مركز الثقل
يمكن تعريف مركز الثقل (بالإنجليزية: Centre of gravity) في العلوم الفيزيائية كنقطة تخيلية تُستخدم في بعض الحسابات الضرورية. يُحسب مركز الثقل عادة عند تصميم الهياكل الثابتة مثل المباني والجسور، أو عند دراسة سلوك الأجسام المتحركة تحت تأثير قوة الجاذبية الأرضية. في حالة وجود مجال جاذبية متساوي، يمكن تحديد مركز الثقل من خلال معرفتنا بمركز كتلة الجسم، حيث يتطابق مركز الكتلة في هذه الحالة مع مركز الثقل.
أما الجاذبية الأرضية، فتُعرّف بأنها القوة التي تسحب المواد نحو مركز الأرض. وفقًا لمفهوم الجاذبية، كل ما يُلقي إلى الأعلى سينزل مجددًا إلى الأسفل. ومع ذلك، لا تعمل الجاذبية دائمًا وفقًا لهذه القاعدة بسبب تأثير التوازن، والذي يعتمد بدوره على شكل الجسم المحدد.
موضع مركز ثقل الكرة الأرضية
يمكن تعريف مركز ثقل الكرة الأرضية بأسلوبين علميين؛ إما كمركز كتلة الأرض الصلبة، أو كمركز كتلة نظام الكرة الأرضية الكامل، والذي يتضمن الأرض الصلبة، الصفائح الجليدية، المحيطات، والغلاف الجوي. على الرغم من ذلك، لا يتم تحديد مركز الكرة الأرضية بدقة في أي من الحالتين العلمية، وذلك لأن كوكب الأرض يشهد تغيرات مستمرة بسبب القوى التكتونية والمناخية.
مركز ثقل الكون
لا يمتلك الكون مركز ثقل محدد، مما يعني أنه ليس له نقطة أصل. يعود ذلك إلى مفهوم نظرية الانفجار الكبير، التي حدثت قبل حوالي 13.7 مليار سنة، والتي تُشير إلى أن الكون لم ينفجر من نقطة مركزية، بل بدأ في حالة صغيرة وسرعان ما بدأت كل نقطة في الكون بالتوسع بصورة متساوية. ولا يزال هذا التوسع جارياً حتى اللحظة. ومن المهم الإشارة إلى أن العلماء لم يتوصلوا بعد إلى تفهّم كامل لمدى حدود الكون، حيث أشار العالم ريدن (بالإنجليزية: Ryden) إلى أن “بسبب الحدود الطبيعية للمسافة التي قطعها الضوء منذ الانفجار الكبير، تعد ملاحظات علماء الكونيات مجرد لمحات ضئيلة عن الكون، الذي قد يكون بلا حدود”.
كيفية حساب موقع مركز الثقل لنظام معين
يتم حساب موقع مركز الثقل لنظام يتكون من مجموعة من الجسيمات عبر اتباع الخطوات التالية:
- تحديد محصلة الوزن للنظام بشكل كامل. إذا كان هناك نظام يتألف من عدد ن من الجسيمات الموجودة في موقع معين، فيمكن استبدال كتل هذه الجسيمات بمحصلة الوزن (بالإنجليزية: resultant weight) ويمثلها الرمز ج.
- تكون قيمة محصلة الوزن متطابقة مع مجموع أوزان الجسيمات في النظام.
تُحسب العلاقة كالتالي: م = Σو، حيث إن Σو هو مجموع الكتل في النظام، وجم هو مقياس الكتلة المعادلة لكتل هذا النظام.
- حساب مجموعة العزوم لجميع الجسيمات حول المحاور المختلفة. يجب جمع قيم العزم حول المحور س، والتي تُسمى و س، ثم القيام بنفس العملية للمحور ص لتكون قيمته و ص، وكذلك للمحور ع ليكون و ع.
- تُحسب العلاقة لتحديد البعد الكلي للنظام عن المحور س مضروباً في الوزن الكلي للنظام م، مع إضافة قيمة بعد الجسيم الأول عن المحور س مضروبة في وزن الجسيم الأول عند المحور س، متبوعًا بجزء بعد الجسيم الثاني وهكذا لتشمل جميع الجسيمات.
- وبالمثل، تُحسب المسافات للبعدين ص وع بنفس الطريقة، مع الأخذ في الاعتبار الوزن الخاص بكل جسيم.
- لتحديد موقع الثقل على المحور س، تُقسم مجموع العزوم الواقعة على هذا المحور مضروبة في البعد عن المحور س على مجموع العزوم الكلية.
- نفس الطريقة تطبق للحصول على قيمة موقع الثقل بالنسبة للمحور ص والموقع الخاص بالمحور ع.
