گرانش

گرانش، نیروی جاذبه ای است که بین همه اجرام، به خاطر جرمشان، وجود دارد . جرم یک جسم مقدار ماده آن است . به دلیل وجود گرانش، جرمی که در نزدیکی زمین قرار گیرد به سمت سطح این سیاره سقوط می کند . جرمی که در سطح زمین است نیز نیرویی به سمت پایین را به دلیل گرانش تجربه می کند . ما این نیرو را در بدن خود به شکل وزن تجربه می کنیم . گرانش گاز های تشکیل دهنده خورشید را در کنار هم نگاه می دارد و باعث می شود سیارات در مدار خود به دور خورشید قرار داشته باشند .

مردم قرن ها در مورد گرانش دچار اشتباه بودند . در سال 300 قبل از میلاد مسیح، فیلسوف و دانشمند یونان، ارسطو، بر اساس یک باور اشتباه فکر می کرد که اجرام سنگین سریع تر از اجرام سبک سقوط می کنند . این باور تا اوایل 1600 میلادی همچنان در بین مردم پا بر جا بود تا اینکه دانشمند ایتالیایی، گالیله این باور را اصلاح نمود . گالیله گفت که شتاب همه اجرام به هنگام سقوط با هم برابر است مگر اینکه مقاومت هوا یا نیرو های دیگری بر آن تاثیر بگذارند . شتاب یک جرم، مقدار تغییر در سرعت آن جرم است . بنابراین اگر یک جرم سنگین و یک جرم سبک را همزمان باهم از یک ارتفاع پرتاب کنیم در یک زمان به زمین می رسند .

قوانین گرانش نیوتونی

ستاره شناسان در گذشته توانستند حرکات ماه و سیارات بر فراز آسمان را اندازه گیری کنند . با این حال تا اوایل سال 1600، هیچ یک نتوانستند به درستی این حرکات را توضیح دهند . در آن زمان، ایزاک نیوتون دانشمند انگلیسی، ارتباطی را بین حرکات اجرام سماوی و نیروی جاذبه ی زمین توصیف نمود .

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

قانون گرانش نیوتون می گوید که نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط مستقیم با جرم آن دو دارد . یعنی هر چه جرم بین آن ها بیشتر باشد نیروی گرانش بین آن دو بیشتر است . این قانون همچنین می گوید که نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط عکس با فاصله ی دو جرم به توان دو دارد . برای مثال اگر فاصله ی بین دو جرم دو برابر شود، نیروی گرانش بین آن ها یک چهارم می شود . فرمول قانون نیوتون به صورت            F = m1 m2  / d2 می باشد که در آن F نیروی گرانشی بین دو جرم،   m1و m2 مقدار مواد دو جرم و d2 فاصله ی بین دو جرم به توان دو است .

تا اوایل 1900، دانشمندان تنها یک حرکت را مشاهده کرده بودند که بر اساس قانون نیوتون قابل توضیح نبود و آن جابجایی کوچکی در مدار عطارد به دور خورشید بود . مدار عطارد، مانند مدار دیگر سیارات بیضی شکل است . خورشید در وسط این بیضی قرار ندارد . به همین دلیل یک نقطه در این مدار نسبت به دیگر نقاط آن به خورشید نزدیک تر است . اما مکان این نقطه در هر بار گردش سیاره به دور خورشید اندکی تغییر می کند . دانشمندان به این جابجایی، سبقت سیاره می گویند . دانشمندان از قانون نیوتون برای محاسبه این جابجایی استفاده کردند اما نتیجه معادله با آنچه که مشاهده می شود اندکی متفاوت است .