جهان ما بر پایه چهار
نیرو یا بر هم کنش استوار است:نیروی
گرانشی،
نیروی الکترو مغناطیسی،
نیروی قوی هسته ای و
نیروی ضعیف هسته ای.عامل وقوع این بر هم کنشها گروهی از ذرات به نام
بوزونهای پایه هستندکه در بین ذرات تشکیل دهنده مواد مبادله می شوند.
فیزیکدانها در تلاش هستند که نشان دهند که این چهار نیرو در واقع از یک نیروی
بنیادی سرچشمه می گیرد.
|
|
|
|
می دانیم که درون هسته اتم پروتونهای باردار ونوترونهای بدون بار وجود دارند که به آنها نوکلئونهای هسته می‌گوییم. قطر(diameter ) آنها بسیار کوچک است. این ذره‌ها با نیروی هسته‌ای بسیار قوی به یکدیگر متصلند این نیروها فقط در ابعاد هسته‌ای وجود دارند یعنی کوتاه بردند. وقتی فاصله ذرات از هم زیاد شود نیروی هسته‌ای کاهش می‌یابد.
اکثر نیروهای مورد استفاده در زندگی از نوع نیروهای الکترو مغناطیسی هستند. همانطور که در شکل زیر دیده می‌شود بین دو بار همنام نیروی الکتریکی دافعه و بین دو بار غیر همنام نیروی الکتریکی جاذبه بوجود می‌آید که بنا بر قانون کولن اندازه این نیروها F با حاصلضرب بارها q رابطه مستقیم و با مجذور فاصله انها r رابطه عکس دارد.
اگر مطابق شکل فوق بار q در میدان مغناطیسی یک اهنربا B با سرعت v عمود بر میدان حرکت کند از طرف میدان بر آن نیروی مغناطیسی F=qvB وارد می‌شود.
نیروی ضعیف هسته‌ای تنها در واکنش‌های هسته‌ای وجود دارد مانند واکنش فوق که در اثر برخورد یک نوترینو به یک هسته پرتو B (الکترون منفی) تولید می‌شود
که همان قانون گرانش نیوتن است F=GmM/r2
این نیرو بر اجسام واقع در میدان گرانشی وارد می‌شود و از پتانسیل گرانشی ناشی می‌گردد که یک نیروی پایستاری می‌باشد و عامل حرکت سقوط آزاد اجسام و همچنین حرکت پرتابی و نیز یک نیروی جاذبه‌ای بین اجرام مختلف می‌باشد. بنابراین ، نیروی گرانش عبارتست از حاصلضرب جرم جسم در شتاب جاذبه ناشی از گرانشی.
پدیده طبیعی سقوط آزاد اجسام در اثر گرانشی ، گردش اجرام آسمانی در مدارات ویژه خودشان ، حرکت ماه دور زمین و آیا تا به حال این سوال را از خود پرسیدید که :
این قانون از قوانین بنیادی فیزیک است که کشف و فرمولبندی شد. اگر چیزی را رها کنید سقوط می‌کند. چون سرعت اجسام در ضمن سقوط تغییر می‌کند، باید نیرویی بر آن وارد شود. این نیرو که نیوتن اولین بار در اثر سقوط سیبی از درخت آنرا کشف نمود، قانون گرانش نام دارد که نیوتن آنرا یک نیرویی بنیادی در جهان دانست و آنرا نیرویی بین اجسام مختلف معرفی کرد که توسط رابطه F=GmM/r2 داده می‌شود که در آن G ثابت جهانی گرانش m و M جرم اجسام و r فاصله اجسام از همدیگر می‌باشد.
نیروی وزن را می‌توان با ترازوی فنری خنثی کرد. وزن یک ویژگی اجسام نیست ، بلکه مقدار آن با حمل جسم تغییر می‌کند. به عنوان مثال اگر وزن شخصی در قطب شمال 712N باشد، وزن او در استوا 708.5N خواهد بود. اگر وزن همان شخص بر روی کره ماه اندازه گیری شود، ترازو عدد 120N را نشان خواهد داد.
هرچه شتاب ناشی از گرانش کمتر باشد وزن هم کمتر است. در واقع ، وزن مستقیما با شتاب ناشی از گرانشی متناسب است. بدیهی است که نیروی وزن به عامل دیگری هم بستگی دارد، زیرا وزن اجسام در مکانهای معین نیز متفاوت است و آن کمیت مقدار ماده موجود (جرم جسم) می‌باشد.
اگر شما 10 کیلوگرم شکر بخرید تصور می‌رود که 10 نیوتن باشد. اگر شکر را به کره ماه منتقل کنید. در آنجا نیز وزن کیسه شکر 10 کیلویی ، دو برابر وزن کیسه شکر 5 کیلویی است. مقدار شکر (جرم شکر) در جاهای مختلف تغییر نمی‌کند و وزن آن با جرم متناسب است. در حالت کلی نیروی وزن هم با جرم و هم با شتاب ناشی از گرانش متناسب می‌باشد. به عبارتی W=mg که در آن w وزن ، m جرم و g شتاب جاذبه گرانشی می‌باشد. این شتاب جاذبه در میادین مختلف گرانشی (شتاب گرانشی کرات مختلف) مقادیر متفاوتی دارد.
شبیه مبحث الکتریسیته برای نیروهای پایستار که نیروی گرانش نیز از این نوع می‌باشد یک پتانسیلی وجود دارد. میدان گرانشی نیز از این پتانسیل گرانشی ناشی می‌شود. بر این اساس ، نیروی گرانشی عبارتست از تغییرات مکانی پتانسیل گرانشی با علامت منفی. یعنی V=GmM/r→F=-∇V→F=GmM/r2
از وسایلی که در اندازه گیری نیروی وزن به کار می‌رود، ترازوی فنری می‌باشد که از طریق سنجش نیروی کشانی فنر به اندازه گیری نیروی وزن دست می‌یابیم برای اندازه گیری نیروی وزن ترازوهای مختلفی از جمله ترازوی دوکفه‌ای ، ترازوی اهرمی ، ترازوی دیجیتالی و غیره استفاده می‌شود. این ترازوها در اندازه گیری نیروی وزن دقت‌های متفاوتی بر حسب مکانیزم اندازه گیریشان دارند.
دانشنامه رشد