در زمین، هر چه را در هوا رها کنیم، به زمین میافتد و هرگز به خودی خود به سمت آسمان نمیرود. اگر سنگی را از ارتفاعی رها کنیم، پایین میافتد و اگر میوهای از درخت جدا شود، آن نیز به طرف زمین سقوط میکند. این اتفاق برای ما آنقدر عادی است که شاید کمتر به این فکر کنیم که چه نیرویی باعث میشود همه این اجسام به سوی زمین کشیده شوند.
مرکز زمین همه چیز را به سوی خود جذب میکند. به همین دلیل است که میوههایی که از درختان جدا میشوند و یا هر چیز دیگری که در هوا رها شود، به طرف زمین سقوط میکند. در واقع زمین آنها را به سوی خود جذب میکند. به این نیروی نامرئی که توسط سر آیزاک نیوتن مورد بررسی و توضیح علمی قرار گرفت، «نیروی جاذبه» یا «گرانش» میگویند.
نیروی جاذبه فقط باعث افتادن اجسام روی زمین نمیشود، بلکه یکی از مهمترین نیروهای موجود در جهان است. اگر نیروی جاذبه وجود نداشت، زمین نمیتوانست ماه را در مدار خود نگه دارد و سیارات نیز نمیتوانستند به دور خورشید گردش کنند. در حقیقت، حرکت بسیاری از اجرام آسمانی به وسیله همین نیروی جاذبه کنترل میشوند.
آیا جاذبه در همه جا یکسان است؟
مرکز جاذبه زمین تقریباً در مرکز آن و در بخشهای درونی زمین قرار دارد. هر چه از سطح زمین به سمت مرکز آن نزدیکتر شویم، نیروی گرانش تغییر میکند.
وزن یک جسم نیز با مقدار نیروی جاذبهای که بر آن وارد میشود ارتباط دارد. به همین دلیل وزن اجسام در نقاط مختلف زمین دقیقاً یکسان نیست.
وزن اجسام در قطبها کمی بیشتر از استواست، زیرا زمین کاملاً کروی نیست و همچنین به دلیل چرخش زمین به دور خود، اثر نیروی گریز از مرکز در استوا بیشتر است. به همین علت، فاصله یک جسم از مرکز زمین و موقعیت آن روی سطح زمین میتواند بر مقدار وزن آن تأثیر بگذارد. البته این تفاوت برای انسان بسیار کوچک است و در زندگی روزمره احساس نمیشود.
آیا در سیارات دیگر هم جاذبه وجود دارد؟
تمامی سیارات منظومه شمسی همانند زمین دارای نیروی جاذبهاند. خورشید نیز به دلیل جرم بسیار زیادی که دارد، نیروی گرانش بسیار قدرتمندی ایجاد میکند و همین نیرو باعث میشود سیارات در مدارهای خود به دور خورشید حرکت کنند.
ماه نیز به وسیله نیروی جاذبه زمین در مدار خود باقی میماند و زمین نیز تحت تأثیر جاذبه ماه قرار دارد.
در واقع میتوان گفت تقریباً تمام اجسام دارای جرم، یکدیگر را جذب میکنند. هرچه جرم یک جسم بیشتر باشد، نیروی جاذبه آن نیز بیشتر است و هرچه فاصله دو جسم از یکدیگر بیشتر شود، نیروی جاذبه میان آنها کاهش پیدا میکند. به همین دلیل است که گرانش اجرام بسیار بزرگ مانند ستارگان و سیارات میتواند در فاصلههای بسیار زیاد نیز اثرگذار باشد.
پس حرکت ستارگان و شکلگیری بسیاری از ساختارهای بزرگ کیهانی نیز با گرانش ارتباط دارد. اگر نیروی جاذبه نبود، اجرام آسمانی نمیتوانستند به شکل امروزی در کنار یکدیگر باقی بمانند.
سایر پدیده های مرتبط با گرانش
جزر و مد دریاها نیز یکی دیگر از پدیدههایی است که با نیروی جاذبه ارتباط دارد. کشش گرانشی ماه بر آب اقیانوسها و دریاها باعث ایجاد تغییراتی در سطح آب میشود. خورشید نیز بر جزر و مد تأثیر میگذارد، اما به دلیل فاصله بسیار زیاد آن از زمین، اثر آن با اثر ماه متفاوت است.
هنگامی که خورشید، زمین و ماه در وضعیت خاصی نسبت به یکدیگر قرار میگیرند، این اثرها میتوانند با یکدیگر ترکیب شوند و جزر و مد شدیدتری ایجاد کنند.
داستان کشف نیروی جاذبه توسط نیوتن
درباره کشف قانون جاذبه، داستان معروفی درباره نیوتن وجود دارد. میگویند روزی آیزاک نیوتن در حالی که سخت مشغول تفکر بود، سیبی را دید که از درخت جدا شد و به سمت زمین سقوط کرد.
گفته میشود همین اتفاق باعث شد او درباره علت سقوط اجسام و نیرویی که آنها را به سوی زمین میکشد بیشتر فکر کند.
داستان سیب، اگرچه در طول زمان شکل افسانهای پیدا کرده است، اما نیوتن واقعاً به مطالعه حرکت اجسام و نیروی گرانش پرداخت و نظریهای علمی برای توضیح آن ارائه کرد.
او در قانون گرانش عمومی بیان کرد که هر دو جسم دارای جرم، یکدیگر را جذب میکنند. مقدار این نیروی جاذبه با حاصلضرب جرم دو جسم نسبت مستقیم دارد و با مجذور فاصله میان آنها نسبت عکس دارد.
بنابراین، اگر جرم یکی از اجسام بیشتر شود، نیروی جاذبه افزایش پیدا میکند و اگر فاصله میان دو جسم بیشتر شود، نیروی جاذبه با سرعت بیشتری کاهش مییابد.
این قانون توانست بسیاری از پدیدههای زمینی و آسمانی را با یک اصل واحد توضیح دهد؛ از افتادن یک سیب و حرکت یک توپ به سمت زمین گرفته تا گردش ماه به دور زمین و حرکت سیارات به دور خورشید. این بزرگ ترین کشف علمی آن دوران بود.
امروزه میدانیم که توصیف نیوتن از گرانش در بسیاری از شرایط بسیار دقیق و کاربردی است، اما در شرایط بسیار شدید، مانند نزدیکی اجرام بسیار پرجرم یا سرعتهای بسیار بالا، نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین توضیح کاملتری از گرانش ارائه میدهد. با این حال، قانون گرانش نیوتن همچنان یکی از پایههای مهم فیزیک و علم حرکت اجرام به شمار میرود.
منبع: ذهن آموز