پریسا پرویزی نوشته شده:وااااااووو!!!! دوستان مطالب خیلی سنگینه من وارد بحث علما نمیشم.... فقط یه چندتا سوال میپرسم اگه خیلی چرت بود... خیلی نزنید تو سرم قابل توجه ادوارد عزیز ....
خوب مثلا دو جرم یا ماده در کنار یکدیگر قرار گرفته اند ... این دو جرم گرانش دارند درسته؟
و اینکه آیا این دو بهم نیرو وارد میکنن؟ اگه نه..... فقط ذرات باردار به هم نیرو وارد میکنن؟ چند نوع نیرو داریم؟
اگه ج سوال اول و دومم بله باشند نمیتویم بگیم گرانش نوعی نیرو نیست بلکه خود نیروئه؟؟؟؟؟ احتمالا از لحاظ معادلاتی ج باید کاملا منفی باشه ولی خب.....
همانطور که خودتونم میدونید ماده باعث خمیدگی فضا زمان میشه،پس وقتی که این دو جسم فضا زمان را خمیده میکنند میشود گفت که به علت خمیدگی فضا زمان به هم تمایل پیدا میکنند پس میشود گفت که در واقع گرانش نیرو نیست و به علت خمیدگی فضازمان بوجود امده!
اما درباره اینکه گرانش باعث شده مثلا اجزای زمین از یکدیگر نپاشند و متلاشی نشوند نمیتوانم نظری دهم و نمیدانم ساز و کار ان چگونه است(یعنی بازهم خمیدیگی فضازمان باعث شده اجزای زمین یا ستاره ای به هم بچسبند؟؟؟اگر اری،چگونه؟؟) و دوستان باید لطف کنند و پاسخ دهند...
try not to become a man of success,but rather try to become a man of value
پریسا پرویزی نوشته شده:خوب مثلا دو جرم یا ماده در کنار یکدیگر قرار گرفته اند ... این دو جرم گرانش دارند درسته؟
پ ن پ.
پریسا پرویزی نوشته شده:و اینکه آیا این دو بهم نیرو وارد میکنن؟
تازه میگی لیلی زن بود یا مرد!
4.JPG
این تعمیم قانون دوم نیوتون در نسبیت عام.در سمت راست هر نیروی میتونی بزاری غیر ازگرانش که نیرو نیست! سمت چپ هم که همون ژیودزیک میشه. قبلا که بحث انحنا نبود ژیودزیک همون مسیر مستقیم میشد.و گرانش به عنوان نیرو سمت راست قرار میگرفت. ولی حالا اثر جرمها در مجموع ضرایب کریستوفل در سمت چپ رو میسازن.
شما دسترسی جهت مشاهده فایل پیوست این پست را ندارید.
پریسا پرویزی نوشته شده:خوب مثلا دو جرم یا ماده در کنار یکدیگر قرار گرفته اند ... این دو جرم گرانش دارند درسته؟
پ ن پ.
پریسا پرویزی نوشته شده:و اینکه آیا این دو بهم نیرو وارد میکنن؟
تازه میگی لیلی زن بود یا مرد!
4.JPG
این تعمیم قانون دوم نیوتون در نسبیت عام.در سمت راست هر نیروی میتونی بزاری غیر ازگرانش که نیرو نیست! سمت چپ هم که همون ژیودزیک میشه. قبلا که بحث انحنا نبود ژیودزیک همون مسیر مستقیم میشد.و گرانش به عنوان نیرو سمت راست قرار میگرفت. ولی حالا اثر جرمها در مجموع ضرایب کریستوفل در سمت چپ رو میسازن.
خواستم مطمئن شم!!! میشه نیرو رو واسم تعریف کنی؟ فک کنم از پایه مشکل دارم....کتابی منبعی به زبان ساده به فارسی میشه پیدا کرد که من بتونم 3 خط بالا رو بفهمم؟ یا کلا کتاب هایی که از فیزیک بیشتر بفهمم؟
پریسا پرویزی نوشته شده: خواستم مطمئن شم!!! میشه نیرو رو واسم تعریف کنی؟ فک کنم از پایه مشکل دارم....کتابی منبعی به زبان ساده به فارسی میشه پیدا کرد که من بتونم 3 خط بالا رو بفهمم؟ یا کلا کتاب هایی که از فیزیک بیشتر بفهمم؟
کتاب نه. ولی جزوه ی خوب که از روی کتابای انگلیسی تدریس شده رو میتونی پیدا کنی .
پریسا پرویزی نوشته شده: خواستم مطمئن شم!!! میشه نیرو رو واسم تعریف کنی؟ فک کنم از پایه مشکل دارم....کتابی منبعی به زبان ساده به فارسی میشه پیدا کرد که من بتونم 3 خط بالا رو بفهمم؟ یا کلا کتاب هایی که از فیزیک بیشتر بفهمم؟
کتاب نه. ولی جزوه ی خوب که از روی کتابای انگلیسی تدریس شده رو میتونی پیدا کنی .
چگونه گرانش باعث شده مثلا اجزای زمین از یکدیگر نپاشند و متلاشی نشوند ؟یعنی بازهم خمیدیگی فضازمان باعث شده اجزای زمین یا ستاره ای به هم بچسبند؟؟؟اگر اری،چگونه؟؟
try not to become a man of success,but rather try to become a man of value
asbe pir نوشته شده:چگونه گرانش باعث شده مثلا اجزای زمین از یکدیگر نپاشند و متلاشی نشوند ؟یعنی بازهم خمیدیگی فضازمان باعث شده اجزای زمین یا ستاره ای به هم بچسبند؟؟؟
هیچ فرقی نداره. ولی راحت تره در این مورد حالت LOCAL رو در نظر بگیریم که میگه متناظر با نیروست. چون قبلا ثابت کردیم در محدوده ی زمانی و فضایی کوچک گرامش معادل با نیروست.
asbe pir نوشته شده:میشه درباره"گرانش به صورت localنیروست"بیشتر توضیح بدید؟
یعنی در یک بازه ی زمانی و مکانی کوچک.
یک رویه 4 بعدی رو در نظر بگیر که در حالت کلی خمیده است.ولی وقتی بهش از نزدیک نگاه کنی تقریبا صافه.
به نظر ادامه این پست دیگر جذابیت خاص خود را ندارد
به عنوان یک نکته مهم این تعریف منیفلد می باشد که به صورت Global هر ظاهری می تواند داشته باشد و به صورت Local تصویر می شود به فضای
به نظر من که جاذبه و گرانش هر 2 یک چیز هستند ولی کاربرد لغتیشون فرق میکنه به این صورت که :
معمولا برای نشان دادن نیرویی که جسم بزرگتر به جسم های کوچکتره دیگر وارد میکنه گرانش میگن
ولی به نیرویی که دو تا جسم به همدیگه وارد میکنن جاذبه میگن
توی ویکی پدیا هم به این صورت نوشته شده :
"گرانش یا جاذبه، پدیدهای است که در آن همهٔ اجسام جرممند یکدیگر را جذب میکنند."
شاید هم حرف من درست نباشه ، لطفا نظر بدین و نقد کنید در مورد اینی که گفتم
با سلام
من نمیدونم این دوستمون edwardfurlong چرا جواب سوالها رو که میدن دنباله اش یه کلمات توهین امیز مینویسن دوست عزیز یکی سوالی پرسیده شما با داشته هات جوابشو مینویسین دیگه کلمات فسقلی و... معنی نداره امیدوارم بهتون بر نخوره همه چیز را همگان دانند وهمگان هنوز از مادر زاده نشده اند واما راجع به گرانش 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
برگرفته از hupaa
گرانش، یا جاذبه، پدیدهای است که در آن همه اجسام یکدیگر را جذب میکنند. در فیزیک معاصر نظریه نسبیت عمومی برای توضیح این پدیده بکار میرود، اما توضیح کمتر دقیق ولی سادهتر آن در قانون جاذبه عمومی نیوتن یافت میشود.
از دیر باز دست کم از زمان یونانیان، همواره دو مسئله مورد توجه بود:
تمایل اجسام به سقوط به طرف زمین هنگام رها شدن.
حرکات سیارات ، از جمله خورشید و ماه که در آن زمان سیاره محسوب میشدند.
در گذشته این دو موضوع را جدا از هم میدانستند. یکی از دستاوردهای بزگ جناب آقای اسحاق نیوتن این بود که نتیجه گرفت: این دو موضوع در واقع امر واحدی هستند و از قوانین یکسانی پیروی میکنند.
1. جاذبه بین دو جسم مانند دو سنگ و یا هر دو شیئ دیگر. اگر جه نیروی بین اجسام به روشهای دقیق قابل اندازه گیری است، ولی بسیار ضعیفتر از آن است که ما با حواس معمولی خود آنرا درک کنیم.
2. جاذبه زمین بر ما و اجسام اطراف ما که 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.
3. در مقیاس کیهانی یعنی در قلمرو منظومه شمسی و برهمکنش سیارهها و ستارهها ، گرانش نیروی غالب است.
اسحاق نیوتن توانست حرکت سیارات در منظومه شمسی و حرکت در حال سقوط در نزدیکی سطح زمین را با یک مفهوم بیان کند. به این ترتیب مکانیک زمینی و مکانیک سماوی را که قبلا از هم جدا بودند در یک نظریه واحد باهم بیان کند.
پدیده جاذبه
کره زمین و دیگر کرات و سیارات تشکیل دهنده جهان ما همگی دارای نیرویی هستند که اشیاء را به سوی خود جذب میکنند این نیرو را «گرانِش» یا «جاذبه» مینامیم، که نیوتن آن را کشف کرد.
از دیر باز همواره دو مسئله مورد توجه بود:
تمایل اجسام به سقوط به طرف زمین هنگام رها شدن.
حرکات سیارات،از جمله خورشید و ماه که در آن زمان سیاره بشمار میآمدند.
در گذشته این دو موضوع را جدا از هم میدانستند. یکی از دستاوردهای بزرگ آیزاک نیوتن این بود که نتیجه گرفت: این دو موضوع در واقع امر واحدی هستند و از قوانین یکسانی پیروی میکنند.
در سال ۱۶۶۵، پس از تعطیلی مدرسه به خاطر شیوع طاعون، نیوتن، که در آن زمان ۲۳ سال داشت، از کمبریج به لینکلن شایر رفت.او در حدود پنجاه سال بعد نوشت:...در همان سال (۱۶۶۵) این فکر به نظرم آمد که نیروی لازم برای نگه داشتن ماه در مدارش و نیروی گرانش در سطح زمین با تقریب خوبی با هم مشابهند.
ویلیام استوکلی، یکی از دوستان جوان ایزاک نیوتن مینویسد، وقتی با آیزاک نیوتن زیر درختان سیب یک باغ مشغول صرف چای بوده است نیوتن به او گفته که ایده گرانش در یک چنین حایی به ذهنش خطور کرده است.
استوکس مینویسد: «او در حالی که نشسته و در فکر فرو رفته بود سقوط یک سیب توجهش را جلب میکند و به مفهوم گرانش پی میبرد. پس از آن به تدریج خاصیت گرانش را در مورد حرکت زمین و اجسام سماوی به کار میبرد...» اینکه سیب مذکور به سر آیزاک نیوتن خورده است یا خیرمعلوم نیست!
آیزاک نیوتن تا سال ۱۶۷۸ ،یعنی تقریباً تا ۲۲ سال پس از درک مفهوم اساسی گرانش نتایج محاسبات خود را به طور کامل منتشر نکرد. در این سال دستاوردهایش را در کتاب مشهور اصول که از آثار بزرگ اوست منتشر کرد. از دلایلی که باعث میشد او نتایج خود را انتشار ندهد، میتوان به دو دلیل اشاره: یکی شعاع زمین، که برای انجام محاسبات لازم بود و آیزاک نیوتن آن را نمیدانست و دیگری، آیزاک نیوتن به طور کلی از انتشار نتایج کار خود ابا داشت زیرا مردی کمرو و درونگرا بود واز بحث و جدل نفرت داشت.
راسل در مورد او میگوید: «اگر او با مخالفتهایی که گالیله با آنها مواجه بود ،روبرو میشد، شاید هرگز حتی یک سطر هم منتشر نمیکرد. در واقع، ادموند هالی (که ستاره دنباله دار هالی به نام اوست) باعث شد آیزاک نیوتن کتاب اصول را منتشر کند.
آیزاک نیوتن در کتاب اصول از حد مسائل سیب-زمین فراتر میرود و قانون گرانش خود را به تمام اجسام تعمیم میدهد.
گرانش را میتوان در سه قلمرو مطالعه کرد:
جاذبه بین دو جسم مانند دو سنگ و یا هر دو شیئ دیگر. اگر جه نیروی بین اجسام به روشهای دقیق قابل اندازه گیری است ولی بسیار ضعیف تر از آن است که ما با حواس معمولی خود آن را درک کنیم. جاذبه زمین بر ما و اجسام اطراف ما که یک عامل تعیین کننده در زندگی ماست و فقط با اقدامات فوق العاده میتوانیم از آن رهایی پیدا کنیم. مانند پرتاب فضاپیماهایی که باید از قید جاذبه زمین رها شوند.
در مقیاس کیهانی یعنی در قلمرو منظومه خورشیدی و بر هم کنش سیارهها و ستارهها، گرانش نیروی غالب است.
آیزاک نیوتن توانست حرکت سیارات در منظومه خورشیدی و حرکت در حال سقوط در نزدیکی سطح زمین را با یک مفهوم بیان کند. به این ترتیب مکانیک زمینی و مکانیک سماوی را که قبلا از هم جدا بودند در یک نظریه واحد با هم بیان کند.
قانون گرانش جهانی
نیرویی که دو ذره به جرمهای m۱ و m۲ و به فاصله r ازهم به یکدیگر وارد میکنند،نیروی جاذبهای است که در امتداد خط واصل دو ذره اثر میکند و بزرگی آن برابر است با:
F=Gm۱m۲/r^۲
G یک ثابت جهانی است و مقدار آن برای تمام زوج ذرات یکسان است. این،قانون گرانش جهانی آیزاک نیوتن است.برای اینکه این قانون را خوب درک کنیم بعضی خصوصیات آن را یادآور میشویم:
اولا:نیروهای گرانش میان دو ذره، زوج نیروهای کنش-واکنش هستند.ذره اول نیرویی به ذره دوم وارد میکند که جهت آن به طرف ذره اول «جاذبه)و در امتداد خطی است که دو ذره را به هم وصل میکند.به همین ترتیب ذره دوم نیز نیرویی به ذره اول وارد میکند که جهت آن به طرف ذره دوم(جاذبه) و در متداد خط واصل دو ذره است.بزرگی این نیروها مساوی ولی جهت آنها خلاف یکدیگر است.
ثانیا:ثابت جهانی G را نباید با g ،که شتاب ناشی از جاذبه گرانشی زمین روی یک جسم است اشتباه کرد.ثابت G دارای بعد L۳/MT۲ و یک کمیت نرده ایست(عددثابتی است)،در حالی کهg با بعد LT-۲ یک کمیت برداری است، که نه جهانی است و نه ثابت(در نقاط مختلف زمین بسته به فاصله تا مرکز زمین تغییر میکند).
با انجام آزمایشات دقیق میتوان مقدار G را بدست آورد.این کار را برای اولین بار لردکاوندیش در سال ۱۷۹۸ انجام داد .در حال حاضر مقدار پذیرفته شده برای G برابر است با :
G =۶.۶۷۲۶×۱۰-۱۱
نیروی گرانش بزرگی که زمین به تمام اجسام نزدیک به سطحش وارد میکند،ناشی از جرم فوق العاده زیاد آن است.در واقع ،جرم زمین را میتوان با استفاده از قانون گرانش جهانی آیزاک نیوتن و مقدار محاسبه شده G در آزمایش کاوندیش تعیین کرد.به همین دلیل کاوندیش را نخستین کسی میدانند که زمین را وزن کرده است!.جرم زمین راMe و جرم جسمی واقع بر سطح آن را m میکیریم.داریم:
F =GmMe/Re^۲ & F =mg
بنابراین :
mg =GmMe / Re^۲ →Me =g Re^۲/G
که Re شعاع زمین یا همان فاصله دو جسم از یکدیگر است.زیرا جرم زمین را در مرکز آن فرض میکنیم.بنا بر این: M=۹.۸*(۶.۳۷*۱۰۶)۲/۶.۶۷*۱۰-
۱۱=۵.۹۷*۱۰۲۴kg
تن ۲۱ ۱۰ * ۶.۶: یا
گرانش و لَختی
نیروی گرانش وارد بر هر جسم،همانطورکه در معادلهF=Gm۱m۲/r۲مشخص است با جرم متناسب است.به دلیل وجود این تناسب میان نیروی گرانش وجرم است که ما معمولاً نظریه گرانش را شاخهای از مکانیک میدانیم،در حالی که نظریه مربوط به دیگر نیروها«الکترومغناطیسی،هستهای و..)را جداگانه بررسی میکنیم. یک نتیجه مهم این تناسب آن است که ما میتوانیم جرم را با اندازه گیری نیروی گرانشی وارد بر آن (وزن آن) تعیین کنیم.برای این کار از یک نیرو سنج استفاده میکنیم،یا نیروی گرانشی وارد بر یک جرم را با نیروی گرانشی وارد بر جرم استاندارد (مثلاً وزنه یک کیلو گرمی)،به کمک ترازو مقایسه میکنیم.به عبارت دیکر برای تعیین جرم جسمی،آن را وزن میکنیم.
اگر بخواهیم جسم ساکنی را روی یک سطح افقی بدون اصطکاک به جلو برانیم ،متوجه میشویم که برای حرکت دادن آن نیرو لازم است زیرا جسم لخت است و میخواهد در حال سکون باقی بماند،یا اگر در حال حرکت است،می کوشد این حالت را حفظ کند.در این حالت گرانش وجود ندارد. در فضا(دور از زمین) نیز همین نیرو برای شتاب دادن به یک جسم لازم است. این جرم است که ایجاب میکند که برای تغییر دادن حرکت جسم،نیرو بکار رود.همین جرم است که در دینامیک در رابطهF=ma ظاهر میشود. اما وضع دیگری نیز وجود دارد که در آن هم جرم جسم ظاهر میشود.به عنوان مثال،برای نگه داشتن جسمی در ارتفاعی بالا تر از سطح زمین،نیرو لازم است.اگر ما جسم را نگه نداریم با حرکت شتابدار به زمین سقوط میکند.نیروی لازم برای نگه داشتن جسم در هوا از نظر بزرگی با نیروی جاذبه گرانشی میان جسم و زمین برابر است.در اینجا لختی هیچ نقشی ندارد،بلکه خاصیت جذب شدن اجسام توسط اجسام دیگری چون زمین مهم است.
تغییرات شتاب گرانشی(g)همانطورکه گفتیم g ثابت نیست و از نقطهای به نقطه دیگر زمین ،بسته به فاصله آن نقطه از مرکز زمین تغییر میکند(در نقاط نزدیک سطح زمین میتوان آن را ثابت فرض کرد که شما هم در حل مسائل همین کار را انجام میدهید و آن را ۹.۸ یا ۱۰ متر بر مجذور ثانیه فرض میکنید).
اما موضوع دیگری بجز فاصله تا مرکز زمین ،نیز وجود داردکه بر g تأثیر میگذارد،وآن دوران زمین است. اگر جسمی در استوا به یک نیرو سنج آویخته شده باشد،نیروهای وارد بر جسم عبارتانداز:کشش رو به بالای نیروسنج،w ،که همان وزن ظاهری جسم است و کشش رو به پایین جاذبه گرانشی زمین که با رابطه :
F=GmMe/Re۲
بیان میشود.این جسم در حال تعادل نیست زیرا ضمن دوران با زمین تحت تأثیر شتاب جانب مرکز aR قرار دارد. بنا براین باید نیروی جانب مرکز برایندی به طرف مرکز زمین به جسم وارد شود.در نتیجه F ،نیروی جاذبه گرانشی (وزن واقعی جسم) باید از w،نیروی کشش رو به بالای نیرو سنج (وزن ظاهری جسم)بیشتر باشد.بنابر این: (در استوا)
نیروی برآیند :
F=ma
بنابراین :
F-w=maR
آنکاه :
G.Me.m/Re۲-mg=maR
g=GMe/Re۲-aR
پس :
از آنجایی که:
aR =Reω^۲ =Re(۲π/T)^۲ =۴π^۲Re/T^۲
که در آن ω سرعت زاویهای دوران زمین ،T دوره تناوب وRe شعاع زمین است. در قطبها از آنجایی که شعاع دوران صفر است بنابراین:۰ = aR است پس داریم:
g=GMe/Re^۲
که همان نتیجه قبلی است.
میدان گرانش
یک حقیقت اساسی درباره گرانش این است که دو جرم بر یکدیگر نیرو وارد میکنند.اگر بخواهیم میتوانیم این موضوع را به صورت تأثیر«کنش) مستقیم میان دو ذره در نظر بگیریم.این دیدگاه را کنش از راه دور مینامند.یعنی ذرات از راه دور و بدون اینکه با هم تماس داشته باشند روی هم اثر میگذارند.دیدگاه دیگر استفاده از مفهوم میدان است،که بنا به آن یک ذره جرم دار فضای اطرافش را طوری تغییر میدهد که در آن میدان گرانشی ایجاد میکند.این میدان بر هر ذره جرم داری که در آن قرار گیرد یک نیروی جاذبه گرانشی وارد میکند. بنابراین در تصور ما از نیروهای میان ذرات جرم دار،میدان نقش واسطه ایفا میکند.
در مثال جرم - زمین ،اگر جسمی را در مجاورت زمین قرار دهیم ،نیرویی بر آن وارد میشود،این نیرو در هر نقطه از فضای اطراف زمین دارای جهت و بزرگی مشخصی است. جهت این نیرو که در راستای شعاع زمین است، به طرف مرکز زمین و بزرگی آن برابر mg .بنابراین در هر نقطه در نزدیکی زمین میتوان یک بردار g وابسته کرد. بردار g شتابی است که جسم رها شده در هر نقطه بدست میآورد و آن را شدت میدان گرانش در آن نقطه مینامند. چون g =F/mشدت میدان گرانش در هر نقطه را میتوان به صورت نیروی گرانشی وارد بر یکای جرم در آن نقطه تعریف کنیم و!زن وجرم وزن جسمی روی زمین ۱۰ آیزاک نیوتن است. اگر این جسم را به فضا برده و بخواهیم به آن شتاب یک متر بر مجذور ثانیه بدهیم،چند آیزاک نیوتن نیرو باید وارد کنیم؟
یک؟ ده؟ صفر؟ در فضا نمیتوان به جسمی شتاب داد!
وزن هر جسم عبارت است از نیروی جاذبهای که زمین به آن وارد میکند. وزن چون از نوع نیروست،کمیتی است برداری. جهت این بردار همان جهت نیروی گرانشی، یعنی به طرف مرکز زمین است. بزرگی وزن بر حسب یکای نیرو یعنی آیزاک نیوتن بیان میشود. وقتی جسمی به جرم m آزادانه «در خلا» سقوط میکند،شتاب آن برابر شتاب گرانش «g» ونیروی وارد بر آن «w» برابر وزن خودش است. اگر از ««قانون دوم نیوتن)) (F=ma)، برای جسمی که آزادانه سقوط میکند استفاده کنیم خواهیم داشت :w=mg. کهw و g بردارهایی هستند که جهتشان متوجه مرکز زمین است.
برای اینکه از سقوط جسمی جلوگیری کنیم باید نیرویی که بزرگی آن برابر بزرگی w و جهت آن به طرف بالاست به آن وارد کنیم، به گونهای که برایند نیروهای وارد بر جسم صفر شود. وقتی جسمی از فنری آویزان است و به حال تعادل قرار دارد، کشش فنر این نیرو را تأمین میکند.
گفتیم وزن هر جسم، یعنی نیرویی که زمین به طرف پایین بر جسم وارد میکند، یک کمیت برداری است. جرم جسم یک کمیت نردهای است. رابطه میان وزن و جرم به صورت w=mg است. چون g از یک نقطه زمین به نقطه دیگر آن تغییر میکند، w یعنی وزن جسمی به جرم m در مکانهای مختلف متفاوت است.بنابر این یک کیلو گرم جرم در محلی که g برابر ۸/۹ متر بر مجذور ثانیه است،۸/۹ آیزاک نیوتن (۸/۹= ۸/۹*۱= w)و درمحلی که g برابر ۷۸/۹ متر بر مجذور ثانیه است،۷۸/۹ آیزاک نیوتن وزن دارد. در نتیجه بر خلاف جرم که خاصیت ذاتی جسم است (و همیشه ثابت)،وزن یک جسم به محل آن نسبت به مرکز زمین بستگی دارد.در نقاط مختلف روی زمین ترازوهای فنری (نیروسنجها)،مقادیر متفاوت و ترازوهای شاهین دار، مقادیر یکسانی را نشان میدهند.(زیرا نیروسنج وزن را نشان میدهد ولی ترازوی شاهین دار جرم را) در نواحیی از فضا که نیروی گرانش (نیرویی که از طرف زمین بر اجسام وارد میشود(همان وزن)) وجود ندارد،وزن یک جسم صفر است،در حالی که اثرهای لختی و در نتیجه جرم جسم نسبت به مقدار آن در روی زمین بدون تغییر میماند.در یک سفینه فضایی بلند کردن یک قطعه سربی بزرگ کار سادهای است(w=۰) ولی اگر فضانورد به این قطعه لگد بزند همچنان به پایش ضربه وارد میشود (زیرا m مخالف صفر است).
برای شتاب دادن به یک جسم در فضا ،همان اندازه نیرو لازم است که برای شتاب دادن آن در امتداد یک سطح افقی بدون اصطکاک در روی زمین.زیرا جرم جسم همه جا یکسان است. اما برای نگه داشتن یک جسم در سطح زمین، نیروی بسیار بیشتری از نیروی لازم برای نگه داشتن آن در فضا مورد نیاز است. زیرا در فضا وزن صفر است ولی در روی زمین چنین نیست.
گرانش علیه گرانش
نگاه اجمالی
یکی از مطالب جالب توجه نویسندگان علمی _ تخیلی حفاظهای ضد جاذبه میباشد. افسوس که چنین حفاظهای اختراع نشدهاند و برای غلبه بر نیروی گرانش زمین ، وسیله نقلیه فضایی به یک موتور کمکی نیاز دارد.
آیا برای این منظور میتوان به جای موتور از نیروی گرانشی استفاده کرد؟
در واقع ، مسئله بسیار عجیب این است که آیا نیروی گرانش زمین مانع از بین رفتن وسیله نقلیه در فضا میگردد؟
بر خلاف انتظار ، حداقل در یک مورد چنین مسالهای ممکن است. این مورد به وسیله پژوهشگران شوروی وی بلستکی و ام.گیورتز پیشنهادشده است.
ماهیت گرانش علیه گرانش
در تمام محاسبات مربوط به فضانوردی ، وسیله نقلیه به صورت یک نقطه مادی در نظر گرفته میشود. چنین چیزی کاملا منطقی است. زیرا اندازه وسیله در قیاس با اجرام آسمانی بیاندازه کوچک است. ولی اگر بخواهیم دقیق باشیم، باید بگوئیم که وسیله نقلیه یک ذره نیست بلکه جسم بزرگی با ابعاد شکل شخص است. در واقع نیروی گرانش اعمال شده بر فضاپیما به وسیله زمین در مقایسه با نیرویی که در صورت متمرکز بودن جرم در یک نقطه بر آن وارد میشود، اندکی تفاوت دارد.
در فضاپیماهای معمولی و ماهوارهها این تناوب به قدری کوچک است که با اطمینان میتوان از آن چشم پوشید. چنین اختلافی فقط در یک مورد ممکن است اهمیت پیدا کند و آن در هنگامی است طول فضاپیما قابل توجه باشد.
اثر گرانش بر دو جسم متصل
در اینجا حالتی را براسی میکنیم که فضاپیما از دو کره تشکیل یافته و آنها به وسیله میله یا کابلی که بر امتداد شعاع زمین عمودی باشد. به یکدیگر متصل شده شدهاند. در این صورت هر یک از کرات تحت تاثیر نیروی گرانشی قرار میگیرند که در امتداد زاویهای نسبت به میله اتصال دهنده میباشد. برآیند این دو نیرو به آسانی بر مبنای قانون متوازی الاضلاع نعیین میگردد.
برآیندی که به وسیله محاسبات اولیه حاصل میگردد از نیروی گرانشی که از متمرکز بودن تمام جرم این فضاپیما بر مرکز میله وارد میآید کوچکتر است. به بیان دیگر به نظر میآید طول فضاپیما موجب ایجاد نوعی نیروی دامنه شعاعی میگردد. این فضاپیما در مداری به دور زمین میچرخد که به کلی با مدارهای عادی کپلری تفاوت دارد. از این واقییت میتوان استفاده مبتکرانه نمود.
اثر گرانش در نزدیک کردن کرهها و جدا ساختن آنها
ما با نزدیک کردن کرهها به یکدیگر در هنگامی که فضاپیما در اوج قرار دارد. آن را به یک ذره مادی تبدیل مینمائیم که حرکت آن در مدار کپلر انجام خواهد گرفت. اکنون عمل عکس را انجام میدهیم و هنگامی که فضاپیما در حضیض قرار دارد کرهها را از یکدیگر جدا میکنیم که به فاصله قبلی خود برسند. در آن صورت نیروی دامنهای که در بالا توضیح داده شد ایجاد می گردد.
مدار چنین حرکتی طولانی تر از مدار کپلر مشابه آن میگردد.نتیجه آن است که فاصله اوج هنگامی که فضاپیما در چرخه دوم قرار میگیرد. از حالتی که آن در چرخه اول قرار داشت کمی بزرگتر میشود. اگر این تجزیه را تکرار کنیم. فاصله اوج باز هم کمی بیشتر میشود. و اگر ادامه دهیم، متوجه میشویم که فضاپیمای ما به طور مارپیچی به طرف خارج حرکت میکند، تا وقتی که از محدود گرانش زمین دور شود.
مثالهایی واقعی از گرانش علیه گرانش
بر اساس محاسبات وی. بلتسکی اگر یک فضاپیمای 140 کیلومتری در فاصله 2000 کیلومتری از مرکز زمین به حرکت در آید. شتاب حدود دو سال دوام پیدا میکند. برای فضاپیمای مشابهای که فاصله اولیه آن از خورشید 700.000 کیلومتر است. رها شدن از نیروی گرانشی 80 سال به طول می انجامد. پس به تناقض دیگری بر میخوریم هرچه جرم جسم آسمانی بیشتر و هر چه فضاپیما به آن نزدیکتر باشد، برای فضاپیما رها شدن از قید نیروی گرانشی به وسیله روش تپش آسانتر است.
کاربردهای گرانش علیه گرانش
ما اغلب در داستان علمی _ تخیلی هنگامی که فضاپیما به دام نیروی گرانشی ستاره بزرگی میافتد با وضعیت مصیبت باری روبرو میشویم. محاسبات نظری نشان میدهد حتی در صورتی که فضاپیما به دور چنین ستارهای حرکت کند، با استفاده از روش تپش سرعت فرار میتواند، افزایش یابد. به عنوان مثال اگر فضاپیما در 20.000 کیلومتری مرکز شعرای سیمانی کوتوله سفید فوق العاده چگال قرار گیرد، میتواند فقط در خلال یک ساعت و نیم با حرکت در مسیر مارپیچی روانه فضای دور دست شود. تمام این مطالب بر روی کاغذ صحت دارد، ولی آیا واقعا میتوان یک وسیله نقلیه فضایی پیچیده را طرح ریزی نمود؟ این مسئله مربوط به تکنولوژی آینده میباشد. در هر حال امکانات نظری این مسئله از نظر اصول تایید شدهاند
در اخر
نیرویی که کائنات را شکل داد و اعمال روزمره ی ما را کنترل میکند.
از آن نخستین لحظات آتشین خلقت که به نام big bang میشناسیم,گرانش نیروی خالق همه ساختارها بوده است.از مجموعه های کهکشانها تا شکل بدن ما,و حتی کارهای روزمره ی ما را بدون آگاهی خودمان کنترل می کند.اما در میان چهار نیرویی که کلیه ی کائنات را کنترل می کنند,ضعیف ترین است(در اینجا لازم به ذکر است که انرژی تاریک نیروی پنجم است که به دلیل مبهم بودن ماهیت آن در فصل انبساط کائنات به آن خواهیم پرداخت).این چهار نیرو عبارتند از:
1-نیروی هسته ای قوی که در قلمرو جهان زیر اتمی عمل می کند.این نیرو کوارک ها را برای ساختن پروتون ها و نوترون ها در کنار هم نگه می دارد.
2-نیروی هسته ای ضعیف که حاکم بر واپاشی هسته ای است و از طریق ذراتی به نام بوزون های ضعیف عمل می کند.این نیرو,عامل محرک خورشید و ستاره هاست و انرژی وابسته به هسته اتم ها را حمل می کند.
3-نیروی الکترومغناطیس,که اتم ها را کنار هم نگه می دارد.گستره این نیرو بی نهایت است و از طریق فوتون های حامل نور عمل می کند.
4-گرانش که جاذبه ی جهانی همه اجرام است.این نیرو, فقط جذب می کند.
در سطح هسته ای,هر کدام از این نیروها را ذره ای حمل می کند که می توان آن را کوچکترین بسته ی حامل آن را به حساب آورد.این ذرات عبارتند از:
1-گلوان ها که حامل نیروی قوی هسته ای هستند.نام آن ها را از کلمه ی glue گرفته اند.چون آن ها مانند قوی ترین و کامل ترین چسب دنیا عمل می کنند.جرم آن ها حدود 86.97 برابر جرم پروتون است.
3-ذرات حامل نیروی الکترومغناطیس,فوتون نام دارند.
به نظر می رسد که نیروی گرانش را ذراتی به نام گراویتون حمل می کنند.این تنها ذره ای از نوع خود است که هنوز آشکار نشده است.اما شاید کشف نشدن آن به این دلیل باشد که اصلا وجود ندارد!چرا که بر اساس نظریه ی نسبیت عام انیشتین,گرانش,نیرو نیست.بلکه تظاهری از انحنای فضا-زمان در حضور جرم است.
بلافاصله پس از انفجار بزرگ فقط یک نیرو به نام نیروی متحد بزرگ وجود داشت.وقتی ساعت خلقت به -4310 ثانیه رسید و دمای کائنات 1023 کلوین بود,این نیرو به نیروی گرانش و نیروی الکترو-هسته ای تقسیم شد.وقتی در لحظه ی 10-35 ثانیه دمای کائنات به 1027 کلوین رسید,نیروی الکترو-هسته ای به نیروی هسته ای قوی و نیروی الکترو-ضعیف تقسیم شد و دوران تورم آغاز شد.با سرد شدن بیشتر کائنات تا 1015 درجه کلوین در زمان 10-12 ثانیه,نیروی الکترو-ضعیف به دو نیروی الکترومغناطیس و هسته ای ضعیف تقسیم شد و به این ترتیب چهار نیروی موثر امروز شکل گرفتند.در این زمان همه ذرات بنیادی که کل جرم کائنات,در زمان حاضر را تشکیل می دهند,به وجود آمدند.
نظریه ای که به بحث در مورد اتحاد نیروهای خلقت می پردازد,نظریه ی "وحدت نیروها" یا نظریه ی "همه چیز" نام دارد.
وجود نیروی الکترو-ضعیف با کشف ذره ی (z) که حامل آن است,اثبات شده است.این موفقیت در آزمایش ها یی که در شتاب دهنده های بزرگ ذرات انجام شده اند حاصل شد.
در این شتاب دهنده ها فقط در مدت زمان کوتاهی می توان به دمایی رسید که این ذرات ظهور می کنند.تعداد زیادی از دانشمندان در پی جست و جوی ذره ی (x) هستند که ظهورش حکایت از پیوستن نیروهای الکترو-ضعیف و هسته ای به یکدیگر و تشکیل نیروی الکترو-هسته ای دارد.
پیوستن نیروی گرانش و نیروی الکترو-هسته ای در دمای آتش خلقت رخ می دهد.این کار احتیاج به یک دستگاه شتاب دهنده به قطر 1000 سال نوری دارد.هنوز حتی بررسی های نظری این مسئله هم تکمیل نشده است.این نظریه ای است که انیشتین پس از درآوردن نسبیت,باقی عمرش را صرف آن کرد.اما نتوانست تکمیلش کند.
در حال حاضر بسیاری ازفیزیکدانان نظری در حال تکمیل 1/3 باقی مانده ی نظریه اند و مطمئن اند که زمانی در همین قرن جدید قادر خواهند بود که تعیین کنند چگونه "در خیلی ابتدای کائنات" نیرو های گرانش و الکترو-هسته ای با هم متحدا یک نیرو را تشکیل می دهند.
nobari نوشته شده:با سلام
من نمیدونم این دوستمون edwardfurlong چرا جواب سوالها رو که میدن دنباله اش یه کلمات توهین امیز مینویسن دوست عزیز یکی سوالی پرسیده شما با داشته هات جوابشو مینویسین دیگه کلمات فسقلی و... معنی نداره امیدوارم بهتون بر نخوره همه چیز را همگان دانند وهمگان هنوز از مادر زاده نشده اند واما راجع به گرانش 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
برگرفته از hupaa
گرانش، یا جاذبه، پدیدهای است که در آن همه اجسام یکدیگر را جذب میکنند. در فیزیک معاصر نظریه نسبیت عمومی برای توضیح این پدیده بکار میرود، اما توضیح کمتر دقیق ولی سادهتر آن در قانون جاذبه عمومی نیوتن یافت میشود.
از دیر باز دست کم از زمان یونانیان، همواره دو مسئله مورد توجه بود:
تمایل اجسام به سقوط به طرف زمین هنگام رها شدن.
حرکات سیارات ، از جمله خورشید و ماه که در آن زمان سیاره محسوب میشدند.
در گذشته این دو موضوع را جدا از هم میدانستند. یکی از دستاوردهای بزگ جناب آقای اسحاق نیوتن این بود که نتیجه گرفت: این دو موضوع در واقع امر واحدی هستند و از قوانین یکسانی پیروی میکنند.
1. جاذبه بین دو جسم مانند دو سنگ و یا هر دو شیئ دیگر. اگر جه نیروی بین اجسام به روشهای دقیق قابل اندازه گیری است، ولی بسیار ضعیفتر از آن است که ما با حواس معمولی خود آنرا درک کنیم.
2. جاذبه زمین بر ما و اجسام اطراف ما که 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.
3. در مقیاس کیهانی یعنی در قلمرو منظومه شمسی و برهمکنش سیارهها و ستارهها ، گرانش نیروی غالب است.
اسحاق نیوتن توانست حرکت سیارات در منظومه شمسی و حرکت در حال سقوط در نزدیکی سطح زمین را با یک مفهوم بیان کند. به این ترتیب مکانیک زمینی و مکانیک سماوی را که قبلا از هم جدا بودند در یک نظریه واحد باهم بیان کند.
پدیده جاذبه
کره زمین و دیگر کرات و سیارات تشکیل دهنده جهان ما همگی دارای نیرویی هستند که اشیاء را به سوی خود جذب میکنند این نیرو را «گرانِش» یا «جاذبه» مینامیم، که نیوتن آن را کشف کرد.
از دیر باز همواره دو مسئله مورد توجه بود:
تمایل اجسام به سقوط به طرف زمین هنگام رها شدن.
حرکات سیارات،از جمله خورشید و ماه که در آن زمان سیاره بشمار میآمدند.
در گذشته این دو موضوع را جدا از هم میدانستند. یکی از دستاوردهای بزرگ آیزاک نیوتن این بود که نتیجه گرفت: این دو موضوع در واقع امر واحدی هستند و از قوانین یکسانی پیروی میکنند.
در سال ۱۶۶۵، پس از تعطیلی مدرسه به خاطر شیوع طاعون، نیوتن، که در آن زمان ۲۳ سال داشت، از کمبریج به لینکلن شایر رفت.او در حدود پنجاه سال بعد نوشت:...در همان سال (۱۶۶۵) این فکر به نظرم آمد که نیروی لازم برای نگه داشتن ماه در مدارش و نیروی گرانش در سطح زمین با تقریب خوبی با هم مشابهند.
ویلیام استوکلی، یکی از دوستان جوان ایزاک نیوتن مینویسد، وقتی با آیزاک نیوتن زیر درختان سیب یک باغ مشغول صرف چای بوده است نیوتن به او گفته که ایده گرانش در یک چنین حایی به ذهنش خطور کرده است.
استوکس مینویسد: «او در حالی که نشسته و در فکر فرو رفته بود سقوط یک سیب توجهش را جلب میکند و به مفهوم گرانش پی میبرد. پس از آن به تدریج خاصیت گرانش را در مورد حرکت زمین و اجسام سماوی به کار میبرد...» اینکه سیب مذکور به سر آیزاک نیوتن خورده است یا خیرمعلوم نیست!
آیزاک نیوتن تا سال ۱۶۷۸ ،یعنی تقریباً تا ۲۲ سال پس از درک مفهوم اساسی گرانش نتایج محاسبات خود را به طور کامل منتشر نکرد. در این سال دستاوردهایش را در کتاب مشهور اصول که از آثار بزرگ اوست منتشر کرد. از دلایلی که باعث میشد او نتایج خود را انتشار ندهد، میتوان به دو دلیل اشاره: یکی شعاع زمین، که برای انجام محاسبات لازم بود و آیزاک نیوتن آن را نمیدانست و دیگری، آیزاک نیوتن به طور کلی از انتشار نتایج کار خود ابا داشت زیرا مردی کمرو و درونگرا بود واز بحث و جدل نفرت داشت.
راسل در مورد او میگوید: «اگر او با مخالفتهایی که گالیله با آنها مواجه بود ،روبرو میشد، شاید هرگز حتی یک سطر هم منتشر نمیکرد. در واقع، ادموند هالی (که ستاره دنباله دار هالی به نام اوست) باعث شد آیزاک نیوتن کتاب اصول را منتشر کند.
آیزاک نیوتن در کتاب اصول از حد مسائل سیب-زمین فراتر میرود و قانون گرانش خود را به تمام اجسام تعمیم میدهد.
گرانش را میتوان در سه قلمرو مطالعه کرد:
جاذبه بین دو جسم مانند دو سنگ و یا هر دو شیئ دیگر. اگر جه نیروی بین اجسام به روشهای دقیق قابل اندازه گیری است ولی بسیار ضعیف تر از آن است که ما با حواس معمولی خود آن را درک کنیم. جاذبه زمین بر ما و اجسام اطراف ما که یک عامل تعیین کننده در زندگی ماست و فقط با اقدامات فوق العاده میتوانیم از آن رهایی پیدا کنیم. مانند پرتاب فضاپیماهایی که باید از قید جاذبه زمین رها شوند.
در مقیاس کیهانی یعنی در قلمرو منظومه خورشیدی و بر هم کنش سیارهها و ستارهها، گرانش نیروی غالب است.
آیزاک نیوتن توانست حرکت سیارات در منظومه خورشیدی و حرکت در حال سقوط در نزدیکی سطح زمین را با یک مفهوم بیان کند. به این ترتیب مکانیک زمینی و مکانیک سماوی را که قبلا از هم جدا بودند در یک نظریه واحد با هم بیان کند.
قانون گرانش جهانی
نیرویی که دو ذره به جرمهای m۱ و m۲ و به فاصله r ازهم به یکدیگر وارد میکنند،نیروی جاذبهای است که در امتداد خط واصل دو ذره اثر میکند و بزرگی آن برابر است با:
F=Gm۱m۲/r^۲
G یک ثابت جهانی است و مقدار آن برای تمام زوج ذرات یکسان است. این،قانون گرانش جهانی آیزاک نیوتن است.برای اینکه این قانون را خوب درک کنیم بعضی خصوصیات آن را یادآور میشویم:
اولا:نیروهای گرانش میان دو ذره، زوج نیروهای کنش-واکنش هستند.ذره اول نیرویی به ذره دوم وارد میکند که جهت آن به طرف ذره اول «جاذبه)و در امتداد خطی است که دو ذره را به هم وصل میکند.به همین ترتیب ذره دوم نیز نیرویی به ذره اول وارد میکند که جهت آن به طرف ذره دوم(جاذبه) و در متداد خط واصل دو ذره است.بزرگی این نیروها مساوی ولی جهت آنها خلاف یکدیگر است.
ثانیا:ثابت جهانی G را نباید با g ،که شتاب ناشی از جاذبه گرانشی زمین روی یک جسم است اشتباه کرد.ثابت G دارای بعد L۳/MT۲ و یک کمیت نرده ایست(عددثابتی است)،در حالی کهg با بعد LT-۲ یک کمیت برداری است، که نه جهانی است و نه ثابت(در نقاط مختلف زمین بسته به فاصله تا مرکز زمین تغییر میکند).
با انجام آزمایشات دقیق میتوان مقدار G را بدست آورد.این کار را برای اولین بار لردکاوندیش در سال ۱۷۹۸ انجام داد .در حال حاضر مقدار پذیرفته شده برای G برابر است با :
G =۶.۶۷۲۶×۱۰-۱۱
نیروی گرانش بزرگی که زمین به تمام اجسام نزدیک به سطحش وارد میکند،ناشی از جرم فوق العاده زیاد آن است.در واقع ،جرم زمین را میتوان با استفاده از قانون گرانش جهانی آیزاک نیوتن و مقدار محاسبه شده G در آزمایش کاوندیش تعیین کرد.به همین دلیل کاوندیش را نخستین کسی میدانند که زمین را وزن کرده است!.جرم زمین راMe و جرم جسمی واقع بر سطح آن را m میکیریم.داریم:
F =GmMe/Re^۲ & F =mg
بنابراین :
mg =GmMe / Re^۲ →Me =g Re^۲/G
که Re شعاع زمین یا همان فاصله دو جسم از یکدیگر است.زیرا جرم زمین را در مرکز آن فرض میکنیم.بنا بر این: M=۹.۸*(۶.۳۷*۱۰۶)۲/۶.۶۷*۱۰-
۱۱=۵.۹۷*۱۰۲۴kg
تن ۲۱ ۱۰ * ۶.۶: یا
گرانش و لَختی
نیروی گرانش وارد بر هر جسم،همانطورکه در معادلهF=Gm۱m۲/r۲مشخص است با جرم متناسب است.به دلیل وجود این تناسب میان نیروی گرانش وجرم است که ما معمولاً نظریه گرانش را شاخهای از مکانیک میدانیم،در حالی که نظریه مربوط به دیگر نیروها«الکترومغناطیسی،هستهای و..)را جداگانه بررسی میکنیم. یک نتیجه مهم این تناسب آن است که ما میتوانیم جرم را با اندازه گیری نیروی گرانشی وارد بر آن (وزن آن) تعیین کنیم.برای این کار از یک نیرو سنج استفاده میکنیم،یا نیروی گرانشی وارد بر یک جرم را با نیروی گرانشی وارد بر جرم استاندارد (مثلاً وزنه یک کیلو گرمی)،به کمک ترازو مقایسه میکنیم.به عبارت دیکر برای تعیین جرم جسمی،آن را وزن میکنیم.
اگر بخواهیم جسم ساکنی را روی یک سطح افقی بدون اصطکاک به جلو برانیم ،متوجه میشویم که برای حرکت دادن آن نیرو لازم است زیرا جسم لخت است و میخواهد در حال سکون باقی بماند،یا اگر در حال حرکت است،می کوشد این حالت را حفظ کند.در این حالت گرانش وجود ندارد. در فضا(دور از زمین) نیز همین نیرو برای شتاب دادن به یک جسم لازم است. این جرم است که ایجاب میکند که برای تغییر دادن حرکت جسم،نیرو بکار رود.همین جرم است که در دینامیک در رابطهF=ma ظاهر میشود. اما وضع دیگری نیز وجود دارد که در آن هم جرم جسم ظاهر میشود.به عنوان مثال،برای نگه داشتن جسمی در ارتفاعی بالا تر از سطح زمین،نیرو لازم است.اگر ما جسم را نگه نداریم با حرکت شتابدار به زمین سقوط میکند.نیروی لازم برای نگه داشتن جسم در هوا از نظر بزرگی با نیروی جاذبه گرانشی میان جسم و زمین برابر است.در اینجا لختی هیچ نقشی ندارد،بلکه خاصیت جذب شدن اجسام توسط اجسام دیگری چون زمین مهم است.
تغییرات شتاب گرانشی(g)همانطورکه گفتیم g ثابت نیست و از نقطهای به نقطه دیگر زمین ،بسته به فاصله آن نقطه از مرکز زمین تغییر میکند(در نقاط نزدیک سطح زمین میتوان آن را ثابت فرض کرد که شما هم در حل مسائل همین کار را انجام میدهید و آن را ۹.۸ یا ۱۰ متر بر مجذور ثانیه فرض میکنید).
اما موضوع دیگری بجز فاصله تا مرکز زمین ،نیز وجود داردکه بر g تأثیر میگذارد،وآن دوران زمین است. اگر جسمی در استوا به یک نیرو سنج آویخته شده باشد،نیروهای وارد بر جسم عبارتانداز:کشش رو به بالای نیروسنج،w ،که همان وزن ظاهری جسم است و کشش رو به پایین جاذبه گرانشی زمین که با رابطه :
F=GmMe/Re۲
بیان میشود.این جسم در حال تعادل نیست زیرا ضمن دوران با زمین تحت تأثیر شتاب جانب مرکز aR قرار دارد. بنا براین باید نیروی جانب مرکز برایندی به طرف مرکز زمین به جسم وارد شود.در نتیجه F ،نیروی جاذبه گرانشی (وزن واقعی جسم) باید از w،نیروی کشش رو به بالای نیرو سنج (وزن ظاهری جسم)بیشتر باشد.بنابر این: (در استوا)
نیروی برآیند :
F=ma
بنابراین :
F-w=maR
آنکاه :
G.Me.m/Re۲-mg=maR
g=GMe/Re۲-aR
پس :
از آنجایی که:
aR =Reω^۲ =Re(۲π/T)^۲ =۴π^۲Re/T^۲
که در آن ω سرعت زاویهای دوران زمین ،T دوره تناوب وRe شعاع زمین است. در قطبها از آنجایی که شعاع دوران صفر است بنابراین:۰ = aR است پس داریم:
g=GMe/Re^۲
که همان نتیجه قبلی است.
میدان گرانش
یک حقیقت اساسی درباره گرانش این است که دو جرم بر یکدیگر نیرو وارد میکنند.اگر بخواهیم میتوانیم این موضوع را به صورت تأثیر«کنش) مستقیم میان دو ذره در نظر بگیریم.این دیدگاه را کنش از راه دور مینامند.یعنی ذرات از راه دور و بدون اینکه با هم تماس داشته باشند روی هم اثر میگذارند.دیدگاه دیگر استفاده از مفهوم میدان است،که بنا به آن یک ذره جرم دار فضای اطرافش را طوری تغییر میدهد که در آن میدان گرانشی ایجاد میکند.این میدان بر هر ذره جرم داری که در آن قرار گیرد یک نیروی جاذبه گرانشی وارد میکند. بنابراین در تصور ما از نیروهای میان ذرات جرم دار،میدان نقش واسطه ایفا میکند.
در مثال جرم - زمین ،اگر جسمی را در مجاورت زمین قرار دهیم ،نیرویی بر آن وارد میشود،این نیرو در هر نقطه از فضای اطراف زمین دارای جهت و بزرگی مشخصی است. جهت این نیرو که در راستای شعاع زمین است، به طرف مرکز زمین و بزرگی آن برابر mg .بنابراین در هر نقطه در نزدیکی زمین میتوان یک بردار g وابسته کرد. بردار g شتابی است که جسم رها شده در هر نقطه بدست میآورد و آن را شدت میدان گرانش در آن نقطه مینامند. چون g =F/mشدت میدان گرانش در هر نقطه را میتوان به صورت نیروی گرانشی وارد بر یکای جرم در آن نقطه تعریف کنیم و!زن وجرم وزن جسمی روی زمین ۱۰ آیزاک نیوتن است. اگر این جسم را به فضا برده و بخواهیم به آن شتاب یک متر بر مجذور ثانیه بدهیم،چند آیزاک نیوتن نیرو باید وارد کنیم؟
یک؟ ده؟ صفر؟ در فضا نمیتوان به جسمی شتاب داد!
وزن هر جسم عبارت است از نیروی جاذبهای که زمین به آن وارد میکند. وزن چون از نوع نیروست،کمیتی است برداری. جهت این بردار همان جهت نیروی گرانشی، یعنی به طرف مرکز زمین است. بزرگی وزن بر حسب یکای نیرو یعنی آیزاک نیوتن بیان میشود. وقتی جسمی به جرم m آزادانه «در خلا» سقوط میکند،شتاب آن برابر شتاب گرانش «g» ونیروی وارد بر آن «w» برابر وزن خودش است. اگر از ««قانون دوم نیوتن)) (F=ma)، برای جسمی که آزادانه سقوط میکند استفاده کنیم خواهیم داشت :w=mg. کهw و g بردارهایی هستند که جهتشان متوجه مرکز زمین است.
برای اینکه از سقوط جسمی جلوگیری کنیم باید نیرویی که بزرگی آن برابر بزرگی w و جهت آن به طرف بالاست به آن وارد کنیم، به گونهای که برایند نیروهای وارد بر جسم صفر شود. وقتی جسمی از فنری آویزان است و به حال تعادل قرار دارد، کشش فنر این نیرو را تأمین میکند.
گفتیم وزن هر جسم، یعنی نیرویی که زمین به طرف پایین بر جسم وارد میکند، یک کمیت برداری است. جرم جسم یک کمیت نردهای است. رابطه میان وزن و جرم به صورت w=mg است. چون g از یک نقطه زمین به نقطه دیگر آن تغییر میکند، w یعنی وزن جسمی به جرم m در مکانهای مختلف متفاوت است.بنابر این یک کیلو گرم جرم در محلی که g برابر ۸/۹ متر بر مجذور ثانیه است،۸/۹ آیزاک نیوتن (۸/۹= ۸/۹*۱= w)و درمحلی که g برابر ۷۸/۹ متر بر مجذور ثانیه است،۷۸/۹ آیزاک نیوتن وزن دارد. در نتیجه بر خلاف جرم که خاصیت ذاتی جسم است (و همیشه ثابت)،وزن یک جسم به محل آن نسبت به مرکز زمین بستگی دارد.در نقاط مختلف روی زمین ترازوهای فنری (نیروسنجها)،مقادیر متفاوت و ترازوهای شاهین دار، مقادیر یکسانی را نشان میدهند.(زیرا نیروسنج وزن را نشان میدهد ولی ترازوی شاهین دار جرم را) در نواحیی از فضا که نیروی گرانش (نیرویی که از طرف زمین بر اجسام وارد میشود(همان وزن)) وجود ندارد،وزن یک جسم صفر است،در حالی که اثرهای لختی و در نتیجه جرم جسم نسبت به مقدار آن در روی زمین بدون تغییر میماند.در یک سفینه فضایی بلند کردن یک قطعه سربی بزرگ کار سادهای است(w=۰) ولی اگر فضانورد به این قطعه لگد بزند همچنان به پایش ضربه وارد میشود (زیرا m مخالف صفر است).
برای شتاب دادن به یک جسم در فضا ،همان اندازه نیرو لازم است که برای شتاب دادن آن در امتداد یک سطح افقی بدون اصطکاک در روی زمین.زیرا جرم جسم همه جا یکسان است. اما برای نگه داشتن یک جسم در سطح زمین، نیروی بسیار بیشتری از نیروی لازم برای نگه داشتن آن در فضا مورد نیاز است. زیرا در فضا وزن صفر است ولی در روی زمین چنین نیست.
گرانش علیه گرانش
نگاه اجمالی
یکی از مطالب جالب توجه نویسندگان علمی _ تخیلی حفاظهای ضد جاذبه میباشد. افسوس که چنین حفاظهای اختراع نشدهاند و برای غلبه بر نیروی گرانش زمین ، وسیله نقلیه فضایی به یک موتور کمکی نیاز دارد.
آیا برای این منظور میتوان به جای موتور از نیروی گرانشی استفاده کرد؟
در واقع ، مسئله بسیار عجیب این است که آیا نیروی گرانش زمین مانع از بین رفتن وسیله نقلیه در فضا میگردد؟
بر خلاف انتظار ، حداقل در یک مورد چنین مسالهای ممکن است. این مورد به وسیله پژوهشگران شوروی وی بلستکی و ام.گیورتز پیشنهادشده است.
ماهیت گرانش علیه گرانش
در تمام محاسبات مربوط به فضانوردی ، وسیله نقلیه به صورت یک نقطه مادی در نظر گرفته میشود. چنین چیزی کاملا منطقی است. زیرا اندازه وسیله در قیاس با اجرام آسمانی بیاندازه کوچک است. ولی اگر بخواهیم دقیق باشیم، باید بگوئیم که وسیله نقلیه یک ذره نیست بلکه جسم بزرگی با ابعاد شکل شخص است. در واقع نیروی گرانش اعمال شده بر فضاپیما به وسیله زمین در مقایسه با نیرویی که در صورت متمرکز بودن جرم در یک نقطه بر آن وارد میشود، اندکی تفاوت دارد.
در فضاپیماهای معمولی و ماهوارهها این تناوب به قدری کوچک است که با اطمینان میتوان از آن چشم پوشید. چنین اختلافی فقط در یک مورد ممکن است اهمیت پیدا کند و آن در هنگامی است طول فضاپیما قابل توجه باشد.
اثر گرانش بر دو جسم متصل
در اینجا حالتی را براسی میکنیم که فضاپیما از دو کره تشکیل یافته و آنها به وسیله میله یا کابلی که بر امتداد شعاع زمین عمودی باشد. به یکدیگر متصل شده شدهاند. در این صورت هر یک از کرات تحت تاثیر نیروی گرانشی قرار میگیرند که در امتداد زاویهای نسبت به میله اتصال دهنده میباشد. برآیند این دو نیرو به آسانی بر مبنای قانون متوازی الاضلاع نعیین میگردد.
برآیندی که به وسیله محاسبات اولیه حاصل میگردد از نیروی گرانشی که از متمرکز بودن تمام جرم این فضاپیما بر مرکز میله وارد میآید کوچکتر است. به بیان دیگر به نظر میآید طول فضاپیما موجب ایجاد نوعی نیروی دامنه شعاعی میگردد. این فضاپیما در مداری به دور زمین میچرخد که به کلی با مدارهای عادی کپلری تفاوت دارد. از این واقییت میتوان استفاده مبتکرانه نمود.
اثر گرانش در نزدیک کردن کرهها و جدا ساختن آنها
ما با نزدیک کردن کرهها به یکدیگر در هنگامی که فضاپیما در اوج قرار دارد. آن را به یک ذره مادی تبدیل مینمائیم که حرکت آن در مدار کپلر انجام خواهد گرفت. اکنون عمل عکس را انجام میدهیم و هنگامی که فضاپیما در حضیض قرار دارد کرهها را از یکدیگر جدا میکنیم که به فاصله قبلی خود برسند. در آن صورت نیروی دامنهای که در بالا توضیح داده شد ایجاد می گردد.
مدار چنین حرکتی طولانی تر از مدار کپلر مشابه آن میگردد.نتیجه آن است که فاصله اوج هنگامی که فضاپیما در چرخه دوم قرار میگیرد. از حالتی که آن در چرخه اول قرار داشت کمی بزرگتر میشود. اگر این تجزیه را تکرار کنیم. فاصله اوج باز هم کمی بیشتر میشود. و اگر ادامه دهیم، متوجه میشویم که فضاپیمای ما به طور مارپیچی به طرف خارج حرکت میکند، تا وقتی که از محدود گرانش زمین دور شود.
مثالهایی واقعی از گرانش علیه گرانش
بر اساس محاسبات وی. بلتسکی اگر یک فضاپیمای 140 کیلومتری در فاصله 2000 کیلومتری از مرکز زمین به حرکت در آید. شتاب حدود دو سال دوام پیدا میکند. برای فضاپیمای مشابهای که فاصله اولیه آن از خورشید 700.000 کیلومتر است. رها شدن از نیروی گرانشی 80 سال به طول می انجامد. پس به تناقض دیگری بر میخوریم هرچه جرم جسم آسمانی بیشتر و هر چه فضاپیما به آن نزدیکتر باشد، برای فضاپیما رها شدن از قید نیروی گرانشی به وسیله روش تپش آسانتر است.
کاربردهای گرانش علیه گرانش
ما اغلب در داستان علمی _ تخیلی هنگامی که فضاپیما به دام نیروی گرانشی ستاره بزرگی میافتد با وضعیت مصیبت باری روبرو میشویم. محاسبات نظری نشان میدهد حتی در صورتی که فضاپیما به دور چنین ستارهای حرکت کند، با استفاده از روش تپش سرعت فرار میتواند، افزایش یابد. به عنوان مثال اگر فضاپیما در 20.000 کیلومتری مرکز شعرای سیمانی کوتوله سفید فوق العاده چگال قرار گیرد، میتواند فقط در خلال یک ساعت و نیم با حرکت در مسیر مارپیچی روانه فضای دور دست شود. تمام این مطالب بر روی کاغذ صحت دارد، ولی آیا واقعا میتوان یک وسیله نقلیه فضایی پیچیده را طرح ریزی نمود؟ این مسئله مربوط به تکنولوژی آینده میباشد. در هر حال امکانات نظری این مسئله از نظر اصول تایید شدهاند
در اخر
نیرویی که کائنات را شکل داد و اعمال روزمره ی ما را کنترل میکند.
از آن نخستین لحظات آتشین خلقت که به نام big bang میشناسیم,گرانش نیروی خالق همه ساختارها بوده است.از مجموعه های کهکشانها تا شکل بدن ما,و حتی کارهای روزمره ی ما را بدون آگاهی خودمان کنترل می کند.اما در میان چهار نیرویی که کلیه ی کائنات را کنترل می کنند,ضعیف ترین است(در اینجا لازم به ذکر است که انرژی تاریک نیروی پنجم است که به دلیل مبهم بودن ماهیت آن در فصل انبساط کائنات به آن خواهیم پرداخت).این چهار نیرو عبارتند از:
1-نیروی هسته ای قوی که در قلمرو جهان زیر اتمی عمل می کند.این نیرو کوارک ها را برای ساختن پروتون ها و نوترون ها در کنار هم نگه می دارد.
2-نیروی هسته ای ضعیف که حاکم بر واپاشی هسته ای است و از طریق ذراتی به نام بوزون های ضعیف عمل می کند.این نیرو,عامل محرک خورشید و ستاره هاست و انرژی وابسته به هسته اتم ها را حمل می کند.
3-نیروی الکترومغناطیس,که اتم ها را کنار هم نگه می دارد.گستره این نیرو بی نهایت است و از طریق فوتون های حامل نور عمل می کند.
4-گرانش که جاذبه ی جهانی همه اجرام است.این نیرو, فقط جذب می کند.
در سطح هسته ای,هر کدام از این نیروها را ذره ای حمل می کند که می توان آن را کوچکترین بسته ی حامل آن را به حساب آورد.این ذرات عبارتند از:
1-گلوان ها که حامل نیروی قوی هسته ای هستند.نام آن ها را از کلمه ی glue گرفته اند.چون آن ها مانند قوی ترین و کامل ترین چسب دنیا عمل می کنند.جرم آن ها حدود 86.97 برابر جرم پروتون است.
3-ذرات حامل نیروی الکترومغناطیس,فوتون نام دارند.
به نظر می رسد که نیروی گرانش را ذراتی به نام گراویتون حمل می کنند.این تنها ذره ای از نوع خود است که هنوز آشکار نشده است.اما شاید کشف نشدن آن به این دلیل باشد که اصلا وجود ندارد!چرا که بر اساس نظریه ی نسبیت عام انیشتین,گرانش,نیرو نیست.بلکه تظاهری از انحنای فضا-زمان در حضور جرم است.
بلافاصله پس از انفجار بزرگ فقط یک نیرو به نام نیروی متحد بزرگ وجود داشت.وقتی ساعت خلقت به -4310 ثانیه رسید و دمای کائنات 1023 کلوین بود,این نیرو به نیروی گرانش و نیروی الکترو-هسته ای تقسیم شد.وقتی در لحظه ی 10-35 ثانیه دمای کائنات به 1027 کلوین رسید,نیروی الکترو-هسته ای به نیروی هسته ای قوی و نیروی الکترو-ضعیف تقسیم شد و دوران تورم آغاز شد.با سرد شدن بیشتر کائنات تا 1015 درجه کلوین در زمان 10-12 ثانیه,نیروی الکترو-ضعیف به دو نیروی الکترومغناطیس و هسته ای ضعیف تقسیم شد و به این ترتیب چهار نیروی موثر امروز شکل گرفتند.در این زمان همه ذرات بنیادی که کل جرم کائنات,در زمان حاضر را تشکیل می دهند,به وجود آمدند.
نظریه ای که به بحث در مورد اتحاد نیروهای خلقت می پردازد,نظریه ی "وحدت نیروها" یا نظریه ی "همه چیز" نام دارد.
وجود نیروی الکترو-ضعیف با کشف ذره ی (z) که حامل آن است,اثبات شده است.این موفقیت در آزمایش ها یی که در شتاب دهنده های بزرگ ذرات انجام شده اند حاصل شد.
در این شتاب دهنده ها فقط در مدت زمان کوتاهی می توان به دمایی رسید که این ذرات ظهور می کنند.تعداد زیادی از دانشمندان در پی جست و جوی ذره ی (x) هستند که ظهورش حکایت از پیوستن نیروهای الکترو-ضعیف و هسته ای به یکدیگر و تشکیل نیروی الکترو-هسته ای دارد.
پیوستن نیروی گرانش و نیروی الکترو-هسته ای در دمای آتش خلقت رخ می دهد.این کار احتیاج به یک دستگاه شتاب دهنده به قطر 1000 سال نوری دارد.هنوز حتی بررسی های نظری این مسئله هم تکمیل نشده است.این نظریه ای است که انیشتین پس از درآوردن نسبیت,باقی عمرش را صرف آن کرد.اما نتوانست تکمیلش کند.
در حال حاضر بسیاری ازفیزیکدانان نظری در حال تکمیل 1/3 باقی مانده ی نظریه اند و مطمئن اند که زمانی در همین قرن جدید قادر خواهند بود که تعیین کنند چگونه "در خیلی ابتدای کائنات" نیرو های گرانش و الکترو-هسته ای با هم متحدا یک نیرو را تشکیل می دهند.
دوست عزیز اگر میشه منبع رو هم ذکر کنید
try not to become a man of success,but rather try to become a man of value
گرانش یکی از چهار نیرو بنیادی طبیعت میباشد در کتاب ذره در پایان گیتی شون کرول که کتابی عالی در باره ذرات بنیادی و نیروهای بنیادی در طبیعت که چهار نیرو گرانش -الکترو مغناطیس -هسته ای ضعیف و هسته ای قوی میباشد میزان نبرو الکترو مغناطیس قویتر از گرانش و هسته ای قوی بالاتر از همه و باعث نگه داری پروتونهادرون هسته با اینکه دارای بار الکتریکی هم نام یا مثبت هستند می شود و نیرو الکترو مغناطیس وارد بر پروتنها پس می نیرو هستهای ضعیف نقش چندانی در پیرامون ما روی زمین بازی نمی کننند اما برای وجود حیات مهم است به درخشیدن خورشید کمک میکند تفاوتش..فرهنگ لغاتگرانشمعانی دیگر: نیروی جاذبه (به ویژه نیروی جاذبه ی کره ی زمین)، نیروی گرانش، وابسته به نیروی هم کشش، برکشندی، گرانی، متانت، خطر، تهدید، وخامت، وزن