تفاوت وزن در دنیاهای دیگر

جرم و وزن

پیش از این که به بررسی مفهوم گرانش بپردازم، بهتر است تعاریف جرم و وزن و تفاوت هایشان را یک بار مرور کنیم.اغلب این دو واژه به اشتباه به جای یکدیگر به کار برده می شوند، اما از دیدگاه اخترشناسان و فیزیک دانان این دو مفهوم تفاوت های عمده ای با هم دارند.

جرم یک جسم در واقع معیار سنجشی برای تعیین مقدار ماده تشکیل دهنده آن می باشد.هر جسمی که دارای جرم باشد دارای ویژگی به نام اینرسی نیز می باشد،برای نمونه زمانی که شما بخواهید یک سنگ را تکان دهید نیازمند صرف انرژی (انجام کار) هستید تا بتوانید آن را به حرکت در آورید و یا آن را از حرکت باز دارید.وقتی که سنگ ساکن است تمایل به حفظ حالت سکون دارد و زمانی که در حرکت است مایل به ادامه حرکت می باشد.ما می توانیم این قانون را برای تمامی اجرام اطراف خود گسترش دهیم.به بیان دیگر جرم معیاری است که مقدار اینرسی یک جسم را نمایان می سازد.

اما وزن چیزی کاملا متفاوت است.هر ذره در عالم که جرم داشته باشد، ذرات جرم دار دیگر را به سوی خود جذب می نماید.این نیرو به جرم اجسام و فاصله آنها از یکدیگر بستگی دارد، به عبارت دیگر با حاصل ضرب جرم آنها متناسب و با مجذور فاصله آن دو نسبت عکس دارد.البته برای اجرامی که ما در زندگی روز مره در اطراف خود می بینیم این نیرو بسیار اندک و نا محسوس است.اما اگر یکی از اجرام مانند زمین به اندازه کافی بزرگ باشد، این کمیت قابل اندازه گیری است.برای این کار کافی است بر روی یک ترازو بایستید. ترازو در واقع نیروی جاذبه بین شما و زمین و یا هر سیاره دیگری را نشان می دهد.این جاذبه همان وزن است.

حال اگر سوار بر یک فضا پیما به فضای بین ستاره ای سفر کنید، ترازو وزن شما را صفر نشان می دهد،به بیان دیگر شما در حالت بی وزنی به سر می برید.حال فرض کنید که یک میله آهنی در اطراف شما معلق است،آن را بر می دارید …باز هم بی وزن هستید.شاید این پرسش به ذهن شما خطور کند که آیا شما و میله آهنی بی جرم هستید؟

به طور قطع چنین نیست.اگر شما بخواهید میله آهنی را به حرکت در آورید باز هم آن را باید تکان دهید و برای انجام چنین کاری نیازمند صرف انرژی(انجام کار) هستید.نتیجه این که اینرسی وجود دارد،پس جرم نیز باید وجود داشته باشد، ولی خبری از وزن نیست.در این جا به آسانی می توانیم تفاوت بین جرم و وزن را دریابیم.

رابطه بین گرانش(جاذبه)، جرم و فاصله

همانطور که پیش از این نیز اشاره شد وزن شما با نیروی جاذبه بین شما و جسمی که بر روی آن ایستاده اید سنجیده می شود و این نیرو به جرم دو جسم و فاصله آنها از یکدیگر بستگی دارد، به بیان دیگر با حاصل ضرب جرم دو جسم متناسب و با مجذور فاصله آن دو نسبت عکس دارد.اگر جرم خود و یا جرم سیاره ای که بر روی آن ایستاده اید را دوبرابر نمایید مقدار نیروی جاذبه نیز دو برابر می شود.اما هر چقدر که از مرکز جسم فاصله می گیرید مقدار نیروی جاذبه کاهش می یابد.این مقدار کاهش به سرعت صورت می گیرد.یعنی اگر فاصله خود را با جسم دو برابر نمایید مقدار نیروی جاذبه به اندازه یک چهارم نسبت به قبل می شود.اگر فاصله سه برابر شود جاذبه یک نهم می شود و الی آخر…

در رابطه بالا M بزرگ جرم خورشید و m کوچک جرم سیاره است. r فاصله بین آنها می باشد که به توان ۲ رسیده و F نیروی گرانش است. در این جا فاصله بین دو جرم در مخرج کسر واقع شده است زیرا با افزایش فاصله میزان جاذبه کاهش می یابد،نیروی گرانش هیچ گاه صفر نمی شود ،حتی اگر دو جرم در دور ترین فاصله ممکن وجود داشته باشند. این فرمول برای اجرام دیگر نیز قابل استفاده است.

این قانون برای نخستین بار توسط دانشمند انگلیسی اسحاق نیوتن کشف شد.

شاید این تصور در ذهن شما وجود داشته باشد که سیاره عظیمی مانند مشتری از آنجا که ۳۱۸ برابر زمین جرم دارد ،پس وزن شما در آنجا ۳۱۸ برابر وزن تان در سیاره زمین است.اگر سیاره مشتری از لحاظ ابعاد با زمین برابر بود این موضوع حقیقت داشت.اما شعاع مشتری ۱۱ برابر شعاع زمین است.به عبارت دیگر شما یازده برابر از مرکز سیاره فاصله خواهید داشت.اگر بخواهیم این اعداد را در فرمول بالا جای گذاری کنیم، ۲۱۱ فاصله دو جسم است .در نتیجه وزن شما (نیروی جاذبه) ۲.۵۳ برابر بیشتر خواهد بود.

اما در دنیا های دیگر تفاوت ها به طور بارز تری خود نمایی می کنند. یک ستاره نوترونی جرمی برابر خورشید،اما ابعادی نزدیک به ابعاد شهر تهران دارد.از آنجاکه مخرج کسر به شدت کاهش می یابد و صورت آن فوق العاده زیاد می شود. در یک ستاره نوترونی وزن شما به طور باور نکردنی افزایش می یابد.

تمامی اجرام در عالم تحت تاثیر نیرویی جاودان به صورت پنهان با هم در ارتباط اند.چنان که تو قادر نخواهی بود ،شاخه گلی را به حرکت در آوری و ستاره ای را آشفته نسازی.

اسحاق نیوتن