گرانش چیست؟

نیوتن نظریه‌ی عمومی گرانش خود (Theory of Universal Gravitation) را در دهه ۱۶۸۰ میلادی منتشر کرد. این نظریه به طور کلی بیان می‌کند که گرانش یک نیروی پیش‌بینی‌پذیر است که بر تمام ماده در جهان اثر می‌گذارد و تابعی از جرم و فاصله است. این نظریه می‌گوید که هر ذره از ماده، هر ذره‌ی دیگر را با نیرویی جذب می‌کند که به طور مستقیم با حاصل‌ضرب جرم‌های آن‌ها متناسب است (برای مثال، ذرات «زمین» و ذرات «شما») و به طور معکوس با مربع فاصله بین آن‌ها متناسب است.

بنابراین، هرچه ذرات از هم دورتر باشند و/یا جرم کمتری داشته باشند، نیروی گرانشی کمتر است.

فرمول استاندارد قانون گرانش به صورت زیر است:

نیروی گرانشی = (G × m1 × m2) / (d²)

که در آن G ثابت گرانشی است، m1  و m2 جرم‌های دو جسمی هستند که می‌خواهید نیروی بین آن‌ها را محاسبه کنید و d فاصله بین مرکزهای گرانش دو جرم است.

G دارای مقداری برابر ^8- 10 × 6.67 دین × سانتی‌متر مربع / گرم مربع است. بنابراین اگر دو جسم ۱ گرمی را ۱ سانتی‌متر از یکدیگر دور کنید، آن‌ها با نیروی ^8- 10 × 6.67 دین یکدیگر را جذب می‌کنند. یک دین (dyne) معادل حدود ۰.۰۰۱ گرم‌نیرو است، به این معنی که اگر نیرویی معادل یک دین در اختیار داشته باشید، می‌تواند ۰.۰۰۱ گرم را در میدان گرانشی زمین بلند کند. بنابراین، ^8- 10 × 6.67 دین نیرویی بسیار کوچک است.

وقتی با اجسام بزرگی مانند زمین سر و کار دارید، که جرمی برابر 10²⁴ × 6 کیلوگرم دارد (مقاله “وزن زمین چه قدر است؟” را ببینید)، این امر به نیروی گرانشی بسیار قوی‌ منجر می‌شود. به همین دلیل است که شما در حال حاضر در فضا شناور نیستید.

نیروی گرانشی که بر جسمی اثر می‌گذارد، همان وزن آن جسم است. وقتی روی ترازو می‌روید، ترازو نشان می‌دهد که چقدر گرانش بر بدن شما اثر می‌گذارد. فرمول تعیین وزن به صورت زیر است:

وزن = m × g

که در آن m جرم جسم و g شتاب گرانش است. شتاب گرانش بر روی زمین ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه است — این مقدار شتاب گرانش صرف‌نظر از جرم جسم، تغییر نمی‌کند. به همین دلیل، اگر شما سنگریزه‌ای، کتابی و مبل را از پشت‌بام بیندازید، همزمان به زمین می‌رسند (مگر این که ارتفاع پشت‌بام خیلی زیاد باشد که در آن صورت سرعت نهایی وارد عمل می‌شود).

برای صدها سال، نظریه‌ی گرانش نیوتن تقریباً تنها نظریه در جامعه علمی بود. این وضعیت در اوایل قرن بیستم تغییر کرد.