نیروهای گرانشی یکی از چهار نوع اصلی نیرو هستند که خود را با همه تنوع خود بین اجرام مختلف چه در زمین و چه فراتر از آن نشان می دهند. علاوه بر آنها، الکترومغناطیسی، ضعیف و هسته ای (قوی) نیز متمایز می شوند. احتمالاً این وجود آنها بود که بشر در وهله اول به آن پی برد. نیروی جاذبه زمین از زمان های قدیم شناخته شده است. با این حال، قرن ها قبل از اینکه شخصی حدس بزند که این نوع تعامل نه تنها بین زمین و هر جسمی، بلکه بین اجسام مختلف نیز رخ می دهد، گذشت. اولین کسی که نحوه عملکرد نیروهای گرانشی را درک کرد، فیزیکدان انگلیسی I. Newton بود. این او بود که قانون شناخته شده گرانش جهانی را استنباط کرد.
فرمول نیروی گرانشی
نیوتن تصمیم گرفت قوانین حرکت سیارات در منظومه را تجزیه و تحلیل کند. در نتیجه به این نتیجه رسید که چرخش بهشتیاجسام در اطراف خورشید تنها در صورتی امکان پذیر است که نیروهای گرانشی بین آن و خود سیارات عمل کنند. دانشمند با درک اینکه اجرام آسمانی تنها از نظر اندازه و جرم با اجرام دیگر متفاوت است، فرمول زیر را استنباط کرد:
F=f x (m1 x m2) / r۲، که در آن:
- m1، m۲ جرم دو جسم هستند؛
- r - فاصله بین آنها در یک خط مستقیم؛
- f ثابت گرانشی است که مقدار آن 6.668 x 10-8 cm3/g x sec سانتی متر3/g x sec است. 2.
بنابراین، می توان استدلال کرد که هر دو شی به یکدیگر جذب می شوند. کار نیروی گرانش در قدر آن با جرم این اجسام نسبت مستقیم و با فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد.
ویژگی های اعمال فرمول
در نگاه اول به نظر می رسد که استفاده از توصیف ریاضی قانون جذب بسیار ساده است. با این حال، اگر خوب فکر کنید، این فرمول فقط برای دو جرم معنا دارد که ابعاد آنها نسبت به فاصله بین آنها ناچیز است. و آنقدر که می توان آنها را برای دو امتیاز گرفت. اما وقتی فاصله با اندازه اجسام قابل مقایسه است و خود آنها شکلی نامنظم دارند چطور؟ آنها را به قطعات تقسیم کنید، نیروهای گرانشی بین آنها را تعیین کنید و حاصل را محاسبه کنید؟ اگر بله، برای محاسبه چند امتیاز باید گرفت؟ همانطور که می بینید، به این سادگی نیست.
و اگر (از نظر ریاضیات) در نظر بگیریم که این نکتهابعاد ندارد، پس این وضعیت کاملاً ناامید کننده به نظر می رسد. خوشبختانه دانشمندان راهی برای انجام محاسبات در این مورد ابداع کرده اند. آنها از دستگاه حساب انتگرال و دیفرانسیل استفاده می کنند. ماهیت روش این است که جسم به تعداد بی نهایت مکعب کوچک تقسیم می شود که جرم آنها در مراکز آنها متمرکز است. سپس فرمولی برای یافتن نیروی حاصل تهیه می شود و یک انتقال حدی اعمال می شود که به وسیله آن حجم هر عنصر تشکیل دهنده به یک نقطه (صفر) کاهش می یابد و تعداد این عناصر به بی نهایت میل می کند. به لطف این تکنیک، چند نتیجه مهم به دست آمد.
- اگر جسم توپی (کره ای) باشد که چگالی آن یکنواخت است، هر جسم دیگری را طوری به سمت خود جذب می کند که گویی تمام جرم آن در مرکز آن متمرکز است. بنابراین، با مقداری خطا، این نتیجه گیری را می توان در مورد سیارات نیز اعمال کرد.
- وقتی چگالی یک جسم با تقارن کروی مرکزی مشخص می شود، با اجسام دیگر به گونه ای برهم کنش می کند که انگار کل جرم آن در نقطه تقارن است. بنابراین، اگر یک توپ توخالی (مثلاً یک توپ فوتبال) یا چندین توپ تو در تو (مانند عروسک‌های ماتریوشکا) بگیریم، آنها اجسام دیگر را به همان شکلی که یک نقطه مادی انجام می‌دهد جذب می‌کنند و جرم کل خود را دارند. و در مرکز قرار دارد.
