قفزة فيليكس وقوانين نيوتن

هل كسرت قفزة فيليكس قوانين نيوتن فعلا؟

ترقب البارحة يوم الأحد 14 أكتوبر 2012 العديد من الناس " قفزة فيليكس "
وهي قفزة قام بها المغامر الرياضي فيليكس من ارتفاع يقارب الـ 36.576 متر عن الأرض
ليحطم بذلك أرقاما قياسية، ويكون أول من يسقط سقوطا حرا بسرعة أكبر من سرعة الصوت، وصاحب أعلى سقوط بالمظلة.

ولكن، ما رأي الفيزياء بهذه القفزة؟ وهل فعلا غيّرت من قوانين فيزيائية؟
الحقيقة لكي نعرف إجابة هذا السؤال علينا أن نضع أنفسنا مكان فيليكس ونلاحظ الظروف التي سنمر بها لو قفزنا من الفضاء إلى الأرض.
سنبدأ قفزتنا من طبقة الستراتوسفير حيث الضغط فيها يقل عن 0.5% من ضغط الأرض،
ويستحيل على الإنسان أن يعيش فيها لنقص الأكسجين وبالتالي سنحتاج لأنبوبة أكسجين كي نتنفس
وهذا ما حصل عليه فيليكس فعلا ً.

الآن عندما نخرج للفضاء(عندما خرج فيليكس من الكبسولة) ونقفز سوف يتسارع جسمنا لمدة 30 ثانية قبل أن نصل للسرعة النهائية:
وللقفز في الهواء توجد حالتين:

في الحالة الأولى:
يتسارع فيها جسمنا لمدة ومن ثم وبسبب تصادم جسمنا مع جزيئات الهواء فعند سرعة معينة (السرعة النهائية)
تتساوى قوة مقاومة الهواء لجسمنا الساقط مع قوة الجاذبية وهما متعاكستان في الاتجاه ولهذا يتوقف جسمنا عن التسارع.
وهذا ممكن فقط إذا ظلت القوى الخارجية ثابتة أي ظلت مقاومة الهواء كما هي. ( وهذه الحالة تتفق مع قانون نيوتن للسقوط الحر)



في الحالة الثانية: ( هذا ما حدث في قفزة فيليكس)
يتسارع فيها جسمنا لمدة 30 ثانية ولكن نحن الآن ننتقل من ارتفاع عالي جدا من طبقة الستراتوسفير إلى طبقة الترابوسفير
أي يحدث تغير في مقاومة الهواء لأننا ننتقل من مقاومة هواء ضعيفة ( الستراتوسفير) إلى مقاومة هواء كبيرة( الترابوسفير)
وبالتالي قوة مقاومة الهواء المؤثرة على جسمنا ستزداد بشكل طردي
ومن هنا فإن السرعة النهائية التي يمكن أن نصل إليها ستتناقص كلما قل ارتفاعنا،
فلن تكون هناك سرعة نهائية ثابتة نصل إليها وهذا ما حدث مع فيليكس.

لنكمل قفزتنا، بعدما يقل ارتفاعنا إلى أن نصل للارتفاع الذي تثبت فيه مقاومة الهواء
سنكمل مشوارنا في القفزة كسقوط حر عادي كباقي المغامرين.

إذا ً ما المميز الذي واجهه فيليكس؟

]

فيليكس قفز من ارتفاع عال جداً وتسارع جسمه بشكل كبير جداً حتى تجاوز سرعة الصوت وكل ذلك حدث في طبقة الستراتوسفير

حيث تصادمت جزيئات الهواء مع جسمه بشدة كبيرة ويترتب عن هذا التصادم الكبير تولد حرارة عالية قد تحرق جسمه
إلا أن البذلة التي كان يلبسها هي التي وفرت له الحماية من الاحتراق والتعرض لموجات حارقة شديدة.
وهذه القفزة التي قام بها فيليكس تثبت جودة هذه البذلة وخرّجت جيل جديد من البذلات التي سيستفيد منها رواد الفضاء لاحقا ً.

خلاصة القول أن فيليكس أثناء قفزته مرّ بحالتين: الأولى عندما لم يطبق الشروط التي وضعها نيوتن لقانونه السقوط الحر حيث مقاومة الهواء متغيرة وتباعا ً لهذا لم يحقق قانون نيوتن،

والحالة الثانية عندما انطبقت عليه شروط السقوط الحر لقانون نيوتن حيث مقاومة الهواء ثابتة فحقق قانون نيوتن.
إذاً قانون نيوتن لم يتغير ولا الفيزياء تغيّرت،
ولكن الذي تغيّر هو الظروف التي مرّ بها فيليكس،وهناك ظروف تحقق قانون نيوتن وظروف لا تحقق قانون نيوتن.


منقول من ملتقى الفيزيائيين العرب