സ്കൂൾ പച്ച
ഗുരുത്വാകര്‍ഷണം
  • ഇല്യാസ് പെരിമ്പലം
  • 12:01 PM
  • 04/10/2016

പ്രപഞ്ചത്തിന്‍െറ ഘടനയും ഗതിയും നിയന്ത്രിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന ബലമാണ് ഗുരുത്വബലം. ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ എക്കാലത്തെയും ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട കണ്ടുപിടിത്തങ്ങളിലൊന്നാണ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണസിദ്ധാന്തം. കൃത്രിമോപഗ്രഹങ്ങളുടെ വിക്ഷേപണം, അന്യഗ്രഹ പര്യവേക്ഷണം എന്നിവയെല്ലാം സാധ്യമായത് സര്‍ ഐസക് ന്യൂട്ടന്‍ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണസിദ്ധാന്തം കണ്ടുപിടിച്ചതോടെയാണ്. ഒമ്പതാം ക്ളാസ് ഊര്‍ജതന്ത്രത്തിലെ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണം എന്ന യൂനിറ്റിന് സഹായകമായ വിവരങ്ങളാണ് ഈ ലക്കം വെളിച്ചത്തില്‍ ഉള്‍പ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നത്.
മുകളിലേക്കെറിഞ്ഞ കല്ല് താഴേക്ക് വീഴുന്നു, കടല്‍ജലത്തിന് വേലിയേറ്റമുണ്ടാകുന്നു, സൂര്യനെ ഗ്രഹങ്ങള്‍ ചുറ്റിക്കറങ്ങുന്നു, നക്ഷത്രാന്തര പൊടിപടലങ്ങളില്‍നിന്ന് നക്ഷത്രങ്ങള്‍ പിറവിയെടുക്കുന്നു തുടങ്ങി ഒട്ടനവധി പ്രകൃതി പ്രതിഭാസങ്ങള്‍ക്ക് നിദാനമായ ബലമാണ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണബലം. പ്രപഞ്ചത്തിന്‍െറ ഘടനയെ നിയന്ത്രിക്കുന്നത് ഗുരുത്വമാണ്. പക്ഷേ, അതിന്‍െറ എല്ലാ നൂലാമാലകളും അനാവരണം ചെയ്യാന്‍ നമുക്കിന്നും സാധിച്ചിട്ടില്ല.  സര്‍ ഐസക് ന്യൂട്ടനാണ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ സിദ്ധാന്തം ആവിഷ്കരിച്ചത്. കെപ്ളറും കോപ്പര്‍ നിക്കസും  ഐന്‍സ്റ്റൈനുമെല്ലാം ഈ മേഖലയില്‍ ഗവേഷണം നടത്തിയവരാണ്.

ആപ്പ്ള്‍ വീണ കഥ
അമ്മയുടെ കൃഷിയിടത്തില്‍ വെച്ചുണ്ടായ തികച്ചും സാധാരണമായ ഒരു അനുഭവമാണ് ലോകത്തിന്‍െറ ഗതി മാറ്റിമറിച്ച ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ സിദ്ധാന്തം ആവിഷ്കരിക്കുന്നതിലേക്ക് ന്യൂട്ടനെ നയിച്ചത് എന്നൊരു കഥയുണ്ട്. കൃഷിയിടത്തിലിരിക്കുന്ന ന്യൂട്ടന്‍െറ തലയിലേക്ക് ഒരു ആപ്പ്ള്‍ വീണു എന്നാണ് കഥ. ആപ്പ്ളിനെ ഭൂമിയിലേക്ക് വീഴാന്‍ പ്രേരിപ്പിക്കുന്ന അതേ ബലം തന്നെയല്ളേ  ചന്ദ്രനെ വരുതിയില്‍ നിര്‍ത്താന്‍ ഭൂമി പ്രയോഗിക്കുന്നത്? ഇതായിരുന്നു ന്യൂട്ടന്‍െറ ചിന്ത. ഗുരുത്വാകര്‍ഷണം എന്ന സങ്കല്‍പം അങ്ങനെ ഉദയംകൊണ്ടു. പ്രകൃതിനിയമങ്ങള്‍ ഭൂമിയിലുള്ള വസ്തുക്കള്‍ക്കും  ആകാശഗോളങ്ങള്‍ക്കും വ്യത്യസ്തമാണെന്ന അരിസ്റ്റോട്ടിലിന്‍െറ സിദ്ധാന്തം ഇതോടെ ചോദ്യം ചെയ്യപ്പെട്ടു. 
ഗുരുത്വാകര്‍ഷണനിയമം
പ്രപഞ്ചത്തിലെ എല്ലാ വസ്തുക്കളും പരസ്പരം ആകര്‍ഷിക്കുന്നു. രണ്ടു വസ്തുക്കള്‍ തമ്മിലുള്ള ആകര്‍ഷണബലം അവയുടെ പിണ്ഡങ്ങളുടെ (Mass) ഗുണനഫലത്തിന് നേര്‍ അനുപാതത്തിലും അവ തമ്മിലുള്ള അകലത്തിന്‍െറ വര്‍ഗത്തിന്‍െറ വിപരീതാനുപാതത്തിലുമായിരിക്കും. ഇതാണ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണസിദ്ധാന്തത്തിന്‍െറ കാതല്‍. 1666ലാണ് ന്യൂട്ടണ്‍ തന്‍െറ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണസിദ്ധാന്തം പ്രസിദ്ധപ്പെടുത്തിയത്. ഇതനുസരിച്ച്് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണബലം F=Gm1m2/R2. ഇവിടെ G എന്നത് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണസ്ഥിരാങ്കമാണ്. m1, m2 എന്നിവ വസ്തുക്കളുടെ പിണ്ഡവും (Mass) R അവ തമ്മിലുള്ള  അകലവുമാണ്. Gയുടെ മൂല്യം 6.7x10-11 ആണ്. ന്യൂട്ടന്‍െറ കാലശേഷം 1798ല്‍ ഹെന്‍റി കാവന്‍ഡിഷ് ആണ് ഇത് കണ്ടുപിടിച്ചത്.
 

അറിയാതെ പോകുന്ന ആകര്‍ഷണം
പ്രകൃതിയിലെ എല്ലാ വസ്തുക്കളും പരസ്പരം ആകര്‍ഷിക്കുന്നുവല്ളോ. എങ്കില്‍ ഗ്രൗണ്ടില്‍ കളിക്കുന്ന രണ്ടുപേര്‍ എന്തു കൊണ്ട് പരസ്പരം വലിച്ചടുപ്പിക്കപ്പെടുന്നില്ല?
ഉത്തരം ലളിതം. ഭൂമിയുടെ ശക്തമായ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണബലത്തെയും തറയുമായുള്ള ഘര്‍ഷണബലത്തെയും അതിജീവിച്ച് വലിച്ചടുപ്പിക്കപ്പെടാന്‍ മാത്രം ശക്തമായ ആകര്‍ഷണബലം ഇവര്‍ക്കിടയിലില്ല. കാരണം,  ഗുരുത്വാകര്‍ഷണസ്ഥിരാങ്കമായ Gയുടെ മൂല്യം 6.7x10-11 എന്ന വളരെ ചെറിയ സംഖ്യയായതുതന്നെ. എന്നാല്‍, മറ്റൊരു ബലത്താലും സ്വാധീനിക്കപ്പെടാത്ത ഒരന്തരീക്ഷം സംജാതമാക്കിയാല്‍ അവിടെ അടുത്തടുത്ത് നില്‍ക്കുന്ന രണ്ടുപേര്‍ സാവധാനമെങ്കിലും പരസ്പരം ആകര്‍ഷിച്ച് അടുപ്പിക്കപ്പെടും. നേരിയ ഈ ആകര്‍ഷണമാണ് മൈക്രോഗ്രാവിറ്റി. ബഹിരാകാശവാഹനങ്ങള്‍ക്കുള്ളില്‍വെച്ച് നടത്തുന്ന പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ ഇത് തിരിച്ചറിയാനും അളന്ന് തിട്ടപ്പെടുത്താനും സാധിക്കാറുണ്ട്.

മാറുന്ന ഭാരവും മാറാത്ത മാസും
ആറു കിലോഗ്രാം അരി ഒരു സഞ്ചിയിലാക്കി ചന്ദ്രനില്‍ കൊണ്ടുപോയി ഒരു സാധാരണ ത്രാസും വിവിധ തൂക്കക്കട്ടികളും ഉപയോഗിച്ച് തൂക്കുന്നു എന്ന് സങ്കല്‍പിക്കുക. ത്രാസ് ബാലന്‍സ് ചെയ്യാന്‍ അവിടെയും ആറ് കിലോഗ്രാമിന്‍െറ തൂക്കക്കട്ടികള്‍തന്നെ ഉപയോഗിക്കേണ്ടിവരും. എന്നാല്‍, സഞ്ചി ഒരു സ്പ്രിങ് ത്രാസില്‍ കൊളുത്തിയാണ് തൂക്കുന്നതെങ്കിലോ. ഏകദേശം ഒരു കിലോഗ്രാം ഭാരമായിരിക്കും സ്പ്രിങ്ത്രാസ് കാണിക്കുക. കാരണമെന്താണ്? സാധാരണത്രാസ് അളക്കുന്നത് വസ്തുവിന്‍െറ പിണ്ഡം (Mass) അഥവാ ദ്രവ്യത്തിന്‍െറ അളവാണ്. അതിന് എവിടെച്ചെന്നാലും മാറ്റം വരുന്നില്ല. എന്നാല്‍, സ്പ്രിങ്ത്രാസ് കാണിക്കുന്നത് വസ്തുവിന്‍െറ ഭാരമാണ്. ഇതിനെ നിര്‍ണയിക്കുന്നത് അതില്‍ അനുഭവപ്പെടുന്ന ഗുരുത്വാകര്‍ഷണബലമാണ്. ഇത് കണക്കാക്കാന്‍  F=mg  എന്ന സൂത്രവാക്യം ഉപയോഗിക്കാം. gയുടെ മൂല്യം ഭൂമിയില്‍ 9.8 Nഉം ചന്ദനില്‍ 1.62 Nഉം ആണ്. 

അപ്പോള്‍ 6 കിലോഗ്രാം അരിയുടെ ഭൂമിയിലെ ഭാരം = 6x9.8=58.89.8 N ആണ്.
1Kg wt =9.8N ആയതിനാല്‍
ഭൂമിയിലെ ഭാരം= 58.89/9.8=6 Kg
ചന്ദ്രനിലെ ഭാരം = 6x1.62=9.72N=9.72/9.8=0.99Kg (ഏകദേശം 1 Kg)

മുകളും താഴെയും
ചന്ദ്രനെ കാണാന്‍ നാം എങ്ങോട്ടാണ് നോക്കാറ്? മുകളിലേക്ക് അല്ളേ? എന്നാല്‍, ചന്ദ്രനില്‍ പോയാല്‍ ഭൂമിയെ കാണാന്‍ എങ്ങോട്ടാണ് നോക്കേണ്ടിവരുക? പെട്ടെന്ന്  ‘താഴേക്ക്’ എന്ന് നിങ്ങള്‍ പറഞ്ഞേക്കാം. എന്നാല്‍, ചന്ദ്രനില്‍നിന്ന് താഴേക്ക് നോക്കിയാല്‍ സ്വന്തം കാല്‍ച്ചുവട്ടില്‍ ചന്ദ്രന്‍െറ ഉപരിതലം തന്നെയല്ളേ കാണുക? ചന്ദ്രനില്‍നിന്ന് ഭൂമിയെ കാണാന്‍ മുകളിലേക്ക് നോക്കണം. അപ്പോള്‍ എന്താണ് മുകളും താഴെയും? ചിത്രം നോക്കൂ.
ഭൗമോപരിതലത്തില്‍ എതിര്‍വശങ്ങളില്‍ നില്‍ക്കുന്ന രണ്ടുപേര്‍ക്കും മുകള്‍ഭാഗം ഒരേ ദിശയിലാണോ? താഴെയോ? മുകള്‍, താഴെ എന്നിവ ആപേക്ഷികമാണെന്ന് മനസ്സിലായില്ളേ? ഗോളങ്ങളുടെ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണദിശയുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചേ മുകള്‍, താഴെ എന്നിവ പറയാനാകൂ. ഗുരുത്വാകര്‍ഷണബലം അനുഭവപ്പെടുന്ന ദിശയാണ് താഴെ, അതിന്‍െറ എതിര്‍ദിശ മുകള്‍. അതിനാല്‍ ഭൂമിക്ക് ചുറ്റും മുകള്‍ ഉണ്ട്. ഇതുതന്നെയാണ് ചന്ദ്രന്‍െറയും അവസ്ഥ. ചന്ദ്രനില്‍ നില്‍ക്കുമ്പോള്‍ നാം ആകര്‍ഷിക്കപ്പെടുക ചന്ദ്രനിലേക്കാണ്. അതിന് എതിര്‍ദിശയിലുള്ള ഭൂമി സ്വാഭാവികമായും മുകളിലാവും.

ഗോളാകൃതിക്കു പിന്നില്‍
സൂര്യനടക്കമുള്ള നക്ഷത്രങ്ങള്‍, ഗ്രഹങ്ങള്‍, ചില ഉപഗ്രഹങ്ങള്‍ എന്നിവക്ക് എന്തുകൊണ്ട് ഗോളാകൃതി? സൗരയൂഥാംഗങ്ങളായ ഛിന്നഗ്രഹങ്ങള്‍, വാല്‍നക്ഷത്രങ്ങള്‍, ചില ഉപഗ്രഹങ്ങള്‍ എന്നിവക്ക് എന്തുകൊണ്ട് ഗോളാകൃതിയില്ല?
കേന്ദ്രത്തിലേക്ക് അനുഭവപ്പെടുന്ന ശക്തമായ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണബലം മൂലമാണ് സൗരയൂഥാംഗങ്ങള്‍ക്ക് ഗോളാകൃതി കൈവരുന്നത്. ഇതിന് അസാമാന്യമായ പിണ്ഡം ആവശ്യമാണ്. 
പിണ്ഡക്കുറവ് കാരണമാണ് ഛിന്നഗ്രഹങ്ങള്‍, വാല്‍നക്ഷത്രങ്ങള്‍, ചില ഉപഗ്രഹങ്ങള്‍ എന്നിവക്ക് ഗോളാകൃതി പ്രാപിക്കാന്‍ കഴിയാതെ പോയത്.
ഭൂമിയില്‍ മനുഷ്യന് നടക്കാനും ഓടാനുമെല്ലാം കഴിയുന്നത് എന്തുകൊണ്ടാണ്? ഭൂമിയുടെ ഗോളാകൃതി കാരണം ഗുരുത്വാകര്‍ഷണകേന്ദ്രം പിണ്ഡത്തിന്‍െറ കേന്ദ്രത്തിലായതുകൊണ്ടാണ്. എന്നാല്‍, ക്രമരഹിതമായ രൂപം കാരണം ഛിന്നഗ്രഹങ്ങളിലും വാല്‍നക്ഷത്രങ്ങളിലും ഗുരുത്വാകര്‍ഷണകേന്ദ്രം പിണ്ഡത്തിന്‍െറ കേന്ദ്രത്തിലായിരിക്കണമെന്നില്ല. അതിനാല്‍ അവിടെവെച്ച് ചെയ്യുന്ന പ്രവൃത്തികള്‍ക്ക് വിചിത്രമായ ഫലങ്ങള്‍ ഉണ്ടാകും. മുകളിലേക്കെറിഞ്ഞ കല്ല് പിന്നാക്കം വന്ന് തലക്കടിച്ചേക്കാം. ചാടിയാല്‍ ചിലപ്പോള്‍ തലകുത്തി മറിഞ്ഞുവീണേക്കാം.
ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ ബ്രേക്
ചന്ദ്രന്‍ ഭൂമിയില്‍ ചെലുത്തുന്ന ഗുരുത്വാകര്‍ഷണബലം വേലിയേറ്റങ്ങള്‍ സൃഷ്ടിക്കുന്നതോടൊപ്പം ഭൂമിയില്‍ ഒരു ബ്രേക് പോലെ പ്രവര്‍ത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. തല്‍ഫലമായി ഭൂമിയുടെ ഭ്രമണവേഗം കുറഞ്ഞുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. അതിന്‍െറ ഫലമായി ദിനത്തിന്‍െറ ദൈര്‍ഘ്യം കൂടിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു. പക്ഷേ, ഇത് വളരെ കുറഞ്ഞ തോതിലാണെന്ന് മാത്രം. ഏതാണ്ട് 50,000 വര്‍ഷം കൊണ്ട് ഒരു സെക്കന്‍ഡ് എന്ന തോതിലാണ് ഭൂമിയിലെ ദിനത്തിന്‍െറ ദൈര്‍ഘ്യം കൂടുന്നത്. മറ്റൊരു കൗതുകം കൂടിയുണ്ട്. ചന്ദ്രന്‍ നമ്മുടെ നേരെ തലക്ക് മുകളില്‍ വരുമ്പോള്‍ ചന്ദ്രന്‍െറ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണം മൂലം നമ്മുടെ ഭാരത്തില്‍ നേരിയ കുറവ് വരുന്നുമുണ്ട്.