نیروی گرانش چیست؟ | بررسی نیروی جاذبه زمین به زبان ساده

تا به حال فکر کرده‌اید چرا وقتی چیزی را رها می‌کنید، همیشه به سمت زمین می‌افتد؟ یا چرا ماه در آسمان دور زمین می‌چرخد و فرار نمی‌کند؟ همه این اتفاق‌ها به خاطر نیرویی به نام نیروی گرانش است. گرانش همان نیروی است که به خاطر آن روی زمین می‌مانیم و راه می‌رویم و در هوا معلق نمی‌شویم! حتی باعث می‌شود دریاها سرجایشان باشند و سیارات دور خورشید بچرخند. اگر گرانش وجود نداشت، هیچ چیز ثابت نمی‌ماند و همه‌چیز در فضا پراکنده می‌شد.

در ادامه این مطلب آموزشی مجموعه مدارس سلام با داستان کشف این نیرو و راز ارتباط زمین و ماه آشنا می‌شوید و فرمول نیروی گرانش و نکات مهمی را می‌آموزید.

نیروی گرانشی زمین چیست؟

گرانش نیرویی است که هر جسمی را به سمت جسم دیگر می‌کشد، مثل دستی نامرئی که همه‌چیز را به هم وصل کرده است.
البته این نیرو فقط وقتی حس می‌شود که یکی از جسم‌ها خیلی بزرگ باشد، مثلاً مثل زمین، ماه یا خورشید. به همین دلیل ما روی زمین گرانش را احساس می‌کنیم اما بین دو مداد روی میز چنین کششی را نمی‌بینیم، چون جرمشان خیلی کم است.

نیروی گرانش همیشه به سمت مرکز جسم وارد می‌شود. به عبارتی، همان‌طور که زمین همه ما را به سمت مرکز خودش می‌کشد، باعث می‌شود روی زمین بایستیم و هنگام پرش دوباره پایین بیاییم. وزن ما هم در واقع نتیجه همین گرانش است. وقتی می‌گوییم کسی وزنش زیاد یا کم است، یعنی نیرویی که زمین بر او وارد می‌کند چقدر است.

رابطه ساده‌ای برای محاسبه آن وجود دارد:

وزن (بر حسب نیوتن) = جرم (بر حسب کیلوگرم) × شتاب گرانش (بر حسب نیوتن بر کیلوگرم)

برخی از نکات کلیدی دیگری که برای بهتر به خاطر سپردن پاسخ « نیروی گرانش زمین چیست؟» نیاز دارید بدانید، به این ترتیب هستند:

• به هر اندازه هم که یک جسم از زمین دور باشد، هیچوقت نیروی گرانش به 0 نخواهد رسید!
• فردی که روی زمین 100 کیلوگرم دارد، روی ماه تنها 17 کیلوگرم خواهد بود.
• روی زمین مقدار g حدود ۱۰ نیوتن بر کیلوگرم است. 
• این یعنی هرچه جرم جسم بیشتر باشد، نیروی کششی که زمین بر آن وارد می‌کند هم قوی‌تر است.

برای همین اگر یک توپ فوتبال و یک سنگ بزرگ را بیندازیم، زمین هر دو را به سمت خودش می‌کشد، اما وزن سنگ بیشتر است چون جرم آن بیشتر است.

نکته جالب: فاصله کره زمین و ماه به حدود 38400 کیلومتر می‌رسد و با این وجود بین آن‌ها گرانش وجود دارد.

پیشنهاد مطالعه: جرم چیست؟

مثال برای نیروی گرانشی

• وقتی سیبی از درخت جدا می‌شود و به زمین می‌افتد، نیروی گرانش زمین آن را پایین می‌کشد.
• ماه به دور زمین می‌چرخد چون نیروی گرانش زمین آن را در مدارش نگه می‌دارد.
• وقتی توپ را به بالا پرتاب می‌کنیم، گرانش باعث می‌شود دوباره به سمت زمین برگردد.
• گرانش ماه باعث جزر و مد در آب اقیانوس‌های زمین می‌شود.
• خورشید با نیروی گرانش خود سیارات منظومه شمسی را در مدارشان نگه می‌دارد.
• نیرویی که باعث می‌شود یک توپ یا چرخ به راحتی از سراشیبی به سمت پایین حرکت کند.

فرمول نیروی گرانش

فرمول کلی نیروی گرانش که نیوتن آن را کشف کرد، به این شکل نوشته می‌شود:

در این فرمول هر یک از مقادیر بر این اساس مشخص می‌شوند:

• F به معنای نیروی گرانش بین دو جسم است (بر حسب نیوتن N).
• G ثابت جهانی گرانش است که همیشه مقدارش برابر با Nm^۲ / Kg^۲ G = ۶.۶۶۷۴۳۰ × ۱۰^-۱۱ است.
• m₁ و m₂ جرم دو جسم هستند (بر حسب کیلوگرم).
• r فاصله بین مرکز دو جسم است (بر حسب متر).

در نتیجه فرمول نیروی گرانش به جرم اجسام و فاصله بین آن‌ها بستگی دارد. هرچه جرم جسم‌ها بیشتر باشد، نیروی گرانش بینشان هم بیشتر می‌شود و هرچه فاصله‌شان از هم زیاد شود، این نیرو خیلی سریع ضعیف‌تر می‌شود چون در مخرج فرمول، فاصله به توان دو رسیده است.
به طور مثال، زمین و ماه به خاطر جرم زیادشان نیروی گرانش قوی‌ای دارند که باعث می‌شود ماه در مدار خود بماند. اما اگر همین فاصله بیشتر شود، کشش میان آن‌ها کم می‌شود و ماه ممکن است از مدارش دور شود. به همین دلیل گرانش مانند رشته‌ای ناپیدا عمل می‌کند که اجسام را در تعادلی دقیق نگه می‌دارد تا همه‌چیز در جهان سر جای خودش باشد.

قانون جاذبه نیوتن

نیوتن کسی بود که راز بزرگ افتادن اجسام و چرخیدن ماه را کشف کرد. او فهمید نیرویی وجود دارد که همه چیز را به سمت هم می‌کشد، از سیب روی درخت گرفته تا ماهی که در آسمان می‌چرخد. این نیرو همان گرانش است.

نیوتن متوجه شد نیرویی که باعث می‌شود شما وقتی توپ را رها می‌کنید روی زمین بیفتد، همان نیرویی است که ماه را دور زمین نگه می‌دارد. او حساب کرد که چون ماه خیلی دورتر از زمین است، این نیروی کشش روی آن خیلی ضعیف‌تر است، درست مثل وقتی که آهن‌ربا را از فاصله زیاد به سمت سنجاق می‌برید و دیگر قدرتش کم می‌شود.

قانون گرانش نیوتن خیلی ساده می‌گوید:

• هر چیزی در جهان هر چیز دیگر را جذب می‌کند.
• هر چه جرم جسم‌ها بیشتر باشد، نیروی گرانش بینشان قوی‌تر است.
• هر چه فاصله بیشتر شود، این نیرو ضعیف‌تر می‌شود.

به خاطر همین قانون، زمین و ماه همیشه یکدیگر را می‌کشند. زمین ماه را در مدارش نگه می‌دارد و ماه هم با نیروی خودش باعث جزر و مد در دریاها می‌شود.

پیشنهاد مطالعه: نیروی اصطکاک چیست؟

تفاوت گرانش و جاذبه

در مجموع تفاوت چندانی بین نیروی گرانشی و جاذبه وجود ندارد و حتی بسیاری از افراد آن‌ها را یکی می‌دانند. اما در واقع تفاوت کوچکی میان آن‌ها وجود دارد. گرانش یک قانون علمی است که توضیح می‌دهد چطور همه اجسام، بسته به جرمشان، همدیگر را جذب می‌کنند. اما جاذبه به نیرویی گفته می‌شود که زمین به سمت خودش وارد می‌کند و باعث می‌شود ما و همه‌چیز روی سطح آن بمانیم.

به بیان ساده، گرانش قانون کلی است که در کل جهان کار می‌کند و جاذبه فقط نمونه‌ای از آن در اطراف زمین است. برای مثال وقتی طبق نظریه معروف و اتفاقی که نیوتن تجربه کرد، زمین سیب را پایین می‌کشد، آن نیرو را «جاذبه زمین» می‌نامیم که در حقیقت همان گرانش در مقیاس کوچکتر است. در نتیجه، گرانش موضوعی کلی‌تر و جاذبه کمی جزئی‌تر است.

پیشنهاد مطالعه: جرم چیست؟

چه چیزی باعث جاذبه زمین میشود؟

جاذبه زمین از جرم زیاد آن به وجود می‌آید. هرچه جرم یک جسم بیشتر باشد، نیروی گرانش آن هم قوی‌تر است. در واقع از آنجایی که زمین جرم بسیار بزرگی دارد، نیروی کششی شدیدی به سمت مرکز خود ایجاد می‌کند. به طور کلی بدون این جاذبه، حرکت کردن، ایستادن و حتی نفس کشیدن در زمین ممکن نبود، چون هیچ چیزی جای ثابتی نداشت و همه‌چیز در هوا شناور می‌ماند.

نیروی جاذبه تا چند کیلومتری زمین است؟

این نیرو پایان ندارد! به عبارتی، نیروی جاذبه زمین تا فاصله خیلی زیادی از سطح آن ادامه دارد و هیچ مرز مشخصی ندارد، اما هرچه از زمین دورتر شویم، قدرت این نیرو کمتر می‌شود.
حتی در فضا هم گرانش زمین وجود دارد، ولی در فاصله‌هایی مثل مدار ماه یا ایستگاه فضایی بین‌المللی، این نیرو بسیار ضعیف‌تر از سطح زمین است.

تمرین نیروی گرانش

۱. یک تخته چوبی روی دو پایه قرار گرفته است و 30 کیلوگرم وزن دارد. هر پایه چه قدر از وزن را حفظ می‌کند؟

سخن پایانی

در نهایت، نیروی گرانشی یا نیروی جاذبه یکی از مهمترین نیروها در زندگی و کره زمین است که همه‌چیز را ثابت و بدون معلق شدن در هوا حفظ می‌کند. این نیرو باعث می‌شود زمین و سیارات در مدار خورشید بمانند، ماه دور زمین بچرخد و ما محکم روی سطح زمین بایستیم. به این ترتیب جلوی هرج و مرج و آشفتگی را می‌گیرد و نظم کره زمین را رقم می‌زند. اگر وجود نداشت، نه زمینی بود که بر آن زندگی کنیم و نه آسمانی که در آن ستاره‌ها بدرخشند.

سؤالات متداول

1. بیشترین جاذبه زمین در کجاست؟
   بیشترین نیروی جاذبه زمین در سطح اقیانوس قطب شمال قرار دارد. در این نقطه، شتاب گرانشی به حدود 9.8337 متر بر مجذور ثانیه می‌رسد.
2. ایا جاذبه زمین در همه جا یکسان است؟
   به طور کلی این جاذبه حدود 9.8 است، اما در برخی از نقاط جهان به میزان بسیار ناچیزی متفاوت می‌شود. در خارج از این کره، تفاوت چشمگیرتر است و برای مثال در ماه به حدود 1.6 می‌رسد.
3. نام دیگر نیروی گرانشی چیست؟
   نام دیگر نیروی گرانشی، نیروی جاذبه است.
4. نیروی جاذبه زمین یک نیروی جای خالی است؟
   این نیرو، یک نیروی گرانشی به حساب می‌آید.