5  แรงโน้มถ่วง                                                                           Gravity

 

การตกอย่างอิสระ   เมื่อแรงที่กระทำต่อวัตถุที่กำลังตกมีเพียงแค่แรงโน้มถ่วงเพียงแรงเดียว   เราถือว่าวัตถุนั้นมี    การ ตกอย่างอิสระ ( Free  Fall )   วัตถุที่ตกอย่างอิสระจะมีความเร่งในขณะที่ตกลงมา   ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น   ก็เพราะว่าการตกอย่างอิสระ   แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่ไม่สมดุล   และแรงที่ไม่สมดุลจะทำให้วัตถุมีความเร่ง

นักเรียนใช้แรงเสียดทานเพื่ออธิบายว่าเหตุใดหนังสือจึงหยุดนิ่งเมื่อถูกผลัก   แต่ทำไมหนังสือเล่มเดียวกันนี้จึงหล่นลงสู่พื้นเมื่อนักเรียนปล่อยจากมือ   นิวตันได้อธิบายว่ามีแรงแรงหนึ่งที่กระทำต่อวัตถุเพื่อดึงวัตถุให้ตกสู่ใจกลางโลก   และเรียกแรงนี้ว่า   แรงโน้มถ่วง ( Gravity )    แรงโน้มถ่วง   คือ   แรงดึงดูดวัตถุทุกชนิดเข้าสู่โลก

วัตถุมีความเร่งเท่าไรในการตกอย่างอิสระ   ที่บริเวณใก้ลกับพื้นผิวโลก   ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงมีค่าเท่ากับ   9.8  เมตรต่อวินาทีกำลังสอง   หมายความว่าในทุกวินาทีที่วัตถุตก    วัตถุจะมีความเร็วเพิ่มขึ้น   9.8  เมตรต่อวินาที   สมมติว่าวัตถุตกลงมาจากตึก   วัตถุจะมีความเร็วเริ่มต้นเท่ากับ   0  เมตรต่อวินาที   หลังจากวินาทีแรกผ่านไปวัตุจะมีความเร็ว  9.8  เมตรต่อวินาที   หลังจากผ่านไป   2  วินาทีความเร็วจะเป็น 19.6  เมตรต่อวินาที   (   9.8  เมตรต่อวินาที  +   9.8  เมตรต่อวินาที )   และเมื่อเวลาผ่านไป   3   วินาที   ความเร็วจะเป็น   29.4  เมตรต่อวินาที   ความเร็วจะเพิ่มขึ้นตลอดเวลาที่วัตถุตก     

                           orange01.gif                      f_wmelon02.gif 
                           aniblue12_down.gif                       aniblue12_down.gif
                           orange01.gif                      f_wmelon02.gif

                           aniblue12_down.gif                       aniblue12_down.gif
                           orange01.gif                      f_wmelon02.gif

           น้ำหนัก   แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อคนหรือวัตถุใด ๆ   บนพื้นผิวโลก  คือ   น้ำหนัก ( Weight )   เมื่อนักเรียนยืนบนเครื่องชั่งน้ำหนัก  นั่นคือนักเรียนกำลังวัดแรงที่โลกดึงดูดนักเรียนอยู่   อย่าสับสนกับคำว่าน้ำหนักกับมวล   น้ำหนักเป็นค่าของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุ   ส่วนมวลเป็นค่าที่บอกปริมาณของสสารที่มีอยู่ในวัตถุ
            เนื่องจากน้ำหนักคือแรง  นักเรียนสามารถใช้กฎของนิวตันที่ว่า   แรง  = มวล   x  ความเร่ง
                                    
น้ำหนัก    =      มวล    x    ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
           น้ำหนัก  มีหน่วยเป็น   นิวตัน   มวลมีหน่วยเป็น   กิโลกรัม   และความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงมีหน่วยเป็น     เมตรต่อวินาทีกำลังสอง  ดังนั้นคนที่มีมวล   50   กิโลกรัม   จะมีน้ำหนัก   50   กิโลกรัม   x   9.8   เมตรต่อวินาที่กำลังสอง   =   490   นิวตันบนโลก                                            

      การเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์   นอกจากการปล่อยวัตถุให้ตกลงมาตรง ๆ แล้ว   จะเกิดอะไรขึ้นถ้านักเรียนขว้างลูกบอลออกไปในแนวระดับ   วัตถุที่ถูกขว้างออกไปนี้เรียกว่า   โปรเจกไตล์  ( Projectile )   แล้วโปรเจกไตล์นี้จะตกลงสู่พื้นพร้อมกับวัตถุที่ตกลงมาตรง ๆ หรือไม่
         วัตถุที่ถูกปล่อยให้ตกลงมาตรง ๆ  กับวัตถุที่ถูกขว้างออกไปในแนวะรดับ   ต่างก็ตกลงมาด้วยกันอย่างอิสระ   การเคลื่อนที่ในแนวระดับไม่ได้มีผลต่อการตกอย่างอิสระ   ดังนั้นวัตถุทั้งสองจะตกถึงพื้นพร้อมกัน

        นักเรียนเชื่อหรือไม่ว่าวัตถุทุกชิ้นมีความเร่งใน    การตกอย่างอิสระเท่ากัน  โดยไม่ขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุ   ให้นักเรียนพิจารณาจากรูปจำลอง  เมื่อปล่อยส้มและแตงโมที่มีมวลต่างกันให้ตกลงสู่พื้น  ส้มและแตงโมจะตกถึงพื้นพร้อมกันโดยไม่ขึ้นกับมวล

3d_darkbg_b_back_1.gif    3d_darkbg_b_next_2.gif