نیروی گرانشی

دید کلی

پدیده طبیعی سقوط آزاد اجسام در اثر گرانشی ، گردش اجرام آسمانی در مدارات ویژه خودشان ، حرکت ماه دور زمین و آیا تا به حال این سوال را از خود پرسیدید که:

چرا اجسام بر روی سطح زمین سقوط می‌کند و از آن دور نمی‌شود؟

چرا زمین در مدار مشخصی حول خورشید می‌گردد؟ و هزاران پدیده دیگر.

قانون جهانی گرانش

این قانون از قوانین بنیادی فیزیک است که کشف و فرمولبندی شد. اگر چیزی را رها کنید سقوط می‌کند. چون سرعت اجسام در ضمن سقوط تغییر می‌کند، باید نیرویی بر آن وارد شود. این نیرو که اسحاق نیوتن اولین بار در اثر سقوط سیبی از درخت آنرا کشف نمود، قانون گرانش نام دارد که اسحاق نیوتن آنرا یک نیرویی بنیادی در جهان دانست و آنرا نیرویی بین اجسام مختلف معرفی کرد که توسط رابطه:

F = GmM/r۲

داده می‌شود که در آن G ثابت جهانی گرانش ، m و M جرم اجسام و r فاصله اجسام از همدیگر می‌باشد.

نیروی وزن

نیروی وزن را می‌توان با ترازوی فنری خنثی کرد. وزن یک ویژگی اجسام نیست، بلکه مقدار آن با حمل جسم تغییر می‌کند. به عنوان مثال اگر وزن شخصی در قطب شمال ۷۱۲N باشد، وزن او در استوا ۷۰۸.۵N خواهد بود. اگر وزن همان شخص بر روی کره ماه اندازه گیری شود، ترازو عدد ۱۲۰N را نشان خواهد داد. هر چه شتاب ناشی از گرانش کمتر باشد وزن هم کمتر است. در واقع ، وزن مستقیما با شتاب ناشی از گرانشی متناسب است. بدیهی است که نیروی وزن به عامل دیگری هم بستگی دارد، زیرا وزن اجسام در مکانهای معین نیز متفاوت است و آن کمیت مقدار ماده موجود (جرم جسم) می‌باشد.

آزمایش ساده

اگر شما ۱۰ کیلوگرم شکر بخرید تصور می‌رود که ۱۰ اسحاق نیوتن باشد. اگر شکر را به کره ماه منتقل کنید. در آنجا نیز وزن کیسه شکر ۱۰ کیلویی ، دو برابر وزن کیسه شکر ۵ کیلویی است. مقدار شکر (جرم شکر) در جاهای مختلف تغییر نمی‌کند و وزن آن با جرم متناسب است. در حالت کلی نیروی وزن هم با جرم و هم با شتاب ناشی از گرانش متناسب می‌باشد. به عبارتی W = mg که در آن w وزن ، m جرم و g شتاب جاذبه گرانشی می‌باشد. این شتاب جاذبه در میادین مختلف گرانشی (شتاب گرانشی کرات مختلف) مقادیر متفاوتی دارد.

پتانسیل گرانشی منشأ نیروی گرانشی

شبیه مبحث الکتریسیته برای نیروهای پایستار که نیروی گرانش نیز از این نوع می‌باشد یک پتانسیلی وجود دارد. میدان گرانشی نیز از این پتانسیل گرانشی ناشی می‌شود. بر این اساس ، نیروی گرانشی عبارتست از تغییرات مکانی پتانسیل گرانشی با علامت منفی. یعنی V = GmM/r→F = -∇V → F = GmM/r۲

نحوه اندازه گیری نیروی وزن

از وسایلی که در اندازه گیری نیروی وزن بکار می‌رود، ترازوی فنری می‌باشد که از طریق سنجش نیروی کشانی فنر به اندازه گیری نیروی وزن دست می‌یابیم. برای اندازه گیری نیروی وزن ترازوهای مختلفی از جمله ترازوی دوکفه‌ای ، ترازوی اهرمی ، ترازوی دیجیتالی و غیره استفاده می‌شود. این ترازوها در اندازه گیری نیروی وزن دقتهای متفاوتی بر حسب مکانیزم اندازه گیریشان دارند.