تبلیغات
فیزیک - گرانش
 
فیزیک
درباره وبلاگ


هر چیزی كه از فیزیك می خوای بدونی اینجا پیدا می كنی .

مدیر وبلاگ : سوسن
نویسندگان
نظرسنجی
بیشتر به دنبال چه مطالبی می گردید ؟؟؟








آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

گرانش، نیروی جاذبه ایست كه بین همه اجرام، به خاطر جرمشان، وجود دارد. جرم یك جسم، مقدار ماده آن است. به دلیل وجود گرانش، جرمی كه در نزدیك زمین قرار گیرد به سمت سطح این سیاره سقوط می كند. جرمی كه در سطح زمین است نیز نیرویی به سمت پائین را به دلیل گرانش تجربه می كند. ما این نیرو را در بدن خود به شكل وزن تجربه می كنیم. گرانش، گازهای تشكیل دهنده خورشید را در كنار هم نگاه می دارد و باعث می شود سیارات در مدار خود به دور خورشید قرار داشته باشند.

مردم، قرنها در مورد گرانش دچار اشتباه بودند. در سال 300 قبل از میلاد مسیح، فیلسوف و دانشمند یونانی، ارسطو، بر اساس یك باور اشتباه فكر می كرد كه اجرام سنگین سریعتر از اجرام سبك سقوط می كنند. این باور تا اوایل 1600 میلادی همچنان در بین مردم پابرجا بود تا اینكه دانشمند ایتالیایی، گالیله این باور را اصلاح نمود. گالیله گفت كه شتاب همه اجرام به هنگام سقوط با هم برابر است مگر اینكه مقاومت هوا یا نیروهای دیگری بر آن تاثیر بگذارد. شتاب یك جرم، مقدار تغییر در سرعت آن جرم است. بنابراین اگر یك جرم سنگین و یك جرم سبك را همزمان با هم از یك ارتفاع پرتاب كنیم در یك زمان به زمین می رسند.

بقیه مقاله در ادامه مطلب


گرانش، نیروی جاذبه ایست كه بین همه اجرام، به خاطر جرمشان، وجود دارد. جرم یك جسم، مقدار ماده آن است. به دلیل وجود گرانش، جرمی كه در نزدیك زمین قرار گیرد به سمت سطح این سیاره سقوط می كند. جرمی كه در سطح زمین است نیز نیرویی به سمت پائین را به دلیل گرانش تجربه می كند. ما این نیرو را در بدن خود به شكل وزن تجربه می كنیم. گرانش، گازهای تشكیل دهنده خورشید را در كنار هم نگاه می دارد و باعث می شود سیارات در مدار خود به دور خورشید قرار داشته باشند.

مردم، قرنها در مورد گرانش دچار اشتباه بودند. در سال 300 قبل از میلاد مسیح، فیلسوف و دانشمند یونانی، ارسطو، بر اساس یك باور اشتباه فكر می كرد كه اجرام سنگین سریعتر از اجرام سبك سقوط می كنند. این باور تا اوایل 1600 میلادی همچنان در بین مردم پابرجا بود تا اینكه دانشمند ایتالیایی، گالیله این باور را اصلاح نمود. گالیله گفت كه شتاب همه اجرام به هنگام سقوط با هم برابر است مگر اینكه مقاومت هوا یا نیروهای دیگری بر آن تاثیر بگذارد. شتاب یك جرم، مقدار تغییر در سرعت آن جرم است. بنابراین اگر یك جرم سنگین و یك جرم سبك را همزمان با هم از یك ارتفاع پرتاب كنیم در یك زمان به زمین می رسند.
قوانین گرانش نیوتونی

ستاره شناسان در گذشته توانستند حركات ماه و سیارات بر فراز آسمان را اندازه گیری كنند. با این حال تا اوایل سال 1600، هیچیك نتوانستند به درستی این حركات را توضیح دهند. در آن زمان، ایزاك نیوتون دانشمند انگلیسی، ارتباطی را بین حركات اجرام سماوی و نیروی جاذبه زمین توصیف نمود.

در سال 1665، زمانیكه نیوتون 23 ساله بود، سقوط یك سیب این سوال را در ذهن او ایجاد كرد كه نیروی گرانش زمین تا چه فاصله ای تاثیر گذار است. نیوتون كشف خود را در سال 1687 به نام "ریشه های ریاضی در فلسفه طبیعت " تشریح نمود. نیوتون به كمك قوانین حركت سیارات كه توسط ستاره شناس آلمانی یوهانس كپلر كشف شده بود، نشان داد كه چگونه نیروی گرانش خورشید با افزایش فاصله كاهش می یابد. او سپس فرض كرد كه گرانش زمین نیز به روشی مشابه در فواصل دور كاهش می یابد. نیوتون می دانست كه گرانش زمین، ماه را در مدار خود قرار داده است و مقدار گرانش زمین در آن فاصله را اندازه گیری كرد. او به كمك فرض خود، بزرگی گرانش در سطح زمین را به دست آورد. عدد به دست آمده، بزرگی همان نیرویی بود كه سیب را به زمین كشاند.

قانون گرانش نیوتون می گوید كه نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط مستقیم با جرم آن دو دارد. یعنی هر چه جرم آنها بیشتر باشد، نیروی گرانش بین آن دو بیشتر است. این قانون همچنین می گوید كه نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط عكس با فاصله بین دو جرم به توان دو دارد. برای مثال اگر فاصله بین دو جرم دو برابر شود، نیروی گرانش بین آنها یك چهارم می شود. فرمول قانون نیوتون به صورت F=m1m2/d2 می باشد كه در آن F نیروی گرانش بین دو جرم، m1 و m2 مقدار مواد دو جرم و d2 فاصله بین دو جرم به توان دو است.

تا اوایل 1900، دانشمندان تنها یك حركت را مشاهده كرده بودند كه بر اساس قانون نیوتون قابل توضیح نبود و آن جابجایی كوچكی در مدار عطارد به دور خورشید بود. مدار عطارد، مانند مدار دیگر سیارات بیضی شكل است. خورشید درست وسط این بیضی قرار ندارد. به همین دلیل یك نقطه در این مدار نسبت به دیگر نقاط آن به خورشید نزدیكتر است. اما مكان این نقطه در هر بار گردش سیاره به دور خورشید اندكی تغییر می كند. دانشمندان به این جابجایی، سبقت سیاره می گویند. دانشمندان از قانون نیوتون برای محاسبه این جابجایی استفاده كردند اما نتیجه معادله با آنچه كه مشاهده می شود اندكی متفاوت است.
تئوری گرانش انیشتین

در سال 1915، آلبرت انیشتین، فیزیكدان متولد آلمان، تئوری فضا-زمان-گرانش یا تئوری نسبیت عام را معرفی كرد. تئوری انیشتین طرز فكر دانشمندان به گرانش را به كلی دگرگون كرد. البته این تئوری، قانون نیوتون را رد نكرد بلكه آنرا گسترش داد. در بیشتر موارد، نتیجه ای كه از تئوری نسبیت حاصل می شد، اندكی با نتیجه به دست آمده از قانون نیوتون متفاوت بود. برای مثال، انیشتین از تئوری خود برای اندازه گیری سبقت مداری سیاره عطارد استفاده كرد و نتیجه به دست آمده درست برابر با مشاهدات بود. این نخستین آزمون برای تائید تئوری نسبیت عام به حساب آمد.

تئوری انیشتین بر اساس دو چیز استوار بود. اول، ماهیتی به نام فضا-زمان و دوم قانونی كه به نام اصل هم ارزی شناخته می شود.
فضا-زمان

در ریاضیات پیچیده نسبیت، زمان و فضا از هم جدا نیستند. در عوض، فیزیكدانان به مجموعه ای از زمان و فضای سه بعدی شامل طول، عرض و ارتفاع، فضا-زمان می گویند. انیشتین چنین بیان كرد كه ماده و انرژی می توانند با ایجاد انحنا در فضا-زمان، شكل آنرا تغییر دهند و گرانش در واقع تاثیر این انحنا در فضا-زمان می باشد.

اصل هم ارزی می گوید كه تاثیرات گرانش و تاثیرات شتاب با هم برابرند. برای درك این اصل، تجسم كنید كه شما در سفینه ای هستید كه به هیچ جرم آسمانی نزدیك نیست. بنابراین سفینه شما تحت تاثیر هیچ گونه نیروی گرانشی قرار ندارد. فرض كنید كه سفینه شما به سمت جلو می رود اما شتاب ندارد. به بیانی دیگر، سفینه شما با سرعتی ثابت و در جهتی ثابت حركت می كند. اگر شما توپی را بیرون بگیرید و رها كنید، توپ سقوط نخواهد كرد. در عوض، در كنار شما معلق خواهد ماند.

اما فرض كنید كه سفینه شما با افزایش سرعت، شتاب بگیرد. در این هنگام توپ ناگهان به سمت پائین سفینه سقوط خواهد كرد دقیقا مانند زمانیكه تحت تاثیر گرانش قرار بگیرد.
پیش بینی های نسبیت عام

از زمانیكه محاسبه سبقت مداری عطارد، تئوری نسبیت را تائید نمود، مشاهدات زیادی برای بررسی پیش بینی های تئوری نسبیت انجام گرفت. برخی از نمونه ها عبارتند از: انحراف پرتوهای نور و امواج رادیویی، وجود امواج گرانش و سیاه چاله ها و گسترش كائنات.
انحراف پرتوهای نور

تئوری انیشتین پیش بینی می كرد كه گرانش می تواند مسیر پرتوهای نور را هنگامیكه از نزدیك یك جرم سنگین عبور می كنند دچار انحراف كند. انحراف به این دلیل به وجود می آید كه اجرام، فضا-زمان را دچار انحنا می كنند. خورشید به قدری سنگین هست كه بتواند پرتوهای نور را منحرف نماید و دانشمندان در سال 1919، در حین یك كسوف كامل توانستند این پیش بینی را تائید كنند.

این تئوری همچنین پیش بینی كرد كه خورشید امواج رادیویی را منحرف كرده و سرعت آنها را كاهش می دهد. دانشمندان با اندازه گیری انحرافی كه خورشید در امواج رادیویی ارسال شده توسط كوازارها (اجرام بسیار بسیار قدرتمند كه در مركز برخی كهكشانها قرار دارند) ایجاد می كند این پیش بینی را نیز تائید كردند.

محققین تاخیر امواجی كه از كنار خورشید عبور می كردند را با ارسال سیگنالهایی بین زمین و فضاپیمای وایكینگ كه در سال 1976 به مریخ رسید، اندازه گیری كردند. آن اندازه گیریها همچنان یكی از پر ارزش ترین تائیدیه های تئوری نسبیت به حساب می آیند.
امواج گرانشی

تئوری نسبیت نشان داد كه اجرام سنگینی كه به دور یكدیگر در چرخشند، امواجی را به نام امواج گرانشی منتشر می كنند. از سال 1974، دانشمندان حضور این امواج را به طور غیر مستقیم با مشاهده اجرامی به نام تپ اختر دوتایی تائید كرده اند. تپ اختر دوتایی نوعی ستاره نوترونی است كه با سرعت بسیار زیاد به دور جرمی مشابه خود اما كوچكتر و غیر قابل مشاهده می چرخد. ستاره نوترونی متشكل از سلولهای نوترون، ذره ای كه به طورمعمول تنها در هسته اتمها یافت می شود، می باشد.

یك تپ اختر ، دو موج رادیویی را در دو جهت مخالف هم منتشر می كند. با چرخش ستاره حول محور خود، موجها مانند پرتوهای نور یك نورافكن در فضا پخش می شوند. اگر یكی از این امواج رادیویی به زمین برسد، تلسكوپهای رادیویی این موج را به صورت یك سری پالس دریافت می كنند. با مشاهده دقیقتر تغییرات پالسهای یك تپ اختر دوتایی، دانشمندان می توانند دوره مداری (زمانیكه دو ستاره یك دور كامل در مدار خود می زنند) آن را تخمین بزنند.

مشاهدات تپ اختر دوتایی PSR 1913+16 نشان داد كه دوره مداری آن كاهش می یابد و ستاره شناسان این مقدار كاهش را اندازه گیری كردند. دانشمندان همچنین از معادلات نسبیت عام برای محاسبه مقدار كاهش دوره مداری، در صورت انتشار امواج گرانشی، استفاده كردند. مقدار محاسبه شده دقیقا برابر با مقدار اندازه گیری شده بود.
سیاهچاله ها

تئوری انیشتین حضور اجرامی به نام سیاهچاله ها را پیش بینی كرد. سیاهچاله منطقه ای در فضا است كه نیروی گرانش آن اجازه گریز به هیچ چیز حتی پرتوهای نور را نمی دهد. محققان مدارك مستدلی در دست دارند كه نشان می دهد اغلب ستارگان سنگین در نهایت به سیاهچاله تبدیل می شوند و بیشتر كهكشانها دارای یك سیاهچاله عظیم الجثه در مركز خود می باشند.
گسترش كائنات

انیشتین در سال 1917، مقاله نسبیت عام را كه مطالعه ای بر كل كیهان بود ارائه نمود. بر اساس این تئوری، كائنات یا در حال گسترش است و یا در حال انقباض. در آن سال دانشمندان مدارك قاطعی برای پذیرفتن هیچ یك از آن دو حالت در دست نداشتند. انیشتین برای پیشگیری از بروز مخالفت دیگران با تئوری نسبیت عام، عاملی به نام ثابت كیهانی را به تئوری خود افزود. ثابت كیهانی، دفع هر ذره در فضا توسط ذرات اطرافش، برای پیشگیری از انقباض جهان می باشد.

بالاخره در سال 1929، ستاره شناس آمریكایی ادوین هابل (Edwin Hubble) كشف كرد كه كهكشانهای دوردست در حال دور شدن از زمین می باشند و هر چه فاصله كهكشان از زمین بیشتر است سرعت دور شدن آن نیز بیشتر است. كشف هابل نشان داد كه دنیا در حال انبساط است. در پی این اكتشاف و تائید آن توسط مشاهدات ستاره شناسان دیگر، انیشتین ثابت كیهانی را از تئوری خود حذف نمود و آن را بزرگترین اشتباه خود توصیف كرد.

كشف گسترش كائنات به همراه مشاهدات دیگر، منجر به شكل گیری تئوری منشا كائنات یعنی تئوری بیگ بنگ یا مهبانگ شد. بر اساس این تئوری، جهان در پس یك انفجار مهیب آغاز شده است. در آغاز، كل جهانی كه ما امروز در این ابعاد و اندازه می بینیم، به كوچكی یك تیله بوده است. سپس مواد شروع به گسترش كرده و این گستردگی تا به امروز ادامه یافته است.

انرژی تاریك

گرچه انیشتین ثابت كیهانی را بزرگترین اشتباه خود خواند اما شاید این عامل یكی از بزرگترین دستاوردهای مطالعات او باشد. اندازه گیریهایی كه در سال 1998 گزارش شدند نشان می دهند كه جهان با سرعت بیشتر و بیشتری رو به گسترش است. به علاوه، سرعت گسترش همانطور كه در نسبیت عام با ثابت كیهانی محاسبه شده بود، افزایش یافته است.

تا قبل از انتشار گزارشات، ستاره شناسان همگی فكر می كردند كه از سرعت گسترش به دلیل وجود گرانش بین كهكشانها، كاسته شده است. اندازه گیریها نشان دادند كه انفجارهای ابر نواختر در كهكشانهای دور دست، كم نور تر از آن هستند كه انتظار می رود بنابراین كهكشانها دورتر از آن هستند كه ما تصور می كنیم. اما این كهكشانها فقط در صورتی می توانند چنین فاصله دوری از ما داشته باشند كه افزایش سرعت گسترش از گذشته آغاز شده باشد.

ستاره شناسان به این نتیجه دست یافته اند كه افزایش سرعت گسترش كائنات وابسته به عاملی است كه بر خلاف گرانش عمل می كند. این عامل ممكن است ثابت كیهانی و یا چیزی به نام انرژی تاریك باشد. دانشمندان هنوز به یك تئوری برای وجود انرژی تاریك نرسیده اند اما آنها می دانند كه چقدر از آن احتمالا در دنیا وجود دارد. مقدار انرژی تاریك كائنات حدودا دو برابر مقدار ماده در آن است.

ماده در جهان شامل دو نوع است: ماده مرئی و ماده اسرار آمیزی به نام ماده تاریك. دانشمندان از تركیب بندی ماده تاریك بی اطلاعند. اما اندازه گیریهای حركت ستارگان و ابرهای گاز در كهكشانها دانشمندان را وادار به باور نمودن وجود چنین ماده ای كرده است. این اندازه گیریها نشان داده اند كه جرم كهكشانها چندین بار بیشتر از جرم اجرام مرئی در آنها است. همه این مشاهدات بیانگر این هستند كه مقدار ماده تاریك در كائنات 30 برابر ماده مرئی در آن است.
گرانش و سن جهان

مشاهدات دیگری كه انجام گرفته اند نشان دادند كه تئوری نسبیت عام در همه جای كائنات كاربرد دارد. كیهان شناسان عمر جهان را به كمك معادلات نسبیت عام، میزان سرعت گسترش جهان و مقدار تخمینی ماده و انرژی تاریك محاسبه كردند. مقدار محاسبه شده، حدودا 14 بیلیون سال، با نتایج به دست آمده توسط دو روش دیگر محاسبه عمر جهان یعنی محاسبه بر اساس تكامل ستارگان و محاسبه بر اساس نیمه عمر رادیواكتیو ستارگان پیر، همخوانی داشت.
تكامل ستارگان

همراه با رشد و تكامل ستاره،  دمای سطحی و نورانیت آن به روش كاملا شناخته شده ای تغییر می كند. ستاره شناسان می توانند با اندازه گیری دمای سطحی و نورانیت یك ستاره، سن آن را تشخیص دهند. با بهره گیری از این روش، پیر ترین ستاره ای كه تا كنون ستاره شناسان پیدا كرده اند حدود 13 بیلیون سال عمر دارد.

نیمه عمر رادیو اكتیو بر اساس این واقعیت است كه عناصر شیمیایی مشخص، دچار تجزیه رادیواكتیو می شوند. در تجزیه رادیواكتیو، یك ایزوتوپ از یك عنصر به ایزوتوپ عنصری دیگر تبدیل می شود. ایزوتوپ های رادیواكتیو با سرعت مشخص و شناخته شده ای تجزیه می شوند.

در سال 2001، دانشمندانی كه در شیلی، با تلسكوپ بزرگ رصدخانه اروپای جنوبی كار می كردند، با تكنیك نیمه عمر رادیواكتیو، ستاره ای پیر در كهكشان راه شیری را مورد مطالعه قرار دادند. محققان اورانیوم 238 كه شامل 92 پروتون و 146 نوترون است را بررسی كردند. دانشمندان می دانستند كه آن ستاره در زمان شكل گیری شامل چه مقدار اورانیوم بوده است. آنها مقدار اورانیوم فعلی آن را اندازه گیری كردند. آنان با استفاده از اطلاعات به دست آمده و محاسبات، عمر این ستاره را به دست آوردند. به احتمال خیلی زیاد آن ستاره 5/12 بیلیون سال عمر دارد، بنابراین عمر جهان احتمالا از آن بیشتر است. محاسبه عمر چندین ستاره پیر دیگر نیز تقریبا به همین نتیجه ختم شد.





نوع مطلب : كوانتوم و فیزیک جدید، 
برچسب ها :

       نظرات
پنجشنبه 11 مرداد 1386
سوسن