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.

 

 

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

نام دیگر نیروی گرانشی چیست

نیروی گرانشی با نام های دیگر همچون نیروی جاذبه در جهان شناخته می شود. جاذبه در اصل نیروی گرانشی بین شما و زمین است. جرم شما همیشه در سطح زمین ثابت است. برای مثال اگر جرم شما ۱۰۰ کیلوگرم باشد، وزن شما ۹۸ نیوتن است. این نیرو چیزی است که باعث سقوط اجسام به سمت زمین می شود. بر روی زمین، شتاب برابر ۹.۸۱ m/s۲ است، به این معنی که جسمی که در حال سقوط آزاد است، در هر ثانیه از سقوط، سرعت سقوط ۹.۸۱ متر بر ثانیه افزایش می‌ یابد.

نیروی گرانشی چیست علوم ششم

نیروی جاذبه ای که یک جسم با آن جسم دیگری را در جهان جذب می کند به عنوان نیروی گرانشی شناخته می شود. نیوتن، از تجربه معروف خود از «سقوط سیب از درخت به سمت زمین» توانست معادله قانون جهانی گرانش را استخراج کند. چندین نیروی ذاتی طبیعت در این جهان وجود دارد که نیروی گرانشی یکی از آنهاست.

نیروهای مختلف طبیعت را می توان به عنوان نیروی گرانشی، نیروی الکترومغناطیسی، نیروی هسته ای قوی و نیروی هسته ای ضعیف طبقه بندی کرد. نیروی گرانش نقش مهمی در نگه داشتن اجسام در کنار هم و در نتیجه اتصال جهان به یکدیگر دارد.

نیروی گرانشی چیست علوم ششم گاما

نیروی گرانشی یک مفهوم جهانی است و نه تنها بین زمین و سایر اشیا روی زمین بلکه بین خود اجسام نیز وجود دارد. نیروی اعمال شده به طور مستقیم با جرم اجسام متناسب است. این نیرو برای مطالعه حرکات سیاره ای منظومه شمسی بسیار مهم است.

نیروی گرانش وارد شده بر جسمی که آزادانه در حال سقوط است باعث شتاب یکنواخت بدن می شود. شتابی که بر جسم وارد می شود به دلیل کشش گرانشی زمین ایجاد می شود و در تمام طول سقوط یکنواخت است، مشروط بر اینکه نیروی دیگری بر جسم وارد نشود. نیروی گرانشی با نماد «g» نشان داده می شود و واحد آن m/s² است. شتاب ناشی از گرانش یک کمیت برداری با جهت به سمت مرکز زمین است. مقدار نیروی گرانشی در سطح زمین ۹.۸ متر بر ثانیه است.

نیروی گرانشی چیست گاما

نیروی گرانش یک نیروی جهانی است، زیرا این همان چیزی است که حرکت سیاره را مدیریت می کند. هر جسم روی زمین تحت تاثیر این نیرو قرار می گیرد، اگر نیروی گرانشی وجود نداشت همه ما شناور بودیم. نیروی گرانشی با توجه به ارتفاع کاهش می یابد و همچنین هنگام رفتن از قطب ها به استوا کاهش می یابد. وزن جسم نیرویی است که توسط زمین جذب می شود.

برای درک این مفهوم، دانشمند معروف نیوتن قانون جهانی گرانش را ارائه کرد که برای هر جسمی در جهان اعمال می شود. این قانون می گوید که نیروی جاذبه بین هر دو جسم با حاصل ضرب جرم آنها نسبت مستقیم و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد.

نیروی گرانشی که از طرف زمین بر جسم وارد میشود چه نام دارد

نیروی گرانشی که از طرف زمین بر جسم وارد میشود، همان نیروی جاذبه است که بر روی هر چیزی تاثیر می گذارد. گرانش نیرویی است که باعث جذب اجسام به دلیل جرم آنها به سطح زمین می شود. گفته می شود که هر جسمی که دارای جرم باشد، نیروی گرانشی بر روی آن تاثیر می گذارد.

اگر جرم جسم بیشتر باشد، نیروی جاذبه نیز بیشتر خواهد شد. اگرچه اثر گرانش در سقوط آزاد یکسان خواهد بود، اما جسم با شتاب ۹.۸ متر بر ثانیه سقوط خواهد کرد. اجسام پس از رسیدن به این شتاب به سرعت نهایی می رسند. یعنی جسم با سرعتی بیشتر از سرعتی که پس از شتاب ۹.۸ متر بر ثانیه به دست می‌ آید، حرکت نمی ‌کند.

نیروی گرانشی چیست علوم هفتم

سر آیزاک نیوتن اولین دانشمندی بود که مفهوم نیروی گرانشی را به صراحت بیان کرد و نوشته‌ های او به تفصیل چگونگی تاثیر جاذبه گرانشی بر اجسام در حال سقوط و حرکات جسم را نشان می ‌دهد. از سوی دیگر نیوتن بر مشاهدات و نظریه های ریاضیدانان و فیزیکدانان دیگری مانند ماکس کپلر تکیه داشت.

فیزیکدان انگلیسی هنری کاوندیش مفهوم ثابت گرانشی G را بیش از ۱۰۰ سال پس از انتشار کار نیوتن بیان کرد. کار کاوندیش، در میان چیزهای دیگر، به تعیین یک مقدار دقیق برای جرم کل زمین کمک کرد. طبق قانون گرانش جهانی نیوتن، دو جسم در فضا با نیرویی متناسب با جرم و فاصله بین آنها، یکدیگر را جذب می کنند.

این بدان معناست که اجرام بزرگی که به دور یکدیگر می چرخند، مانند ماه و زمین، نیروی محسوسی بر یکدیگر اعمال می کنند. نیروی گرانشی می گوید که هر جسمی در جهان، جسم دیگری را با نیرویی قابل اندازه گیری جذب می کند.

نیروی گرانشی زمین چیست

میزان نیروی که بر روی اجسام در سطح زمین تاثیر می گذارد، نیروی گرانشی زمین نام دارد. این نیرو توسط دانشمند معروف اسحاق نیوتون هنگام سقوط یک سیب اتفاق افتاد. نیروی گرانشی زمین میزان ثابتی دارد و وزن اجسام را بر روی سطح زمین تعیین می کند.

نیروی جاذبه یا نیروی گرانشی چیست با ذکر مثال

ممکن است فکر کنید که نیروی گرانشی چیزی است که ما را به سمت سطح زمین می کشد و ممکن است آن را به عنوان چیزی نامطلوب بدانیم که ما را به سمت پایین می کشد. اما در واقعیت نیروی جاذبه دارای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی است که مستقیما بر زندگی روزمره ما تاثیر می گذارد. کاربردهای نیروی گرانشی ممکن است مورد توجه قرار نگیرند، اما برای بقای ما ضروری هستند. برخی از تاثیرات نیروی گرانشی بر زندگی ما عبارتند از:

گردش ماه به دور زمین

کره ماه به دلیل وجود نیروی جاذبه به دور زمین می چرخد. بدون این نیرو، ماه از مدار خود خارج شده و در اعماق فضا به دورتر رانده می شد. نیروی گرانشی است که ماه را در مداری به دور زمین نگه می دارد.

اجسام روی سطح زمین می مانند

اگر جاذبه وجود نداشته باشد، اجسام به اطراف پرواز می کنند. جاذبه اجسام را روی سطح زمین نگه می دارد و بسیار ضروری است. در فضا وقتی چیزی در جهت خاصی رانده می شود به حرکت خود ادامه می دهد تا زمانی که نیروی خارجی آن را متوقف کند.

گردش زمین

مانند حرکت ماه به دور زمین، زمین نیز به دلیل تاثیر گرانشی به دور خورشید حرکت می کند. نیروی گرانشی خورشید به دلیل جرم زیاد آن، بسیار زیاد است. این مدار به دلیل حرکت بیرونی خود زمین و کشش آن به سمت خورشید توسط گرانش به وجود می آید.

جزر و مد

به دلیل چرخش ماه به دور زمین، آب های موجود در سطح زمین تحت تاثیر این نیروی گرانشی قرار می گیرند. جزر و مد مستقیما با موقعیت ماه مرتبط هستند و گرانش ماه، آب را به سمت خود می کشد و منجر به جزر و مد می شود.

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا