هنگام مطالعه یک دوره مدرسه در فیزیک، موضوع مهم در بخش مکانیک قانون گرانش جهانی است. در این مقاله نگاه دقیق تری به چیستی آن و با چه فرمول ریاضی خواهیم داشت و همچنین نمونه هایی از نیروی گرانش در زندگی روزمره انسان و در مقیاس کیهانی را بیان می کنیم.
چه کسی قانون گرانش را کشف کرد
قبل از ارائه مثال هایی از نیروی گرانش، اجازه دهید به طور خلاصه توضیح دهیم که چه کسی مسئول کشف آن است.
از زمان های قدیم، مردم ستارگان و سیارات را رصد می کردند و می دانستند که آنها در مسیرهای خاصی حرکت می کنند. علاوه بر این، هر فردی که دانش خاصی نداشت، می فهمید که سنگ یا شیء دیگری را هر چقدر دور و بلند پرتاب کند، همیشه به زمین می افتد. اما هیچ یک از مردم حتی حدس نمی زدند که فرآیندهای روی زمین و اجرام آسمانی توسط قانون طبیعی یکسانی کنترل می شوند.
در سال 1687، سر اسحاق نیوتن یک اثر علمی منتشر کرد که در آن ابتدا به تشریح اصول ریاضی پرداخت.فرمول بندی قانون گرانش جهانی البته نیوتن به طور مستقل به این فرمول نرسید که شخصاً آن را تشخیص داد. او برخی از ایده های معاصران خود (مثلا وجود تناسب معکوس با مجذور فاصله نیروی جاذبه بین اجسام) و همچنین تجربیات تجربی انباشته شده در مسیر سیارات (سه کپلر) را به کار برد. قوانین). نبوغ نیوتن خود را در این واقعیت نشان داد که دانشمند پس از تجزیه و تحلیل تمام تجربیات موجود، توانست آن را در قالب یک نظریه منسجم و عملاً قابل اجرا تدوین کند.
فرمول جاذبه
قانون گرانش جهانی را می توان به اختصار به صورت زیر فرموله کرد: بین تمام اجسام در جهان نیروی جاذبه ای وجود دارد که با مجذور فاصله بین مراکز جرم آنها نسبت معکوس دارد و با حاصلضرب آنها نسبت مستقیم دارد. از توده های خود بدن. برای دو جسم با جرم m1 و m2 که در فاصله r از یکدیگر قرار دارند، قانون مورد مطالعه به صورت زیر نوشته می شود:
F=Gm1m2/r2.
در اینجا G ثابت گرانش است.
نیروی جاذبه را می توان با استفاده از این فرمول در همه موارد محاسبه کرد، اگر فواصل بین اجسام در مقایسه با اندازه آنها به اندازه کافی بزرگ باشد. در غیر این صورت، و همچنین در شرایط گرانش قوی در نزدیکی اجرام فضایی پرجرم (ستاره های نوترونی، سیاهچاله ها)، باید از نظریه نسبیت که انیشتین توسعه داد استفاده کرد. دومی گرانش را نتیجه تحریف فضا-زمان می داند. در قانون کلاسیک نیوتنگرانش نتیجه برهم کنش اجسام با برخی از میدان های انرژی مانند میدان های الکتریکی یا مغناطیسی است.
تجلی جاذبه: نمونه هایی از زندگی روزمره
اول، به عنوان چنین نمونه هایی می توانیم هر اجسامی را که در حال سقوط از ارتفاع خاصی هستند نام ببریم. مثلاً برگ یا سیب معروف از درخت، افتادن سنگ، قطرات باران، رانش کوه و رانش زمین. در تمام این موارد، اجسام به مرکز سیاره ما تمایل دارند.
دوم، وقتی معلمی از دانش‌آموزان می‌خواهد «نمونه‌هایی از گرانش بیاورند»، باید به یاد داشته باشند که همه بدن‌ها وزن دارند. وقتی گوشی روی میز است یا زمانی که فرد روی ترازو وزن می شود، در این موارد بدن روی تکیه گاه فشار می آورد. وزن بدن مثال واضحی از تجلی نیروی گرانش است که همراه با واکنش تکیه گاه، یک جفت نیرو را تشکیل می دهد که یکدیگر را متعادل می کنند.
اگر از فرمول پاراگراف قبل برای شرایط زمینی استفاده شود (جرم سیاره و شعاع آن را جایگزین کنید)، می توان عبارت زیر را به دست آورد:
F=mg
این است که در حل مسائل با گرانش استفاده می شود. در اینجا g شتابی است که به تمام اجسام، صرف نظر از جرم آنها، در سقوط آزاد داده می شود. اگر مقاومت هوا وجود نداشت، یک سنگ سنگین و یک پر سبک در یک زمان از یک ارتفاع سقوط می کردند.
گرانش در کیهان
همه می دانند که زمین، همراه با سیارات دیگر، به دور خورشید می چرخد. به نوبه خود، خورشید، دریکی از بازوهای کهکشان مارپیچی کهکشان راه شیری، همراه با صدها میلیون ستاره به دور مرکز آن می چرخد. خود کهکشان ها نیز در خوشه های به اصطلاح محلی به یکدیگر نزدیک می شوند. اگر در مقیاس به عقب برگردیم، پس باید ماهواره هایی را که به دور سیاراتشان می چرخند، سیارک هایی که بر روی این سیارات می افتند یا از کنار آنها پرواز می کنند، به یاد بیاوریم. اگر معلم از دانش‌آموزان بپرسد: «نمونه‌هایی از نیروی گرانش بیاورید.» همه این موارد را می‌توان به خاطر آورد.
توجه داشته باشید که در دهه های اخیر مسئله نیروی اصلی در مقیاس کیهانی زیر سوال رفته است. در فضای محلی، بدون شک نیروی گرانش است. با این حال، با توجه به این موضوع در سطح کهکشان، نیروی دیگری که هنوز ناشناخته است، مرتبط با ماده تاریک، وارد بازی می شود. دومی خود را به عنوان ضد جاذبه نشان می دهد.
