گرانی گرانش

گرانی/گرانش. گِرانی/گرانش (gravity/gravitation)
گِرانی/گرانش
گِرانی/گرانش
نیروی جاذبۀ بین اجسام، به اعتبار جرم آن ها. هرچه جرم جسم بیشتر باشد، اجسام دیگر را قوی تر جذب می کند. در سطح زمین، گرانی سبب می شود که اجسام دارای وزن باشند. نیروی وزن سبب می شود اجسام با شتاب ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه به طرف مرکز زمین به حرکت درآیند، ولی سطح زمین مانع از آن می شود که جسم ساقط شده در زمین فرو رود. جاذبۀ گرانی زمین کرۀ ماه را هم به طرف زمین می کشد و آن را در مداری به دور زمین در حرکت نگه می دارد. گرانی ماه در حدود یک ششم گرانی زمین است. به این ترتیب، وزن اجسام در ماه کمتر از وزن آن ها در سطح زمین است. در حدود۹۹.۸درصد از جرم منظومۀ خورشیدیدر خورشید متمرکز است و بر اثر همین جرم و نیروی گرانی عظیم ناشی از آن، همۀ سیارات منظومۀ خورشیدی به دور خورشید در گردش اند. سفینه های فضایی، که از سطح زمین پرتاب می شوند، پیش از ورود به فضا باید بر نیروی گرانی غلبه کنند. این عمل با موشک هایی تحقق می یابد که در مراحل متفاوتی از سفینه پرتاب می شوند. این سفینه ها به شتاب حرکتی در حدود سه برابر شتاب گرانی (۳g) نیاز دارند. سرعت لازم برای غلبه بر نیروی گرانی زمین برابر ۴۰هزار کیلومتر در ساعت است.نیروی بنیادی طبیعت. گرانی یا گرانش یکی از چهار نیروی بنیادی طبیعت است. سه نیروی دیگر عبارت اند از نیروی الکترومغناطیسی، نیروی هسته ای قوی، و نیروی هسته ای ضعیف. نیروی گرانشی در این میان از همه ضعیف تر است، ولی اثرگذاری آن تا فواصل بسیار دور ادامه دارد. ذره ای را که به صورت اصل موضوعی حامل نیروی گرانشی می شناسند، گراویتون نام داده اند.
اندازه گیری گرانی. در ۱۷۷۴، نِویل ماسکیلین یکی از اولین آزمایش های گرانشی را صورت داد. در این آزمایش، نیروی جاذبه ای اندازه گیری شد که کوه شیهالیون، واقع در اسکاتلند، بر گلولۀ شاغول وارد می کرد.
اندازه گیری نیروهای جاذبه. اولین آزمایش برای اندازه گیری نیروی جاذبۀ بین دو جرم را جی میچل، روحانی اواسط قرن ۱۸، برنامه ریزی کرد، ولی عمرش برای کار با اسبابی که طراحی و تکمیل کرده بود، کفایت نکرد. پس از مرگ میچل، وسیلۀ اندازه گیری اش به هنری کاوندیش رسید. کاوندیش با حفظ طرح اولیۀ میچل، این وسیله را بازسازی کرد. جرم هایی که قرار بود تحت تأثیر جاذبه قرار گیرند، دو گوی کوچک بودند که به دو سر تیر چوبی محکمی متصل می شدند و چوب هم از وسط به سیمی ظریف و طویل آویزان می شد. این قسمت از دستگاه کاملاً در داخل محفظه ای قرار می گرفت. محفظه نیز، برای آن که تا حد ممکن دمای یکنواختی داشته باشد، به دقت با روکشی از جنس قلع پوشانده شده بود. توزیع بی نظم دما ممکن بود منجربه تولید جریان های همرفتی هوا شود و در این صورت، اثر اختلال درخور توجهی روی سامانۀ تعلیق پدید می آمد. آینۀ کوچکی را نیز به تیر چوبی متصل کرده بودند که تیغۀ آن در راستای قائم قرار می گرفت. پنجرۀ شیشه ای کوچکی در محفظه تعبیه شده بود که مشاهدۀ هرگونه حرکت آینه را، با توجه به انحرافات پرتوی که از آن بازتابیده می شد، امکان پذیر می کرد. جرم های متصل به تیر چوبی دو کرۀ سربی با جرم یکسان و زیاد بودند. در ۱۷۹۷، کاوندیش با استفاده از این دستگاه ثابت گرانشی G را برابر با ۱۱-۱۰×۶.۶ نیوتون متر مربع بر مجذور کیلوگرم به دست آورد. عموماً این مقدار را، برابر۶.۶۵۷۶ ۱۰-۱۱ N.m۲.gk-۲ در نظر می گیرند.
قانون های نیوتون. بنابر قانون گرانش آیزاک نیوتون، همۀ اجسام با شتاب یکسانی به زمین سقوط می کنند و مقدار شتاب به جرم جسم بستگی ندارد. برای جسمی به جرم m۱ که در فاصلۀ rاز مرکز زمین (به جرم m۲) قرار دارد، نیروی جاذبۀ گرانشی F عبارت است از(فرمول ۱)که در آن، G ثابت گرانشی است. بنابر قانون دوم حرکت نیوتون، نیروی F برابر است با F = m۱g که در آن، g شتاب ناشی از گرانی است. بنابراین، داریم (فرمول ۲). به این ترتیب، شتاب گرانی g برای هر جسم مستقل از جرم آن است. مقدار این شتاب در سطح زمین برابر با۹.۸۰۶ متر بر مجذور ثانیه است.
سرعت فرار. سرعت لازم برای هر پرتابه یا سفینۀ فضایی است، وقتی قرار است از میدان گرانشی معیّنی بگریزد. سرعت فرار از سطح زمین در حدود ۴۰هزار کیلومتر در ساعت و از سطح کرۀ ماه، با یک ششم کشش گرانشی زمین، حدود ۸,۵۰۰ کیلومتر در ساعت است.
نسبیت. در نظریۀ نسبیت عام آلبرت اینشتین، گرانش نه به صورت نیرو، که به صورت انحنای فضا ـ زمان در اطراف جسم در نظر گرفته می شود. خم شدن راستای انتشار نور در میدان گرانشی و ظهور پدیدۀ انتقال به سرخ از پیامدهای پیش بینی شدۀ نسبیت است. امواج گرانشی پیش بینی دیگر نسبیت است که بر اثر آشفتگی شدید اجسام پرجرم تولید می شوند. این موج ها آن چنان ضعیف اند که هنوز هم با قطعیت آشکارسازی نشده اند، هرچند مشاهدات تپ اخترهایی که در فواصل زمانی منظم از خود انرژی گسیل می کنند و در مدارهایی به دور ستاره های دیگر در گردش اند، نشان داده است که تپ اختر و ستاره با آهنگی پیچ و تاب می خورند که با این فرض سازگار است که انرژی آن ها از راه امواج گرانشی گسیل می شود. گرانی سنج وسیله ای برای اندازه گیری نیروی گرانی در موقعیت های مکانی خاص است.
تغییرات. نیروی گرانی بر وزنه ای که از فنر آویزان شده است، منجربه کشیدگی یا تغییر طول فنر می شود. گرانی سنج را در نقشه برداری هوایی به کار می برند. ویژگی های زمین شناختی، ازجمله سنگ های نفوذی و گنبدهای نمکی، با تغییر طول فنر تشخیص داده می شوند.