוואקום. זה מסייע לאמן את הנוסעים בחוסר משקל בהכנה לתנאים בחללית.

אגב, החיים בחוסר משקל פוגעים עד מונעים את ההתחדשות של השרירים והעצמות, מה שהופך את השהייה הארוכה בחלל למסוכנת או לפחות מזיקה, לפי אורך השהייה בחוסר משקל.


הנה הסיבה לריחוף של האסטרונאוטים בחלל:

https://youtu.be/iQOHRKKNNLQ


הבעיה בחיים בחלל עם חוסר משקל (מתורגם):

https://youtu.be/upp9-w6GPhU


כך ישנים וחיים בתחנת החלל הבינלאומית (עברית):

https://youtu.be/PNyBUHbscF8


הסבר נוסף לחוסר המשקל בחלל:

https://youtu.be/d57C2drB_wc


ותרגול חוסר הכבידה שמתרגלים האסטרונאוטים עוד באימונים, בתאי ריחוף ללא כוח כבידה:

https://youtu.be/IMIPTtvAuUU

ראשית בפשטות, נסביר שכוח הכבידה (Gravity) הוא כוח שמושך תמיד ישר למטה, כלפי מרכז כדור הארץ, או למטה בכל כוכב בעל מסה.

כוח הכבידה, או "גרוויטציה" הוא אחד הכוחות הבסיסיים שיש בטבע. הכבידה הוא כוח משיכה שפועל בין גופים ומושפע מהמסה שלהם.

היסטורית, התגלה כוח המשיכה על ידי המתמטיקאי והפיזיקאי הדגול אייזק ניוטון. הוא פרסם אותו ביצירה פורצת הדרך ובת 3 הכרכים שלו ה"פרינקיפיה" (העקרונות), או בשמה המלא "פילוסופיה נטוראליס פרינקיפיה מתמטיקה". בלטינית משמעות שמה היא "עקרונות מתמטיים של פילוסופיית הטבע".

חוק המשיכה האוניברסלי שניסח אייזיק ניוטון הגדיר את המשיכה בין כל שני גופים בעלי מסה, כמשיכה זה לזה ביחס ישר למסה שלהם וביחס הפוך לריבוע המרחק שיש ביניהם.

במאה ה-20 הורחב חוק המשיכה על ידי אלברט איינשטיין שגרס כי גם חלקיקים כמו פוטונים לדוגמה (חלקיקים חסרי "מסת מנוחה") נמשכים לגופים אחרים.


הנה סרטון על כבידה (מתורגם):

http://youtu.be/px7bevMOOP0


כוח הכבידה מגביל את שהייתנו באוויר בכוח גופנו לשנייה אחת בלבד (מתורגם):

https://youtu.be/sDbmcPnzwy4


תפקידו של איינשטיין בהבנה המעמיקה של הכבידה בחלל:

https://youtu.be/xJ0m_0v6fQk


קדימון הסרט "גראוויטי" העוסק בכוח המשיכה בחלל:

http://youtu.be/OiTiKOy59o4

חוקי ניוטון, או ליתר דיוק שלושת חוקי התנועה של ניוטון (Newton's laws of motion), הם כמו כללים סודיים שמסבירים איך דברים זזים בעולם.

אייזק ניוטון, מדען מאוד חכם, גילה וניסח את החוקים האלה לפני שנים רבות. הנה ההסבר הכי פשוט שהצלחנו לתת להם:

#1 - דברים רוצים להישאר כמו שהם!
החוק הראשון של ניוטון אומר שדברים רוצים להישאר כמו שהם. אם משהו עומד במקום, הוא ימשיך לעמוד במקום. ואם משהו זז, הוא ימשיך לזוז באותו כיוון ובאותה מהירות, אלא אם כן משהו אחר יגרום לו להשתנות.

לדוגמה, אם כדור שוכב על הרצפה, הוא לא יתחיל לזוז לבד, אבל אם תבעטו בו, הוא יזוז. החוק הזה גם אומר לנו מתי אפשר להשתמש בכללים האלה - רק אם אנחנו מסתכלים על המשהו הזה, הכדור, ממקום שלא זז או מסתובב.


#2 - מה קורה עם דברים שזזים?
בחוק השני של התנועה ניוטון מסביר מה קורה כשמשהו גורם לדברים לזוז או להשתנות. הוא גרס שככל שדוחפים חזק יותר, הדברים יזוזו מהר יותר. אבל אם משהו כבד יותר, יהיה קשה יותר לגרום לו לזוז. החוק הזה נותן לנו נוסחה שאומרת שכוח שווה למסה כפול תאוצה.

לדוגמה, אם תדחפו עגלה קטנה, היא תזוז מהר יותר מאשר עגלה גדולה אם תדחפו באותה עוצמה.

והחוק השני גם אומר לנו שאם משהו משנה מהירות, זה בגלל שפועל עליו כוח.


#3 - לכל פעולה - תגובה.
החוק השלישי של ניוטון אומר שכל פעולה גוררת תגובה. אם תדחפו קיר, למשל, הקיר ידחוף אתכם בחזרה באותה עוצמה. הכוחות האלה תמיד פועלים על דברים שונים ולכן הם לא מבטלים אחד את השני.

לדוגמה, אם תזרקו כדור על הקיר, הכדור יפעיל כוח על הקיר, והקיר יפעיל כוח על הכדור בחזרה. הכוחות האלה תמיד נוצרים ביחד ובאותו זמן.


אז שלושת החוקים האלה עוזרים לנו להבין איך דברים זזים ומה גורם להם לזוז, ממש כמו קסם. ועדיין, חשוב לזכור שהחוקים האלה לא תמיד עובדים בדיוק אותו הדבר, במיוחד אם דברים זזים מהר מאוד כמו אור, או אם יש הרבה מגנטים או חשמל. במהירויות "נמוכות" ממהירות האור החוקים של ניוטון מדויקים להפליא.


הנה חוקי ניוטון שניסח המדען הדגול (עברית):

https://youtu.be/G-YlfXtW7Yc


הסבר של 3 חוקי התנועה של ניוטון (מתורגם):

http://youtu.be/zCNSO002jfI


וסרטון אנימציה קצר שמציג את התגליות של ניוטון בתחום הכבידה:

http://youtu.be/jwPc0kK9VHU

העניין של התרוממות המושבים הקשורים אל המרכז קשורה בתנועה הסיבובית.

כי כל מה שמסתובב סביב ציר כלשהו ונמשך החוצה מהמרכז, ככל שהכוח שמסובב אותו חזק מספיק, או האנרגיה הסיבובית שלו חזקה, ולכן היא גוברת על כוחות אחרים, אפילו על כוח המשיכה, זה שמושך כל דבר בעל משקל אל הקרקע.

וכך, כשמסובבים במהירות על האצבע, חוט עם חפץ שקשור אליו, או כשעולים על קרוסלת הלונה פארק, זו שמסתובבת עם המושבים התלויים עליה - ככל שהמהירות של הדברים עולה, נוצרת בשני המקרים הללו אנרגיה סיבובית כה חזקה, עד שהיא מסוגלת להתגבר על כוח הכבידה, כוח שרבים קוראים לו "כוח המשיכה" ושמושך אותנו תמיד למטה, אל הקרקע.

ואם תגבר האנרגיה הסיבובית של הקרוסלה בלונה פארק, מתחילים המושבים הקשורים אליה להתרומם. כי הסיבוב המהיר יחסית שלה, גורם להם להימשך החוצה מהמרכז. ואז, ככל שהמהירות גדלה והאנרגיה הסיבובית הזו ממש חזקה, הם גם מתרוממים, כי הכוח הסיבובי של הקרוסלה הופך חזק מכוח הכבידה.

הגורם לכך נקרא "הכוח הצֶנְטְרִיפוּגָלִי", שמאפשר לנו לסובב דלי מלא במים במהירות, מבלי שהמים יפלו. כלומר כוח המשיכה של כדור הארץ מאבד את השפעתו על המים שבדלי, בשל הכוח הצנטריפוגלי החזק יותר.

אגב, אפשר להסיק מזה שככל שהמושבים במתקן הלונה פארק מתרוממים גבוה יותר, פירושו של דבר הוא ש... נכון, המתקן מסתובב מהר יותר.


ההתרוממות מהמרכז נובעת מהתגברות הכוחות, במקרה הזה של הכוח הצנטריפוגלי (עברית):

http://youtu.be/Fc1J97DUqRo?t=20s


בקיר המוות מאפשר כוח ההתמדה לאופנוע או למטבע להמשיך ולנוע ולא ליפול למרכז (עברית):

http://youtu.be/ZgVjjG182-Q?t=9s


גם תחנת החלל הבינלאומית שחגה סביב כדור הארץ לא נופלת או נעלמת בזכות כוח שמתאזן עם כוח הכבידה (עברית):

https://youtu.be/LyQ-iTHjI-8