گرانش

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: گرانش

گرانش، نیروی جاذبه ایست که بین همه اجرام، به خاطر جرمشان، وجود دارد. جرم یکجسم، مقدار ماده آن است. به دلیل وجود گرانش، جرمی که در نزدیک زمین قرار گیرد بهسمت سطح این سیاره سقوط می کند. جرمی که در سطح زمین است نیز نیرویی به سمت پائینرا به دلیل گرانش تجربه می کند. ما این نیرو را در بدن خود به شکل وزن تجربه میکنیم. گرانش، گازهای تشکیل دهنده خورشید را در کنار هم نگاه می دارد و باعث می شودسیارات در مدار خود به دور خورشید قرار داشته باشند.

مردم، قرنها در موردگرانش دچار اشتباه بودند. در سال 300 قبل از میلاد مسیح، فیلسوف و دانشمند یونانی،ارسطو، بر اساس یک باور اشتباه فکر می کرد که اجرام سنگین سریعتر از اجرام سبک سقوطمی کنند. این باور تا اوایل 1600 میلادی همچنان در بین مردم پابرجا بود تا اینکهدانشمند ایتالیایی، گالیله این باور را اصلاح نمود. گالیله گفت که شتاب همه اجرامبه هنگام سقوط با هم برابر است مگر اینکه مقاومت هوا یا نیروهای دیگری بر آن تاثیربگذارد. شتاب یک جرم، مقدار تغییر در سرعت آن جرم است. بنابراین اگر یک جرم سنگین ویک جرم سبک را همزمان با هم از یک ارتفاع پرتاب کنیم در یک زمان به زمین می رسند.

قوانین گرانش نیوتونی
ستاره شناسان در گذشته توانستند حرکات ماه وسیارات بر فراز آسمان را اندازه گیری کنند. با این حال تا اوایل سال 1600، هیچیکنتوانستند به درستی این حرکات را توضیح دهند. در آن زمان، ایزاک نیوتون دانشمندانگلیسی، ارتباطی را بین حرکات اجرام سماوی و نیروی جاذبه زمین توصیف نمود.

در سال 1665، زمانیکه نیوتون 23 ساله بود، سقوط یک سیب این سوال را در ذهناو ایجاد کرد که نیروی گرانش زمین تا چه فاصله ای تاثیر گذار است. نیوتون کشف خودرا در سال 1687 به نام "ریشه های ریاضی در فلسفه طبیعت " تشریح نمود. نیوتون به کمکقوانین حرکت سیارات که توسط ستاره شناس آلمانی یوهانس کپلر کشف شده بود، نشان دادکه چگونه نیروی گرانش خورشید با افزایش فاصله کاهش می یابد. او سپس فرض کرد کهگرانش زمین نیز به روشی مشابه در فواصل دور کاهش می یابد. نیوتون می دانست که گرانشزمین، ماه را در مدار خود قرار داده است و مقدار گرانش زمین در آن فاصله را اندازهگیری کرد. او به کمک فرض خود، بزرگی گرانش در سطح زمین را به دست آورد. عدد به دستآمده، بزرگی همان نیرویی بود که سیب را به زمین کشاند.

قانون گرانش نیوتونمی گوید که نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط مستقیم با جرم آن دو دارد. یعنی هر چهجرم آنها بیشتر باشد، نیروی گرانش بین آن دو بیشتر است. این قانون همچنین می گویدکه نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط عکس با فاصله بین دو جرم به توان دو دارد. برایمثال اگر فاصله بین دو جرم دو برابر شود، نیروی گرانش بین آنها یک چهارم می شود. فرمول قانون نیوتون به صورت F=m1m2/d2 می باشد که در آن F نیروی گرانش بین دو جرم، m1 و m2 مقدار مواد دو جرم و d2 فاصله بین دو جرم به توان دو است.

تا اوایل 1900، دانشمندان تنها یک حرکت را مشاهده کرده بودند که بر اساس قانون نیوتون قابلتوضیح نبود و آن جابجایی کوچکی در مدار عطارد به دور خورشید بود. مدار عطارد، مانندمدار دیگر سیارات بیضی شکل است. خورشید درست وسط این بیضی قرار ندارد. به همین دلیلیک نقطه در این مدار نسبت به دیگر نقاط آن به خورشید نزدیکتر است. اما مکان ایننقطه در هر بار گردش سیاره به دور خورشید اندکی تغییر می کند. دانشمندان به اینجابجایی، سبقت سیاره می گویند. دانشمندان از قانون نیوتون برای محاسبه این جابجاییاستفاده کردند اما نتیجه معادله با آنچه که مشاهده می شود اندکی متفاوتاست.

تئوری گرانش انیشتین
در سال 1915، آلبرت انیشتین، فیزیکدان متولدآلمان، تئوری فضا-زمان-گرانش یا تئوری نسبیت عام را معرفی کرد. تئوری انیشتین طرزفکر دانشمندان به گرانش را به کلی دگرگون کرد. البته این تئوری، قانون نیوتون را ردنکرد بلکه آنرا گسترش داد. در بیشتر موارد، نتیجه ای که از تئوری نسبیت حاصل می شد،اندکی با نتیجه به دست آمده از قانون نیوتون متفاوت بود. برای مثال، انیشتین ازتئوری خود برای اندازه گیری سبقت مداری سیاره عطارد استفاده کرد و نتیجه به دستآمده درست برابر با مشاهدات بود. این نخستین آزمون برای تائید تئوری نسبیت عام بهحساب آمد.

تئوری انیشتین بر اساس دو چیز استوار بود. اول، ماهیتی به نامفضا-زمان و دوم قانونی که به نام اصل هم ارزی شناخته می شود.

فضا-زمان
درریاضیات پیچیده نسبیت، زمان و فضا از هم جدا نیستند. در عوض، فیزیکدانان به مجموعهای از زمان و فضای سه بعدی شامل طول، عرض و ارتفاع، فضا-زمان می گویند. انیشتینچنین بیان کرد که ماده و انرژی می توانند با ایجاد انحنا در فضا-زمان، شکل آنراتغییر دهند و گرانش در واقع تاثیر این انحنا در فضا-زمان می باشد.

اصل همارزی می گوید که تاثیرات گرانش و تاثیرات شتاب با هم برابرند. برای درک این اصل،تجسم کنید که شما در سفینه ای هستید که به هیچ جرم آسمانی نزدیک نیست. بنابراینسفینه شما تحت تاثیر هیچ گونه نیروی گرانشی قرار ندارد. فرض کنید که سفینه شما بهسمت جلو می رود اما شتاب ندارد. به بیانی دیگر، سفینه شما با سرعتی ثابت و در جهتیثابت حرکت می کند. اگر شما توپی را بیرون بگیرید و رها کنید، توپ سقوط نخواهد کرد. در عوض، در کنار شما معلق خواهد ماند.

اما فرض کنید که سفینه شما با افزایشسرعت، شتاب بگیرد. در این هنگام توپ ناگهان به سمت پائین سفینه سقوط خواهد کرددقیقا مانند زمانیکه تحت تاثیر گرانش قرار بگیرد.

پیش بینی های نسبیتعام
از زمانیکه محاسبه سبقت مداری عطارد، تئوری نسبیت را تائید نمود، مشاهداتزیادی برای بررسی پیش بینی های تئوری نسبیت انجام گرفت. برخی از نمونه ها عبارتنداز: انحراف پرتوهای نور و امواج رادیویی، وجود امواج گرانش و سیاه چاله ها و گسترشکائنات.

انحراف پرتوهای نور
تئوری انیشتین پیش بینی می کرد که گرانش میتواند مسیر پرتوهای نور را هنگامیکه از نزدیک یک جرم سنگین عبور می کنند دچارانحراف کند. انحراف به این دلیل به وجود می آید که اجرام، فضا-زمان را دچار انحنامی کنند. خورشید به قدری سنگین هست که بتواند پرتوهای نور را منحرف نماید ودانشمندان در سال 1919، در حین یک کسوف کامل توانستند این پیش بینی را تائید کنند.

ایجاد انحراف و کاستن از سرعت امواج رادیویی
این تئوری همچنین پیش بینیکرد که خورشید امواج رادیویی را منحرف کرده و سرعت آنها را کاهش می دهد. دانشمندانبا اندازه گیری انحرافی که خورشید در امواج رادیویی ارسال شده توسط کوازارها (اجرامبسیار بسیار قدرتمند که در مرکز برخی کهکشانها قرار دارند) ایجاد می کند این پیشبینی را نیز تائید کردند.

محققین تاخیر امواجی که از کنار خورشید عبور میکردند را با ارسال سیگنالهایی بین زمین و فضاپیمای وایکینگ که در سال 1976 به مریخرسید، اندازه گیری کردند. آن اندازه گیریها همچنان یکی از پر ارزش ترین تائیدیه هایتئوری نسبیت به حساب می آیند.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 298]