עקרון השקילות כבידה-תאוצה, הינו אחד מהעקרונות החשובים ביותר ולמעשה הוא הבסיס לתורת היחסות הכללית.
כידוע, תאוצת הכובד,g, אינה תלויה במסה וזהה לגבי כל הגופים.
מסה אינרציאלית הינה הגודל המתאר התנגדות לתאוצה,a, על-פי החוק השני של ניוטון.
מסת הכבידה הינה הגודל המתאר את עוצמת כוח המשיכה הפועל על הגוף על-פי חוק הכבידה של ניוטון.
במכניקה הניוטונית שני גדלים אלו זהים, כלומר המסה האינרציאלית והמסה הכבידתית זהים.
זהו למעשה עקרון השקילות של גלילאי. על פיו, אותו גודל פיסיקלי מתאר גם את כוח הכבידה הפועל על גוף מסוים, וגם את מידת התנגדותו לשינוי מהירות. עקרון השקילות של גלילאו מדבר על שוויון בין גדלים פיזיקלים (מסת התמד ומסת כבידה).
כבסיס לתורת היחסות הכללית, איינשטיין שיכלל וניסח מחדש את עיקרון השקילות.
על-פי עקרון השקילות של אינשטיין, שכיום פשוט נקרא עקרון השקילות, יש שוויון פיסיקלי לוקאלי (מקומי כלומר מתייחס לאזור קטן במרחב) בין תאוצה וכבידה. כלומר, ניתן להתייחס למערכת מואצת כאילו הייתה במנוחה בשדה כבידה, ולהפך. עקרון זה מסביר מדוע כל הגופים נופלים באותה מהירות ללא תלות במשקלם. עקרון השקילות של איינשטיין מדבר על שוויון בין מערכות יחוס ומזה ניתן לגזור את השוייון שבין מסה אינרציאלית למסה כבידתית. מכן, שעקרון השקילות של אינשטיין כולל את עיקרון השקילות של גלילאי.
חשוב להדגיש, שעיקרון השקילות הינו לוקאלי, והזהות בין כבידה לתאוצה במערכת גדולה לא מתקיימת.
נניח שאנו בחללית סגורה שבה נצפים תנאים של כבידה (כל החפצים נמשכים "למטה" בתאוצה קבועה). על פי עיקרון השקילות, שום ניסוי לא יכול לזהות האם המעבדה נחה בשדה גרוויטציה, או נעה כלפי "מעלה" בתאוצה קבועה. מכאן ניתן להסיק כי מערכת הנמצאת בנפילה חופשית, או השרויה בשדה כבידה ולא פועל עליה שום כוח אחר, הינה מערכת אינרציאלית.
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
