قانون جاذبه نیوتن

قانون جاذبه نیوتن

 

ستاره شناسان دوران باستان، حرکت ماه و سیارات را در آسمان محاسبه می کردند. اما تا اواخر قرن هفدهم هیچ کس نتوانست این حرکت ها را به طور صحیح توضیح دهد. در اواخر قرن هفدهم، دانشمند انگیسی اسحاق نیوتن، ارتباط بین حرکت اجرام آسمانی و نیروی جاذبه ای که اشیا را به سوی زمین می کشد، توضیح داد.

 

در سال ۱۶۶۵ موقعی که اسحاق نیوتن ۲۳ ساله بود، یک سیب در حال سقوط موجب به وجود آمدن پرسش درباره نیروی جاذبه برای او شد. نیوتن کشفش را در سال ۱۶۸۷ توضیح داد. وی با استفاده از قانون حرکت سیاره ای که به وسیله ستاره شناس آلمانی یوهان کپلر کشف شده بود، توضیح داد که نیروی جاذبه خورشید با دور شدن از آن کاهش می یابد. به همین ترتیب او این فرضیه را درباره زمین هم مطرح کرد. یعنی این که نیروی جاذبه زمین هم با دور شدن از زمین کاهش می یابد. نیوتن می دانست که نیروی جاذبه زمین، ماه را در مدارش به دور زمین نگه می دارد و قدرت جاذبه زمین را برای جرمی در فاصله ماه نسبت به زمین محاسبه کرد. او با استفاده از فرضیه اش، نیروی جاذبه سطح زمین را محاسبه کرد. نتایج محاسبات او همان میزان نیروی جاذبه ای بود که به یک سیب هم شتاب می داد.

 

قانون جاذبه نیوتن می گوید که نیروی جاذبه بین دو شیء نسبت مستقیم با جرمشان دارد. هرچه جرم افزایش می یابد نیروی جاذبه بین دو شیء بیشتر می شود. این قانون همچنین می گوید که نیروی جاذبه بین دو شیء نسبت عکس با فاصله بین دو شیء دارد. برای مثال اگر فاصله بین دو شیء دو برابر شود، نیروی جاذبه بین آنها یک چهارم نیروی منبع یا سرچشمه می شود. معادله قانون نیوتن عبارت از:

 

 

 

جایی که F۱ نیروی جاذبه اعمال شده از طرف شیء ۱ روی شیء ۲ (و بالعکس برای F۲) است، m۱ و m۲ جرم های اشیا هستند ، r۲ مربع فاصله بین آنها و G عدد ثابتی است.

در ابتدای دهه ۲۰ میلادی دانشمندان متوجه شدند که تنها یک حرکت را که نمی توان از نظر ریاضی با استفاده از قانون نیوتن توضیح داد. آن هم یک اختلاف اندک در مدار سیاره تیر در اطراف خورشید بود. مدار تیر– مثل مدارهای سیارات دیگر به شکل یک حلقه پهن بیضی شکل است. خورشید به طور دقیق در مرکز این بیضی نیست. بنابراین یک نقطه در مدار تیر وجود دارد که از همه نقاط دیگر آن به خورشید نزدیک تر است. اما محل نزدیک ترین نقطه هر بار که تیر به دور خورشید می گردد اندکی تغییر می کند. ستاره شناسان به این تغییر، تغییر جهت محور اطلاق می کنند.

دانشمندان از قانون نیوتن استفاده کردند تا این اختلاف را اندازه گیری کنند. مقدار محاسبه شده اندکی با مقدار مشاهده شده متفاوت بود.

 

نظریه جاذبه اینشتین

در سال ۱۹۱۵، آلبرت اینشتین، فیزیکدان آلمانی الاصل، نظریه فضا، زمان و جاذبه را تحت عنوان نظریه نسبیت عام ارایه داد. نظریه اینشتین به طور کامل مسیر تفکر دانشمندان را درباره نیروی جاذبه تغییر داد. اما این نظریه به جای این که قانون نیوتن را نقض کند آن را بسط داد.

در بسیاری از موارد نظریه اینشتین نتایجی را به همراه داشت که تنها اندکی با نتایجی که بر پایه قانون نیوتن بود متفاوت بود. برای مثال موقعی که اینشتین نظریه اش را برای محاسبه انحراف مدار تیر مورد استفاده قرار داد، نتیجه محاسبه او دقیقاً با حرکت مشاهده شده منطبق بود. این موضوع اولین تأیید نظریه اینشین بود.

پایه تئوری اینشتین دو فرضیه است: یکی مرتبط با ماهیتی به نام فضا-زمان و دیگری تحت عنوان اصل بقای ماده و انرژی شناخته شده.