علوم پایهفیزیک

نیروی گرانشی چیست؟ – تاریخچه کشف و اهمیت آن

نیرویی که از طرف زمین بر جرم اجسام وارد می شود و آن ها را به سمت خود می کشد، نیروی گرانشی است. اگر شتاب افتادن و سقوط اجسام بر اثر وزن آن ها محاسبه شود به آن نیروی گرانشی می گویند. این نیرو عامل حرکت پرتابی و سقوط آزاد اجسام می باشد. در پایه ششم علوم دبستان نیروی گرانشی و وزن اجسام معرفی شده است. نیروی جاذبه نیرویی رو به پایین است. با این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به تعریف و توضیح این موضوع از علم فیزیک می پردازیم.

فهرست مطالب :

۱- تعریف نیروی گرانشی

۲- تاریخچه کشف نیروی گرانشی

۳- فرمول نیروی گرانشی

۴- تفاوت ثابت نیروی گرانشی (G) و شتاب گرانش (g)

۵- نیروی وزن و اندازه گیری آن

۶- نیروی گرانشی زمین، ماه و سیارات دیگر

۷- اهمیت وجود نیروی گرانشی

۱- تعریف نیروی گرانشی :

نیرویی که دو جسم دارای جرم به هم وارد کرده همدیگر را جذب می کنند، مانند افتادن سیب از درخت که باعث کشف بزرگ نیوتن شد، به نیروی جاذبه یا گرانشی معروف است. نیروی جاذبه بر اجسام واقع در میدان گرانشی وارد می شود. جرم های بزرگ تر نیروی جاذبه بیشتری وارد می کنند. چهار نیروی بزرگ و اصلی در طبیعت وجود دارد (الکترومغناطیس، هسته ای قوی و ضعیف) که یکی از آن ها نیروی جاذبه است که معروف ترینشان می باشد. این که همه ی اجسام و موجودات روی کره زمین روی زمین پابرجا هستند و به سمت بالا پرت نمی شوند و یا معلق در آسمان نیستند به دلیل وجود این نیروی مهم است. همچنین زمین در مدار مشخصی دور خورشید می چرخد به خاطر وجود این نیرو است. منشا نیروی گرانش که یکی از نیروهای پایستار می باشد، پتانسیل گرانشی می باشد.

تعریف نیروی گرانشی
تعریف نیروی گرانشی

۲- تاریخچه کشف نیروی گرانشی :

گالیله اولین کسی بود که آزمایشات مربوط به نیروی جاذبه را انجام داد. آزمایشات او بررسی چگونگی سرعت سقوط توپ هایی بود که از بالای برج پیزا پرتاب می کرد. گالیله در اوایل قرن هفدهم این نظریه را بیان کرد که برای همه اجسام شتاب نیروی جاذبه یکی است در صورتی که ارسطو قبلا بیان کرده بود که شتاب نیروی جاذبه برای جرم های سنگین تر بیشتر است. آیزاک نیوتن در سال ۱۶۸۰ میلادی تئوری جاذبه به این مفهوم که نیروی جاذبه بر همه اجسام جرم دار وارد می شود و به جرم و فاصله دو جسم از هم بستگی دارد، را بیان کرد. با افتادن سیب از درخت جرقه این تئوری مهم در ذهن نیوتن شکل گرفت. این نیرو بدون در نظر گرفتن اندازه دو جسم بین آن ها به وجود می آید.

بیان ریاضی نظریه نیوتن :

Fg = G m۱ m۲ ̸ r۲

Fg : نیروی جاذبه وارد شده بین دو جسم

G : ثابت جهانی گرانش

m ۱, m۲ : جرم های دو جسم

r  : فاصله دو جسم از همدیگر

این قانون از قوانین بنیادی فیزیک می باشد و این نیرو بین دو جرم اتفاق می افتد و با مقدار آن متناسب است. پس هرچه جسم ها بزرگتر باشند نیروی گرانشی بزرگتر خواهد بود. سیارات بزرگ نیروی جاذبه بزرگتری وارد می کنند. به نیروی جاذبه ای که بین زمین و یک جسم ایجاد می شود وزن گفته می شود که در پایین توضیح داده می شود.

در ادامه :

نظریه نیوتن توضیح اختلالات مدار سیاره عطارد را نمی توانست تحت پوشش قرار دهد. اما در قرن نوزدهم با بیان نظریه نسبیت عام اینشتین این نقض محاسبه شد. اینشتین با در نظر گرفتن فضا به شکل لاستیکی که از تمام جهات کشیده شده بیان کرد که فرورفتگی های آن به دلیل وجود ستارگان و سیارات است. عمیق بودن فرورفتگی ها به دلیل جرم بالاست. اجسام در حال حرکت با نزدیک شدن به فرورفتگی های عمیق به سمت خارج مدار خود کشیده می شوند. نظریه اینشتین در مورد جاذبه با تایید کردن تمام قوانین نیوتن حتی جاهایی که این قوانین قادر به توضیح آن نیستند را نیز توضیح می دهد. نظریه نسبیت عام اینشتین (تعریف شده برای جسم های بزرگ)، با مکانیک کوانتوم متناقض است. چون مکانیک کوانتوم به بررسی رفتار ذرات بسیار ریزی مثل فوتون ها و الکترون ها می پردازد.

۳- فرمول نیروی گرانشی :

نیرویی که سبب می شود همه اجسام دارای جرم، وزن داشته باشند گرانش است. مقدار گرانشی که زمین بر جرم جسم وارد می کند وزن نامیده می شود و برابر با حاصل ضرب جرم جسم در شتاب جاذبه ناشی از گرانش است و فرمول آن به صورت W = m ₓ g  است و با واحد نیوتن بیان می شود. مقدار شتاب گرانش در زمین ثابت و برابر با ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه است.

۴- تفاوت ثابت نیروی گرانشی (G) و شتاب گرانش (g) :

شتاب وارد شده از سمت نیروی جاذبه یک جسم بزرگ، بر روی یک جسم شتاب گرانش بوده و با g  نمایش داده می شود. اما نیروی جاذبه بین دو جسم به فاصله واحد برابر با ثابت گرانش جهانی (G) است. هر کدام از این واحدها مستقل هستند.

۵- نیروی وزن و اندازه گیری آن :

طبق فرمول بالا نیروی وزن به جرم جسم و شتاب ناشی از گرانش بستگی دارد. اگر جسمی در زمین ۵ کیلو گرم جرم داشته باشد در کره ماه نیز همان قدر جرم دارد ولی وزن آن با مقدار وزنی که در زمین دارد یکی نخواهد بود. چون مقدار نیروی وزن اجسام با تغییر مکان جسم (قطب های مختلف زمین یا کره ماه) تغییر می کند. به عنوان مثال اگر وزن یک جسمی در قطب شمال ۷۱۲ نیوتن باشد وزن آن جسم در استوا ۵̸۷۰۸ نیوتن و در کره ماه ۱۲۰ نیوتن خواهد بود. نیروی وزن با شتاب گرانشی متناسب است و با کوچک شدن این شتاب، وزن هم کمتر خواهد شد.

از ترازوهای مختلفی می توان برای اندازه گیری وزن اجسام استفاده کرد. ترازوهای دو کفه ای، دیجیتالی، اهرمی و…نمونه هایی از این ترازوهاست که بر اساس مکانیسم عمل آن ها دقت های متفاوتی دارند. ترازوی فنری با استفاده از نیروی کشسانی فنر وزن را اندازه می گیرد.

۶- نیروی گرانشی زمین، ماه و سیارات دیگر :

نیروی گرانشی زمین، ماه و سیارات دیگر
نیروی گرانشی زمین، ماه و سیارات دیگر

همان طور که گفتیم نیروی جاذبه زمین را در مدار خود و در یک فاصله ی معین از خورشید نگه می دارد. اما نیروی جاذبه زمین در جاهایی از زمین که جرم کمی دارد، بیشتر است و در همه جای آن یکسان نیست. ۱۷ در صد از نیروی جاذبه زمین برای ماه است اما همین مانع برعکس چرخیدن زمین شده و باعث شده زمین تغییرات آب و هوایی زیادی را متحمل نشود. پدیده هایی مثل جزر و مد با گرانش ماه توضیح داده می شود. در مریخ میزان گرانش ۳۸ در صد گرانش زمین است و سیاره مشتری به عنوان بزرگترین سیاره در منظومه شمسی ۲.۵ برابر زمین گرانش دارد.

۷- اهمیت وجود نیروی گرانشی :

نیروی جاذبه قدرتی است که همه اجسام را روی زمین نگه می دارد که در صورت نبود همه ی اجسام هیچ وزنی نداشته و به فضا پرت می شدند. حتی هوای اطراف کره زمین نیز باقی نمی ماند و زندگی برای موجودات غیر ممکن می شد. جاذبه بین زمین و خورشید و ستارگان از بین می رفت و حیات نابود می شد. اگر روزی نیروی جاذبه نابود شود همه ی موجودات و اجسام، دریاها و همه و همه به فضا رفته و در فضا معلق می ماندند. اگر انسان ها در شرایط بدون نیروی جاذبه و بی وزنی بودند، تعداد گلبول های قرمز خون کم شده و دچار کم خونی فضایی می شدند. حتی خواب نیز در این شرایط دچار اختلال می شود و رشد تمام اندام ها مانند قلب، رگ ها و استخوان ها متفاوت خواهد بود.

 

 

 

برچسب ها

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا
بستن