गुरुत्वाकर्षण (भौतिकी): यह क्या है और यह क्यों महत्वपूर्ण है?

भौतिकी के एक छात्र को भौतिकी में गुरुत्वाकर्षण का दो अलग-अलग तरीकों से सामना करना पड़ सकता है: जैसे त्वरण के कारण due पृथ्वी या अन्य खगोलीय पिंडों पर गुरुत्वाकर्षण, या में किन्हीं दो वस्तुओं के बीच आकर्षण बल के रूप में ब्रम्हांड। वास्तव में गुरुत्वाकर्षण प्रकृति की सबसे मौलिक शक्तियों में से एक है।

सर आइजैक न्यूटन ने दोनों का वर्णन करने के लिए कानून विकसित किए। न्यूटन का दूसरा नियम (एफ_जाल = मा) किसी वस्तु पर कार्य करने वाले किसी भी शुद्ध बल पर लागू होता है, जिसमें ग्रह जैसे किसी बड़े पिंड के स्थान में अनुभव किए गए गुरुत्वाकर्षण बल भी शामिल है। न्यूटन का सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम, एक उलटा वर्ग नियम, किन्हीं दो वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण खिंचाव या आकर्षण की व्याख्या करता है।

गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के भीतर किसी वस्तु द्वारा अनुभव किया गया गुरुत्वाकर्षण बल हमेशा उस द्रव्यमान के केंद्र की ओर निर्देशित होता है जो क्षेत्र उत्पन्न कर रहा है, जैसे कि पृथ्वी का केंद्र। किसी अन्य बल की अनुपस्थिति में, इसे न्यूटन के संबंध का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता हैएफ_जाल = मा, कहां है

गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के अंदर कोई भी वस्तु, जैसे कि मंगल पर सभी चट्टानें, समान अनुभव करती हैंक्षेत्र के केंद्र की ओर त्वरण​ ​अपने जनसमूह पर कार्य कर रहे हैं।इस प्रकार, एक ही ग्रह पर विभिन्न वस्तुओं द्वारा महसूस किए गए गुरुत्वाकर्षण बल को बदलने वाला एकमात्र कारक उनका द्रव्यमान है: जितना अधिक द्रव्यमान, उतना बड़ा गुरुत्वाकर्षण बल और इसके विपरीत।

गुरुत्वाकर्षण बलहैभौतिकी में इसका वजन, हालांकि बोलचाल की भाषा में वजन का अक्सर अलग तरह से उपयोग किया जाता है।

न्यूटन का दूसरा नियम,एफ_जाल = मा, से पता चलता है कि aकुल बलएक द्रव्यमान को तेज करने का कारण बनता है। यदि शुद्ध बल गुरुत्वाकर्षण से है, तो इस त्वरण को गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण कहा जाता है; ग्रहों जैसे विशेष बड़े पिंडों के पास की वस्तुओं के लिए यह त्वरण लगभग स्थिर होता है, जिसका अर्थ है कि सभी वस्तुएं समान त्वरण के साथ गिरती हैं।

पृथ्वी की सतह के पास, इस स्थिरांक को अपना विशेष चर दिया जाता है:जी. "छोटा जी," asजीअक्सर कहा जाता है, हमेशा 9.8 m/s. का स्थिर मान होता है². (वाक्यांश "छोटा जी" इस स्थिरांक को एक अन्य महत्वपूर्ण गुरुत्वीय स्थिरांक से अलग करता है,जी, या "बिग जी", जो गुरुत्वाकर्षण के सार्वभौमिक नियम पर लागू होता है।) पृथ्वी की सतह के पास गिराई गई कोई भी वस्तु पृथ्वी के केंद्र की ओर लगातार बढ़ती दर से गिरते हैं, प्रत्येक सेकंड पहले की तुलना में 9.8 मीटर/सेकेंड तेज होता है।

पृथ्वी पर, द्रव्यमान की वस्तु पर गुरुत्वाकर्षण बलमहै:

अंतरिक्ष यात्री एक दूर के ग्रह पर पहुँचते हैं और पाते हैं कि उसे वहाँ की वस्तुओं को उठाने में पृथ्वी की तुलना में आठ गुना अधिक बल लगता है। इस ग्रह पर गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण क्या है?

इस ग्रह पर गुरुत्वाकर्षण बल आठ गुना अधिक है। चूँकि वस्तुओं का द्रव्यमान उन वस्तुओं का एक मूलभूत गुण है, वे परिवर्तित नहीं हो सकते, इसका अर्थ है कि value का मानजीआठ गुना बड़ा होना चाहिए:

का मूल्यजीपृथ्वी पर 9.8 m/s है², इसलिए 8 × 9.8 मी/से² = ७८.४ मी/से².

न्यूटन के दूसरे नियम जो भौतिकी में गुरुत्वाकर्षण को समझने के लिए लागू होते हैं, न्यूटन के एक अन्य भौतिक विज्ञानी के निष्कर्षों के बारे में जानने के परिणामस्वरूप हुआ। वह यह समझाने की कोशिश कर रहा था कि सौर मंडल के ग्रहों की गोलाकार कक्षाओं के बजाय अण्डाकार कक्षाएँ क्यों हैं, जैसा कि जोहान्स केपलर ने अपने नामांकित कानूनों के सेट में देखा और गणितीय रूप से वर्णित किया है।

न्यूटन ने निर्धारित किया कि ग्रहों के बीच गुरुत्वाकर्षण आकर्षण जैसे-जैसे वे एक-दूसरे से दूर होते गए, ग्रहों की गति में खेल रहे थे। ये ग्रह वास्तव में मुक्त पतन में थे। उन्होंने इस आकर्षण को अपने में परिमाणित कियागुरुत्वाकर्षण का सार्वभौमिक नियम​:

कहा पेएफ_{ग्रेवी} फिर से न्यूटन (एन) में गुरुत्वाकर्षण बल है,म₁तथाम₂पहली और दूसरी वस्तुओं के द्रव्यमान क्रमशः किलोग्राम (किलो) में हैं (उदाहरण के लिए, पृथ्वी का द्रव्यमान और पृथ्वी के निकट वस्तु का द्रव्यमान), औरघ²उनके बीच की दूरी का वर्ग मीटर (m) में है।

चरजी, जिसे "बिग जी" कहा जाता है, सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है। इतोब्रह्मांड में हर जगह समान मूल्य है. न्यूटन ने G के मान की खोज नहीं की (हेनरी कैवेन्डिश ने इसे न्यूटन की मृत्यु के बाद प्रयोगात्मक रूप से पाया), लेकिन उन्होंने इसके बिना द्रव्यमान और दूरी के लिए बल की आनुपातिकता पाई।

समीकरण दो महत्वपूर्ण संबंधों को दर्शाता है:

1. कोई भी वस्तु जितनी अधिक विशाल होगी, आकर्षण उतना ही अधिक होगा। अगर चाँद अचानक थादो बार बड़े पैमाने परजैसा कि अभी है, पृथ्वी और चंद्रमा के बीच आकर्षण बल होगादोहरा​.
2. वस्तुएँ जितनी निकट होती हैं, आकर्षण उतना ही अधिक होता है। क्योंकि जनता उनके बीच की दूरी से संबंधित हैवर्ग, आकर्षण का बलएक साथ जन्म लेनेवाले बच्चेहर बार वस्तुएं होती हैंदो बार के रूप में करीब. अगर चाँद अचानक थाआधी दूरीपृथ्वी पर जैसा कि अभी है, पृथ्वी और चंद्रमा के बीच आकर्षण बल होगाचार गुना बड़ा।​

न्यूटन के सिद्धांत को an. के रूप में भी जाना जाता हैव्युत्क्रम वर्ग नियमऊपर के दूसरे बिंदु के कारण। यह बताता है कि क्यों दो वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण आकर्षण जल्दी से कम हो जाता है क्योंकि वे दोनों में से किसी एक या दोनों के द्रव्यमान को बदलते हैं।

एक ८,००० किग्रा धूमकेतु के बीच आकर्षण बल क्या है जो २०० किग्रा धूमकेतु से ७०,००० मीटर दूर है?

न्यूटन ने 1600 के दशक में वस्तुओं की गति की भविष्यवाणी करने और गुरुत्वाकर्षण बल को मापने का अद्भुत काम किया। लेकिन लगभग 300 साल बाद, एक और महान दिमाग - अल्बर्ट आइंस्टीन - ने इस सोच को एक नए तरीके से और गुरुत्वाकर्षण को समझने के अधिक सटीक तरीके से चुनौती दी।

आइंस्टीन के अनुसार गुरुत्वाकर्षण किसकी विकृति है?अंतरिक्ष समय, ब्रह्मांड का ताना-बाना ही। मास वॉर्प स्पेस, जैसे बॉलिंग बॉल बेड शीट पर एक इंडेंट बनाता है, और अधिक विशाल वस्तुएं जैसे सितारे या ब्लैक होल ताना एक दूरबीन में आसानी से देखे जाने वाले प्रभावों के साथ अंतरिक्ष - प्रकाश का झुकना या उन द्रव्यमानों के करीब वस्तुओं की गति में परिवर्तन।

आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत ने खुद को यह बताकर साबित कर दिया कि बुध, सबसे छोटा ग्रह क्यों है planet हमारे सौर मंडल में सूर्य के लिए, न्यूटन के नियमों की भविष्यवाणी से मापने योग्य अंतर के साथ एक कक्षा है।

जबकि सामान्य सापेक्षता न्यूटन के नियमों की तुलना में गुरुत्वाकर्षण की व्याख्या करने में अधिक सटीक है, दोनों में से किसी एक का उपयोग करके गणना में अंतर है अधिकांश भाग के लिए केवल "सापेक्ष" तराजू पर ध्यान देने योग्य - ब्रह्मांड में अत्यधिक विशाल वस्तुओं को देखना, या निकट-प्रकाश गति। इसलिए न्यूटन के नियम आज भी कई वास्तविक दुनिया की स्थितियों का वर्णन करने में उपयोगी और प्रासंगिक हैं, जिनका औसत मानव सामना कर सकता है।

न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के सार्वभौमिक नियम का "सार्वभौमिक" हिस्सा अतिशयोक्तिपूर्ण नहीं है। यह नियम ब्रह्मांड में द्रव्यमान के साथ हर चीज पर लागू होता है! कोई भी दो कण एक दूसरे को आकर्षित करते हैं, जैसे कि कोई भी दो आकाशगंगाएँ। बेशक, काफी बड़ी दूरी पर, आकर्षण इतना छोटा हो जाता है कि प्रभावी रूप से शून्य हो जाता है।

यह देखते हुए कि गुरुत्वाकर्षण का वर्णन करना कितना महत्वपूर्ण हैसभी पदार्थ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, बोलचाल की अंग्रेज़ी परिभाषाएँगुरुत्वाकर्षण(ऑक्सफोर्ड के अनुसार: "अत्यधिक या खतरनाक महत्व; गंभीरता") यागंभीरता("गरिमा, गंभीरता या ढंग की गंभीरता") अतिरिक्त महत्व लेते हैं। उस ने कहा, जब कोई "स्थिति की गुरुत्वाकर्षण" को संदर्भित करता है तो एक भौतिक विज्ञानी को अभी भी स्पष्टीकरण की आवश्यकता हो सकती है: क्या उनका मतलब बड़े जी या छोटे जी के संदर्भ में है?