วันเสาร์ที่ 20 กันยายน พ.ศ. 2557

แรงโน้มถ่วง


ความโน้มถ่วง

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

ความโน้มถ่วงทำให้ดาวเคราะห์ต่างๆ ยังคงหมุนรอบดวงอาทิตย์ ไม่หลุดออกจากวงโคจร (ภาพไม่เป็นไปตามอัตราส่วน)
ความโน้มถ่วง (อังกฤษgravity) หรือ แรงโน้มถ่วง (อังกฤษgravitational force) ในทางฟิสิกส์ คือแรงที่กระทำระหว่างมวล แรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในสี่แรงหลัก ซึ่งประกอบด้วย แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน และ แรงนิวเคลียร์แบบเข้ม ในจำนวนแรงทั้งสี่แรงหลัก แรงโน้มถ่วงมีค่าน้อยที่สุด ถึงแม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะเป็นแรงที่เราไม่สามารถรับรู้ได้มากนักเพราะความเบาบางของแรงที่กระทำต่อเรา แต่ก็เป็นแรงเดียวที่ยึดเหนี่ยวเราไว้กับพื้นโลก แรงโน้มถ่วงมีความแรงแปรผันตรงกับมวล และแปรผกผันกับระยะทางยกกำลังสอง ไม่มีการลดทอนหรือถูกดูดซับเนื่องจากมวลใดๆ ทำให้แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่สำคัญมากในการยึดเหนี่ยวเอกภพไว้ด้วยกัน
นอกเหนือจากความโน้มถ่วงที่เกิดระหว่างมวลแล้ว ความโน้มถ่วงยังสามารถเกิดขึ้นได้จากการที่เราเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน เช่น การเพิ่มหรือลดความเร็วของวัตถุ การเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ เป็นต้น

แรงโน้มถ่วง

การปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์

หม่​​ในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงเริ่มต้นด้วยการทำงานของกาลิเลโอ กาลิเลอีในปลายศตวรรษที่ 16 และต้นศตวรรษที่ 17 ในการทดลองที่โด่งดังของเขา (แม้ว่าหลักฐานที่อ้างอิงเกี่ยวกับเรื่องนี้อาจจะเป็นคัมภีร์นอกสารบบ) คือการทดลองปล่อยลูกบอลจากหอเอนเมืองปิซา,

กฎความโน้มถ่วงของนิวตัน

ความโน้มถ่วงระหว่างวัตถุสองอัน
ในปี พ.ศ. 2230 ไอแซก นิวตัน ได้ค้นพบกฎความโน้มถ่วงดังนี้
F = \frac{G m_1 m_2}{r^2}
{|
F || แทนความโน้มถ่วงระหว่างมวลทั้งสอง |- | G || แทนค่านิจโน้มถ่วงสากล |- | m1 || แทนมวลของวัตถุแรก |- | m2 || แทนมวลของวัตถุที่สอง |- | r || แทนระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง |}
นั่นคือความโน้มถ่วงแปรผันตรงกับมวล (มวลมากก็มีความโน้มถ่วงมาก) และแปรผกผันกับระยะห่างกำลังสอง (ระยะห่างมากก็มีความโน้มถ่วงน้อย)

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

Albert Einstein ได้เผยแพร่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี พ.ศ. 2459 โดยเนื้อหาแสดงถึงการอธิบายความโน้มถ่วงที่มีพื้นฐานมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและกฎความโน้มถ่วงของนิวตันในรูปแบบของกาลอวกาศ (อังกฤษSpacetime) เชิงเรขาคณิตที่สามารถอธิบายได้ด้วยสมการสนามของAlbert Einstein (อังกฤษEinstein field Equation) ดังนี้
R_{\mu \nu} - {1 \over 2}g_{\mu \nu}\,R + g_{\mu \nu} \Lambda = {8 \pi G \over c^4} T_{\mu \nu}
R_{\mu \nu}แทน ริชชี่เทนเซอร์ความโค้ง (Ricci Tensor Curvature)
Rแทนความโค้งเชิงสเกลาร์ (Scalar Curvature)
g_{\mu \nu}แทนเมตริกซ์เทนเซอร์
\Lambda \!แทนค่าคงตัวจักรวาล (Cosmological Constant)
Gแทนค่านิจโน้มถ่วงสากล (Gravity Constant)
cแทนความเร็วแสง
T_{\mu \nu}แทนเทนเซอร์ความเค้น-พลังงาน (Stress-Energy Tensor)

ความโน้มถ่วงของโลก

จากกฎความโน้มถ่วงของนิวตัน แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำกับมวลใดๆ จะขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างศูนย์กลางมวลของโลกกับศูนย์กลางมวลวัตถุยกกำลังสอง ดังนั้นแรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณต่างๆ จึงมีค่าไม่เท่ากัน และเนื่องจากโลกมีการหมุนรอบตัวเองมีผลทำให้เกิดแรงหนีศูนย์กลาง แรงหนีศูนย์กลางนี้จะหักล้างกับแรงโน้มถ่วงของโลก แรงหนีศูนย์กลางจะมีค่ามากที่สุดบริเวณเส้นศูนย์สูตร และมีค่าน้อยที่สุดบริเวณขั้วโลก ผลของแรงหนีศูนย์กลางนี้ทำให้แรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณเส้นศูนย์สูตรมีค่าน้อยกว่าแรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณขั้วโลกเหนือ นอกจากนั้น โลกก็มิได้เป็นทรงกลมโดยสมบูรณ์ แต่แป้นตรงกลางเล็กน้อยคล้ายผลส้ม ทำให้ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของโลกถึงพื้นผิวโลกแปรผันไปตามละติจูด
สำหรับการคำนวณทางวิศวกรรมโดยทั่วไปความเปลี่ยนแปลงของค่าแรงโน้มถ่วงไม่ถือเป็นนัยสำคัญ จึงสามารถใช้ค่าเฉลี่ยของแรงโน้มถ่วงของโลกได้ โดยกำหนดให้ ความเร่งเนื่องจากความโน้มถ่วงของโลก (g) มีค่าเท่ากับประมาณ 9.81(~10) เมตรต่อวินาทีกำลังสอง

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น