قبل أن نستعرض موقع مركز ثقل الكرة الأرضية، يجب أولاً التعرف على مفهوم الكرة الأرضية ومركز جاذبيتها. كما ينبغي علينا فهم مفهوم ثقل الكرة الأرضية وفوائد تحديد مركز ثقل جاذبيتها.
سنقوم في هذا المقال بتناول موضوع مركز ثقل الكرة الأرضية بشكل موسع، لذا تابعونا.
ما هي الكرة الأرضية؟
- الكرة الأرضية، أو كوكب الأرض، هو أحد كواكب مجموعتنا الشمسية، وهو جسم ثلاثي الأبعاد يعيش عليه الملايين من الكائنات الحية، بما في ذلك الإنسان.
- تُعتبر الأرض أكبر الكواكب الأربعة وهي عطارد، الزهرة، المريخ، والأرض.
- تمتاز الأرض بشكلها البيضاوي أو الكروي، وهي المكان الوحيد الذي توجد فيه الحياة.
كتلة الكرة الأرضية
تُعبر كتلة الأرض عن مجموع الأوزان على هذا الكوكب، ويمكن حسابها بعدة طرق مختلفة، تشمل:
- قانون الجذب العام لنيوتن: ينص هذا القانون على أن القوة الجاذبة بين كتلتين تتناسب طردياً مع حاصل ضربهما وعكسياً مع مربع المسافة بين مركزيهما.
- استخدام قوانين نيوتن في الفيزياء: يعتمد ذلك على معلومات قديمة مثل بعد القمر عن الأرض والزمن اللازم لدورانه حولها.
- حركة القمر حول الأرض تأخذ شكل دوري، مما يجعلها تخضع لقوانين الجذب العام والحركة الدائرية، وبالتالي يمكن حسابها.
طبقات الكرة الأرضية
بعد تعريف الكرة الأرضية، حان الوقت لنتعرف على الطبقات المكونة لها.
تتكون الأرض من عدة طبقات، كل منها عمقها وكثافتها مختلفين، وهذه الطبقات تشمل:
اللب الداخلي
- يمثل اللب الداخلي إحدى الطبقات الأساسية في الأرض، ويقع تحت السطح.
- يبلغ عمق اللب حوالي 5180-6400 كم وقطره حوالي 1220 كم، كما أنه يقارب ثلاث أرباع قطر القمر تقريباً، وهو مكون من الحديد والنيكل.
- تصل درجات الحرارة في هذه الطبقة إلى حوالي 5400 درجة مئوية، ما يعادل تقريباً درجة حرارة الشمس.
- تتحرك مكونات اللب الداخلي بسرعة تفوق قليلاً سرعة حركة الكواكب.
اللب الخارجي
- يشكل اللب الخارجي إحدى طبقات الأرض، ويقع تحت السطح على عمق 2880-5189 كم.
- يتكون اللب الخارجي من سائل، يتألف من الحديد والنيكل، ويتم تسخينه لدرجات حرارة عالية تُنتج تيارات كهربائية.
- تساهم هذه التيارات المتولدة في إنشاء المجال المغناطيسي لكوكب الأرض.
الستار
- تُعتبر الستار الطبقة الثالثة للأرض، وتقع على عمق 2880 كم.
- تُعد هذه الطبقة الأسمك، حيث يصل سمكها إلى 3000 كم، وتتكون من عدة عناصر مثل المغنيسيوم والحديد والسليكون.
- يمكن أن تصل درجة حرارة الطبقة الخارجية من الستار إلى حد انصهار الصخور.
- تُعرف هذه الطبقة أيضاً باسم الغلاف الموري، وهي المسؤولة عن حركة الصفائح التكتونية.
القشرة
- تُمثل القشرة الطبقة الرابعة والأخيرة للأرض، وهي الأقل سمكاً، حيث يصل سمكها إلى 5 كم تحت المحيطات.
- تتراوح سماكتها تحت القارات ما بين 30-70 كم وتتكون من عناصر أقل مثل الأكسجين والألومنيوم والسليكا.
- تعتبر هذه الطبقة رقيقة جداً، ويمكن تشبيهها بقشرة البيض، إذ أنها هشة وخفيفة.
ما تشمل الكرة الأرضية؟
- كما سبق وأن ذكرنا، فإن الكرة الأرضية تعتبر أكبر الكواكب الأربعة، حيث تضم العديد من الكائنات الحية والمحيطات والبحار.
- لذلك تُعتبر هذه الكوكب المكان الوحيد الذي يعيش فيه الإنسان وتستمر فيه الحياة.
تعريف ثقل الكرة الأرضية
بعد التعرف على كوكب الأرض، يجب الآن استكشاف مفهوم ثقل الكرة الأرضية.
يمكن تعريف ثقل الكرة الأرضية بعدة طرق، تشمل:
- مركز الكتلة للأرض الصلبة أو مركز الكتلة لنظام الكرة الأرضية الذي يتضمن الغلاف الجوي والكتلة الصلبة والبحار والمحيطات.
- تمتاز مواقع القوى والمراكز بأنها ليست محددة علمياً لجميع الحالات، إذ لا توجد نقطة أصل في سياق نظرية الانفجار الكبير، حيث أن الكون لم ينفجر من نقطة واحدة.
- بدأ الكون صغيرًا ثم اتسع بفضل التغيرات والتطورات عبر الزمن.
- تعتبر الأرض غير ثابتة، إذ تتغير بفعل تأثير القوى التكتونية والمناخية.
- لا توجد حدود للكون، ويتغير باستمرار نتيجة للتطورات التي حدثت وما زالت تحدث.
- تُعد المشاريع البحثية التي يقوم بها العلماء مجرد نقطة انطلاق لفهم حدود الكون.
كيفية حساب موقع مركز الثقل
لحساب مركز ثقل الكرة أو أي موقع آخر، يجب اتباع الخطوات التالية:
- تحديد محصلة الوزن الكلية، حيث نجمع جميع الأوزان في الكرة الأرضية.
- حساب محصلة الوزن تكون مساوية لمجموع أوزان كل الجزيئات.
- حساب مجموع العزم لوزن جزيئة حول المحاور المتعلقة بها.
- حساب قيمة بعد النظام الكلي مضروبًا في الوزن الكلي.
- يتم تحديد مركز الثقل من خلال قسمة جميع العزوم الواقعة على محور مضروبًا في البعد عن المحور الآخر، ثم قسمة الناتج الكلي على مجموع العزوم.
عمق مركز الكرة الأرضية
- كما سبقت الإشارة، لا توجد نقطة أصل علمياً محددة للأرض، وذلك بناءً على نظرية الانفجارات الكبيرة.
- لكن هناك أبحاث ودراسات تهدف إلى تقدير عمق مركز الكرة الأرضية بشكل نظري، حيث يُعتقد أن عمق الأرض يصل إلى 6400 كم.
مركز جاذبية الأرض
- كما عرفنا سابقاً، فإن الأرض تدور حول القمر وبالتالي فهي غير ثابتة، مما يؤثر على الوزن الموجود عليها.
- جاذبية الأرض، والتي يُرمز لها في علم الفيزياء بالرمز g، تشير إلى التسارع الذي تطبقه حركة الأرض على الأجسام الموجودة عليها أو بالقرب منها.
- وتقدر قيمة الجاذبية تقريباً بـ 9.82 م/ث².
أهمية تحديد مركز الأرض
- يعد تحديد مركز الأرض ذا أهمية كبيرة، إذ يساعد العلماء في تحديد الحركات النسبية للأجسام على سطحها وفي الفضاء والغلاف الجوي.
- وهذا بدوره يسهم في دراسة استجابة الأرض للمتغيرات مثل عودة الصفائح الجليدية في العصور القديمة، ووقوع البراكين والزلازل، وتغير مستوى سطح البحر.
- في ختام هذا العرض، يمكننا أن نستنتج أن الكرة الأرضية، كواحد من كواكب المجموعة الشمسية، عبارة عن جسم ثلاثي الأبعاد يعيش فيه الملايين من الكائنات الحية، بما في ذلك الإنسان.
- كما أننا توصلنا إلى أن الأرض هي أكبر الكواكب الأربعة، وهي غير ثابتة، ومن ثم تكون المكان الوحيد الذي تحتضن فيه الكائنات الحية وتستمر فيه الحياة.