Η Βαρύτητα

, βαρύτητα ονομάζεται η ιδιότητα των υλικών σωμάτων να έλκουν άλλα υλικά σώματα. Τα ελκόμενα σώματα κινούνται με επιταχυνόμενη κίνηση προς το έλκον σώμα. Οι έλξεις είναι αμοιβαίες. Το μέτρο της αντίστασης, που παρουσιάζει κάθε σώμα στη μεταβολή της κινητικής του κατάστασης, το ονομάζουμε μάζα του σώματος. Η δύναμη έλξης, που ονομάζεται βάρος, είναι μεγαλύτερη όταν τα σώματα είναι πλησιέστερα ή όταν έχουν μεγαλύτερη μάζα.

Η βαρύτητα στη γη έλκει τα υλικά σώματα και προκαλεί την πτώση τους στην επιφάνειά της όταν αφεθούν ελεύθερα. Επιπροσθέτως, η βαρύτητα είναι η αιτία της ύπαρξης της γης, του ήλιου και των άλλων αστρικών σωμάτων. Χωρίς αυτή δεν θα υπήρχε ζωή, όπως τη γνωρίζουμε σήμερα. Η βαρύτητα είναι επίσης υπεύθυνη για την τροχιά της γης και των υπόλοιπων πλανητών γύρω από τον ήλιο, την τροχιά της σελήνης γύρω από τη γη, τον σχηματισμό παλιρροιών και άλλα φυσικά φαινόμενα που παρατηρούμε.


Η δύναμη της βαρύτητας κρατά τους πλανήτες σε τροχιά γύρω από τον ήλιο. (Η εικόνα δεν βρίσκεται σε κλίμακα)Η βαρύτητα είναι μία από τις τέσσερις βασικές αλληλεπιδράσεις στη φύση. Οι άλλες τρεις είναι η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η ασθενής πυρηνική και η ισχυρή πυρηνική. Η βαρύτητα είναι η πιο αδύναμη από τις τέσσερις αλληλεπιδράσεις, αλλά δρα σε μεγάλες αποστάσεις και είναι πάντοτε ελκτική.



[Επεξεργασία] Η ιστορία της βαρυτικής θεωρίας
Υπήρξαν πολλές θεωρίες για την βαρύτητα από την εποχή του Έλληνα φιλόσοφου Αριστοτέλη τον 4ο αιώνα π.Χ.. Πίστευε πως δεν υπήρχε δράση χωρίς αιτία και επομένως δεν υπήρχε κίνηση χωρίς κάποια δύναμη. Συμπέρανε ότι όλα τα αντικείμενα προσπαθούσαν να κινηθούν προς την κατάλληλη θέση τους στις κρυστάλλινες ουράνιες σφαίρες και ότι τα σώματα έπεφταν προς το κέντρο της γης ανάλογα με το βάρος τους. Το 628, ο Ινδός αστρονόμος Βραχμαγκούπτα (Brahmagupta) ήταν ο πρώτος που διαπίστωσε πως η βαρύτητα ήταν μια ελκτική δύναμη. Εξηγούσε πως "τα σώματα πέφτουν προς τη γη καθώς είναι στη φύση της γης να έλκει σώματα, όπως είναι στη φύση του νερού το να ρέει". Ο Σανσκριτικός όρος που χρησιμοποιούσε για τη βαρύτητα, 'gurutvā-karṣaṇam', σήμαινε 'η έλξη του βάρους'. Ο Βραχμαγκούπτα επίσης υιοθέτησε το ηλιοκεντρικό σύστημα για την βαρύτητα, το οποίο είχε νωρίτερα αναπτύξει ο Αριαμπιάτα (Aryabhata) το 499.

Εργαζόμενος πάνω σε αυτές τις ιδέες, το 1687 ο Άγγλος μαθηματικός Σερ Ισαάκ Νεύτων (Sir Isaac Newton) δημοσίευσε το διάσημο έργο του "Principia" ("Μαθηματικές αρχές της Φυσικής Φιλοσοφίας"), στο οποίο και διατυπώθηκε το πρώτο αξίωμα για την βαρύτητα, το οποίο είχε παγκόσμια ισχύ γραμμένο στη λατινική γλώσσα. Όπως το έθεσε ο ίδιος, "Συμπέρανα ότι οι δυνάμεις που συγκρατούν τους πλανήτες στην τροχιά τους πρέπει να είναι αντιστρόφως (ανάλογες) ως προς τα τετράγωνα των αποστάσεων από τα κέντρα γύρω από τα οποία περιφέρονται· και εξ αυτού συνέκρινα τη δύναμη που απαιτείται για να συγκρατεί τη Σελήνη στην τροχιά της με την ισχύ της βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης. Και τις βρήκα να συμφωνούν με ικανοποιητική προσέγγιση". Οι περισσότεροι σύγχρονοι μη-σχετικιστικοί υπολογισμοί για τη βαρύτητα βασίζονται στο έργο του Νεύτωνα.

[Επεξεργασία] Ο παγκόσμιος βαρυτικός νόμος του Νεύτωνα
Ο νόμος του Νεύτωνα για τη βαρύτητα διατυπώνεται ως εξής:

Κάθε σώμα στο σύμπαν έλκει κάθε άλλο σώμα με δύναμη ανάλογη του γινομένου των μαζών τους και αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της απόστασης του κέντρου μάζας τους.

όπου

F: το μέτρο της βαρυτικής δύναμης.
: η παγκόσμια βαρυτική σταθερά .
m1, m2: οι μάζες των σωμάτων.
r: η απόσταση μεταξύ των κέντρων μάζας των σωμάτων.
[Επεξεργασία] Η βαρύτητα στη Γη
Κάθε πλανήτης, συμπεριλαμβανομένης και της Γης, έχει τα δικά του χαρακτηριστικά όσον αφορά τη δύναμη της βαρύτητας και το μέτρο αυτής διαφοροποιείται (συνήθως μετράται στο επίπεδο της επιφάνειας του κάθε πλανήτη). Η επιτάχυνση εξαιτίας της δύναμης της βαρύτητας στη γη είναι ίση με 9.81 m/s² και συμβολίζεται με το γράμμα g. Αυτό σημαίνει ότι, αγνοώντας την αντίσταση του αέρα, για ένα αντικείμενο, που εκτελεί ελεύθερη πτώση κοντά στην επιφάνεια της γης, η ταχύτητα του θα αυξάνεται με ρυθμό 9,81 m/s για κάθε δευτερόλεπτο της πτώσης του. Έτσι, ένα αντικείμενο από κατάσταση ηρεμίας και αφού αφεθεί ελεύθερο θα έχει ταχύτητα 9,81 m/s μετά από ένα δευτερόλεπτο, 19,62 m/s μετά από δύο δευτερόλεπτα, κ.ο.κ. Το σώμα που εκτελεί ελεύθερη πτώση ασκεί και αυτό με τη σειρά του στη Γη δύναμη ανάλογου μέτρου και αντίθετης φοράς με αυτή που του ασκεί η ίδια, κάτι το οποίο σημαίνει πως η Γη επιταχύνεται προς το σώμα. Όμως, εξαιτίας της τεράστιας μάζας της Γης (και της συνεπακόλουθης αδράνειάς της) σε σχέση με το σώμα, η επιτάχυνση αυτή είναι αμελητέα.