گرانش

گرانش یا جاذبه،

نگاهی جدید به منشأ گرانش

قانون جهانی گرانش نیوتون

محاسبه شتاب جسم در حال سقوط در سیاره

نیروی گرانش از اتم تا منظومه شمسی!

شتاب جاذبه زمین (میدان گرانشی)

اشكالات امواج گرانشي در نسبيت عام

نظريه سي. پي. اچ. و امواج گرانشي

فضا توسط CPH خميده مي شود

گرانش یا جاذبه، پدیده‌ای است که در آن همه اجسام جرم‌مند یکدیگر را جذب می‌کنند. تأثیر گرانش بر این اجسام، یعنی تأثیر جذب یک جسم جرم‌مند، جسم جرم‌مند دیگر را، به صورت وزن رخ می‌نماید. از آشناترین نمودهای گرانش فرو افتادن سیب از درخت است. پدیده گرانش معمولاً در مقیاس‌های بزرگ یا خیلی بزرگ هنگامی که جرمِ دست‌کم یکی از اجسام درگیر خیلی زیاد است رخ می‌نماید. بنابراین نمودهای گرانش در حرکت اجسام آسمانی و مسیر سیاره‌ها به گرد خورشید دیده می‌شود.

به‌طور کلاسیک، گرانش یکی از چهارنیروی اصلی طبیعت (سه نیروی دیگر: الکترومغناطیس، نیروی هسته‌ای ضعیف و نیروی هسته‌ای قوی) شمرده می‌شود. از میان این نیروها، گرانش از همه ضعیف‌تر است از این رو در فرایندهای ریز-مقیاس که نیروهای دیگر حضور فعال دارند، اثر گرانش کاملاً قابل چشم‌پوشی‌است. در فیزیک معاصر نظریه نسبیت عام برای توضیح این پدیده بکار می‌رود، اما توضیح کمتر دقیق ولی ساده‌تر آن در قانون جهانی گرانش نیوتون یافت می‌شود. در اکثر فعالیت‌های روزمره، از جمله فرستادن موشک به فضا قانون جاذبه عمومی نیوتن کاملاً کارآمد است. هرجرم ذره‌ای جرم ذره‌ای دیگر را درراستای تقاطع آن‌ها با نیرویی جذب می‌کنداین نیرو با حاصلضرب جرم‌ها متناسب است وبامربع فاصله آن‌ها رابطه عکس دارد. این قانون از قوانین بنیادی فیزیک است.

برای اندازه‌گیری شتاب ثقل از ابزاری به نام گرانش‌سنج استفاده می‌شود.

گرانش، نیروی مرموزی است که هرچند نظریه نسبیت عام انیشتین، آن‌را به خوبی توصیف می‌کند؛ اما منشا آن کماکان ناشناخته است. آیا می‌توان جهت‌گیری آرایش اطلاعات اجسام مادی را در فضا عامل گرانش دانست؟

اگرچه نیروی جاذبه ابتدا توسط قوانین نیوتن و سپس نسبیت عام انیشتین به خوبی توصیف شد، با این وجود ما هنوز نمی‌دانیم چگونه خواص بنیادین جهان با هم ترکیب می‌شوند و این پدیده را ایجاد می‌کنند. قوانین نیوتن و انیشتن به ما می‌گویند که گرانش چگونه عمل می‌کند اما از منشأ پیدایش آن چیزی بیان نمی‌کنند.

اریک ورلیند از دانشگاه آمستردام هلند، رویکرد جدیدی را برای توصیف نیروی جاذبه پیشنهاد کرده است. این فیزیکدان نظری و از تئوریسین‌های برجسته نظریه ریسمان، استدلال می‌کند که جاذبه گرانشی ممکن است ناشی از جهت آرایش اطّلاعات اجسام مادی در فضا باشد.[۱]

بنا به قانون گرانشی نیوتون هر دو جرم همواره یکدیگر را می‌ربایند(به سمت یکدیگر جذب می‌کنند). بیان این قانون به صورت زیر است:

«نیروی گرانشی میان دو ذره با حاصل ضرب جرم دو ذره نسبت مستقیم و با مجذور فاصله آن‌ها از یکدیگر نسبت وارون دارد.»

در این معادله G ثابت جهانی گرانش است که مقدار آن در دستگاه SI برابر است با: G = ۶/۶۷ ´ ۱۰ -۱۱ N.M۲/Kg۲

در این رابطه F نیروی گرانش بین دو جرم، m۱ و m۲ مقدار مواد دو جرم و r فاصله بین دو جرم است.

نیروی گرانشی میان جسم‌های با جرم کوچک، قابل چشم‌پوشی است.

قانون گرانش نیوتون می‌گوید که نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط مستقیم با جرم آن دو دارد. یعنی هر چه جرم آن‌ها بیشتر باشد، نیروی گرانش بین آن دو بیشتر است. این قانون هم‌چنین می‌گوید که نیروی گرانش میان دو جرم ارتباط وارون با فاصله میان دو جرم به توان دو دارد.

به دلیل وجود گرانش، جرمی که در نزدیک زمین قرار گیرد به سمت سطح این سیاره سقوط می‌کند. جرمی که در سطح زمین است نیز نیرویی به سمت پائین را به دلیل گرانش تجربه می‌کند. ما این نیرو را در بدن خود به شکل وزن تجربه می‌کنیم.

پیرو این قانون اگر پرتابه‌ای با سرعت زیاد از بالای یک قله پرتاب شود، تحت تاثیر گرانش مسیری منحنی را طی خواهد کرد. اگر سرعت این پرتابه به‌اندازهٔ کافی باشد، می‌تواند یک دایرهٔ کامل را گرد زمین بپیماید و همواره دور زمین بچرخد.

قانون گرانشی نیوتون به ما می‌گوید که هرچه اجسام از یکدیگر دورتر باشند، مقدار این نیرو کوچکتر است. این قانون هم‌چنین می‌گوید که کشش گرانشی یک ستاره درست یک‌چهارم کشش گرانشی ستاره مشابهی است که در نصف فاصله آن قرار گرفته‌باشد. این قانون شکل مداری زمین، ماه و سیارات را با دقت زیادی پیشگویی می‌کند.

در سال ۱۶۶۵، زمانیکه نیوتون ۲۳ ساله بود، سقوط یک سیب این پرسش را در اندیشه او ایجاد کرد که نیروی گرانش زمین تا چه فاصله‌ای تاثیرگذار است. نیوتون کشف خود را در سال ۱۶۸۷ به نام «ریشه‌های ریاضی در فلسفه طبیعت» بازشکافی کرد.

قانون دوم نیوتون: اگر به جسمی نیروی خالصی وارد شود شتابی می‌گیرد که با نیروی وارد بر جسم رابطه مستقیم و با جرم آن نسبت معکوس دارد: یعنی ,/

از قانون اول نیوتون نتیجه می‌شود:

نطریه نیروی گرانشی نیوتون:دو جرم همدیگر را همواره می‌ربایند به طوریکه نیروی گرانشی میان آن دو ذره با حاصلضرب جرم دو جسم نسبت مستقیم و با مجذور فاصله آن دو نسبت وارون دارد و طبق نظریه نیروی گرانشی نیوتون نیز خواهیم داشت

باید توجه داشت که G ثابت گرانش، M: جرم جسم دوم(مثل سیاره)

از این دو به آسانی می‌توان نتیجه گرفت که

از این موضوع نیز نتیجه می‌شود که اگر جسمی با سرعتی معین از سطح زمین بلند شود، این شتاب بر آن همواره وارد شود و سرانجام با همان سرعت اولیه(در شرایط خلا) نتیجه دوم هم این هست که کمتر از آن (در هوای معمولی)؛ یا اگر بر جسمی نیرویی برابر وزن وارد شود آنرا معلق می‌توان کرد

هرگاه دو جسم در فاصله اي از يكديگر قرار گيرند، نيرويي برهم وارد مي كنند كه با حاصلضرب جرم دو جسم متناسب و با مجذور فاصله نسبت عكس دارد. اين نيرو خاصيت ذاتي ماده است و تجربه نشان داده مستقل از خواص فيزيكي، شيميايي و محيطي همواره اعمال مي گردد. برد اين نيرو بينهايت است. جاذبه بین دو جسم مانند دو سنگ و یا هر دو شیئ دیگر وجود دارد. جاذبه زمین بر ما و اجسام اطراف ما نیرو وارد می کند. نیروی جاذبه زمین، یک عامل تعیین کننده در زندگی ماست و فقط با اقدامات فوق العاده می‌توانیم از آن رهایی پیدا کنیم. مانند پرتاب سفینه‌های فضایی که باید از قید جاذبه زمین رها شوند.

نكته‌ای كه باید به آن توجه داشت این است كه در مقیاسهای بزرگ اجسام از نظر الكتریكی خنثی هستند. امّا همچنان جرم دارند. از این رو نیروهای الكتریكی در سیستمهای بزرگ یكدیگر را خنثی می‌كنند امّا نیروی گرانش همچنان وجود دارد. به این دلیل نیروهای گرانشی در مقیاس كیهانی بر جهان تسلط دارند. در مقیاس کیهانی یعنی در قلمرو منظومه شمسی و برهمکنش سیاره‌ها و ستاره‌ها ، گرانش نیروی غالب است و باعث قرار گرفتن سیارات و ستاره ها در مدار خود می شود. سیارات و ستارگان در منظومه شمسی و سایر کهکشانها بر اساس همین قوانین جاذبه در مدارات خود در حرکت هستند. قوه جاذبه ، سبب می شود که همه کرات آسمانی به سمت همدیگر جذب شوند، ولی حرکت دورانی که در سیارات و یا منظومه ها وجود دارد، سبب می شود که این کرات و منظومه ها، به سرعت از هم دور شوند، حال اگر قوه جاذبه دقیقاً با قوه دافعه مساوی باشد، نه ذره ای کمتر و نه ذره ای بیشتر، در این صورت ستون نیرومند نامرئی به وجود می آید که آنها را در جای خود ثابت نگه می دارد، همان گونه که کره زمین ما میلیونها سال است در مدار معینی بر گرد خورشید حرکت می کند، نه جذب آن می شود و نه از آن دور می گردد، و این از نشانه های عظمت خداوند عالم و قادر است.

اگر زمین، دارای نیروی جاذبه نبود، اجزاء زمین بر سطح زمین قرار نمی گرفتند. اگر نیروی جاذبه زمین نبود، اجسامی که بر روی زمین هستند، سنگینی و وزنی نداشتند و از زمین به فضا می پریدند و همانجا می ماندند و باز نمی گشتند. اگر نیروی جاذبه زمین نبود، آبهای دریاها در جای خود نمی ماندند و به زودی در فضا پخش می شدند. اگر نیروی جاذبه زمین نبود، هوائی که کره زمین را فرا گرفته، بر گرد زمین نمی ماند و می رفت و زندگی برای موجودات به واسطه از بین رفتن هوا محال بود. اگر جاذبه زمین نبود، ابرها معلق می ماندند و آبهائی که از زمین در اثر تبخیر خورشید بالا رفته بود، باز نمی گشت. اگر جاذبه زمین نبود، بارانی نمی بارید. نه جوئی در زمین یافت می شد و نه رودی و دریائی در زمین باقی نمی ماند.

از شگفتی های دیگر جاذبه زمین، اثر جاذبه زمین بر چرخه سلولی است . آزمایشهای گوناگون بر روی جانداران نشان می دهد که قرار گیری در شرایط بی وزنی، می تواند از سرعت رشد و تقسیمات سلولی بدن بکاهد. پژوهش های جدید نشان می دهد که در صورت برابر بودن شرایط فیزیکی بدن انسان با دیگر موجودات ، قرار گیری در خلاء می تواند سرعت رشد را در بدن کاهش دهد. به گفته دانشمندان زیست شناسی ، این پدیده مدرکی محکم از کاهش میزان رشد و بازسازی در بدن جانداران در فضایی خالی از نیروی گرانش به شمار می رود. همچنین این آزمایش بیانگر این نکته است که سیگنالهای گرانشی در تقسیمات سلولی نقش داشته و عدم حضور این سیگنالها در بدن انسان اختلال ایجاد خواهد کرد.