قانون جاذبه نیوتن

ستاره شناسان دوران باستان، حركت ماه و سيارات را در آسمان محاسبه مي كردند. اما تا اواخر قرن هفدهم هيچ كس نتوانست اين حركت ها را به طور صحيح توضيح دهد. در اواخر قرن هفدهم، دانشمند انگيسي اسحاق نيوتن، ارتباط بين حركت اجرام آسماني و نيروي جاذبه اي كه اشيا را به سوي زمين می کشد، توضيح داد.

در سال 1665 موقعي كه اسحاق نيوتن 23 ساله بود، يك سيب در حال سقوط موجب به وجود آمدن پرسش درباره نيروي جاذبه براي او شد. نيوتن كشفش را در سال 1687 توضيح داد. وی با استفاده از قانون حركت سياره اي كه به وسيله ستاره شناس آلماني يوهان كپلر كشف شده بود، توضيح داد كه نيروي جاذبه خورشيد با دور شدن از آن كاهش مي يابد. به همين ترتيب او اين فرضيه را درباره زمين هم مطرح كرد. يعني اين كه نيروي جاذبه زمين هم با دور شدن از زمين كاهش مي يابد. نيوتن مي دانست كه نیروی جاذبه زمين، ماه را در مدارش به دور زمين نگه مي دارد و قدرت جاذبه زمين را برای جرمی در فاصله ماه نسبت به زمین محاسبه كرد. او با استفاده از فرضيه اش، نيروي جاذبه سطح زمين را محاسبه كرد. نتايج محاسبات او همان ميزان نيروي جاذبه اي بود كه به يك سيب هم شتاب مي داد.

قانون جاذبه نيوتن مي گويد كه نيروي جاذبه بين دو شيء نسبت مستقيم با جرمشان دارد. هرچه جرم افزايش مي يابد نيروي جاذبه بين دو شيء بيشتر مي شود. اين قانون همچنين مي گويد كه نيروي جاذبه بين دو شيء نسبت عكس با فاصله بين دو شيء دارد. براي مثال اگر فاصله بين دو شيء دو برابر شود، نيروي جاذبه بين آنها يك چهارم نيروي منبع يا سرچشمه مي شود. معادله قانون نيوتن عبارت از:

 

قانون جاذبه نیوتن

جايي كه F1 نيروي جاذبه اعمال شده از طرف شیء 1 روی شیء 2 (و بالعکس برای F2) است، m1 و m2 جرم هاي اشيا هستند ، r2 مربع فاصله بين آنها و G عدد ثابتی است.

در ابتداي دهه 20 ميلادي دانشمندان متوجه شدند كه تنها يك حركت را كه نمي توان از نظر رياضي با استفاده از قانون نيوتن توضيح داد. آن هم يك اختلاف اندك در مدار سياره تیر در اطراف خورشيد بود. مدار تیر– مثل مدارهاي سيارات ديگر به شكل يك حلقه پهن بيضي شكل است. خورشيد به طور دقيق در مركز اين بيضي نيست. بنابراين يك نقطه در مدار تیر وجود دارد كه از همه نقاط ديگر آن به خورشيد نزديك تر است. اما محل نزديك ترين نقطه هر بار كه تیر به دور خورشيد مي گردد اندكي تغيير مي كند. ستاره شناسان به اين تغيير، تغيير جهت محور اطلاق مي كنند.

دانشمندان از قانون نيوتن استفاده كردند تا اين اختلاف را اندازه گيري كنند. مقدار محاسبه شده اندكي با مقدار مشاهده شده متفاوت بود.

نظريه جاذبه اينشتين

در سال 1915، آلبرت اينشتين، فيزيكدان آلماني الاصل، نظريه فضا، زمان و جاذبه را تحت عنوان نظریه نسبيت عام ارايه داد. نظريه اينشتين به طور كامل مسير تفكر دانشمندان را درباره نیروی جاذبه تغيير داد. اما اين نظريه به جاي اين كه قانون نيوتن را نقض كند آن را بسط داد.

در بسياري از موارد نظريه اينشتين نتايجي را به همراه داشت كه تنها اندكي با نتايجي كه بر پايه قانون نيوتن بود متفاوت بود. براي مثال موقعي كه اينشتين نظريه اش را براي محاسبه انحراف مدار تیر مورد استفاده قرار داد، نتيجه محاسبه او دقيقاً با حركت مشاهده شده منطبق بود. اين موضوع اولين تأييد نظريه اينشين 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.