แรงโน้มถ่วง เป็นหนึ่งในสี่แรงหลักของธรรมชาติ ที่กระทำต่อวัตถุที่อยู่โดยรอบ

แรงโน้มถ่วง ของโลก (Gravitational Force)

แรงโน้มถ่วง เป็นหนึ่งในสี่แรงหลักของธรรมชาติ ร่วมกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อ่อน และแรงนิวเคลียร์เข้ม

แรงโน้มถ่วง คือแรงที่กระทำระหว่างมวล แรงซึ่งดึงดูดวัตถุรอบข้างเข้าสู่จุดศูนย์กลางของตัวเอง และในจักรวาลแห่งนี้ ทุกวัตถุมีมวล ส่งผลให้ทุกวัตถุมีแรงดึงดูดหรือแรงโน้มถ่วงของตัวเอง ไม่ว่าจะเป็นดวงดาวขนาดใหญ่ในกาแล็กซีหรือร่างกายของเรา

มวลและน้ำหนัก

มวล (Mass) คือ ปริมาณเนื้อสสารทั้งหมดที่ประกอบเป็นวัตถุนั้นๆ ซึ่งไม่ว่าวัตถุชิ้นนั้นจะไปอยู่ในสถานที่ใด มวลจะไม่มีวันเปลี่ยนแปลง มวลมีหน่วยเป็นกิโลกรัม (Kg) แตกต่างจากน้ำหนัก (Weight) ซึ่งเป็นผลของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุนั้นๆ และในทางวิทยาศาสตร์ น้ำหนักมีทิศทางและเป็นปริมาณเวกเตอร์ (Vector) โดยแปรผันตามค่าแรงโน้มถ่วงและมวลของวัตถุ โดยมีหน่วยเป็นนิวตัน (Newton) แตกต่างจากภาษาพูดทั่วไปของเราที่เรียกน้ำหนักเป็นหน่วยกิโลกรัม

แรงโน้มถ่วง, แรงโน้มถ่วงของโลก, แรง, วัตถุ
การเกิดปรากฏการณ์น้ำขึ้น – น้ำลง เป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงของของดวงกระทำต่อน้ำบนพื้นผิวโลก

ในจักรวาล หากทำการชั่งน้ำหนักตัวบนดวงจันทร์ ย่อมได้ผลที่แตกต่างจากน้ำหนักที่ชั่งบนโลก เพราะแรงโน้มถ่วงบนดาวแต่ละดวงมีค่าไม่เท่ากัน และถ้าเรา มีน้ำหนักราว 100 ปอนด์ (45 กิโลกรัม) บนโลก บนดวงจันทร์เราจะมีน้ำหนักเพียง 17 ปอนด์ (8 กิโลกรัม) นอกจากนี้ บนดาวพุธและดาวอังคารเราจะหนักราว 38 ปอนด์ (17 กิโลกรัม), หนัก 91 ปอนด์ (41 กิโลกรัม) บนดาวศุกร์และดาวยูเรนัส, 253 ปอนด์ (115 กิโลกรัม) บนดาวพฤหัสบดี, 107 ปอนด์ (49 กิโลกรัม) บนดาวเสาร์และ 114 ปอนด์ (52 กิโลกรัม) บนดาวเนปจูน

แรงโน้มถ่วงของโลก คือ แรงดึงดูดที่มวลของโลกกระทำต่อวัตถุรอบข้าง โดยการดึงเข้าหาจุดศูนย์กลางหรือแก่นของดวงดาว ไม่ว่าจะเป็นต้นไม้ ใบหญ้า สัตว์ สิ่งของ มนุษย์ หรือแม้แต่อากาศ ทั้งหมดล้วนถูกแรงโน้มถ่วงของโลกดึงดูดไว้ไม่ให้กระจายตัวออกไปในอวกาศ เช่นเดียวกับดาวเทียมและสถานีอวกาศที่ถูกมนุษย์ส่งขึ้นไปโคจรรอบโลก รวมไปถึงดวงจันทร์ที่เป็นดาวบริวารของโลกอีกด้วย

โดยทั่วไปนั้น แรงโน้มถ่วงจะแปรผันตามขนาดมวลและระยะห่างระหว่างวัตถุ การที่มีมวลมาก ย่อมส่งผลให้มีแรงดึงดูดมาก โดยเฉพาะวัตถุที่มีมวลขนาดใหญ่ เช่น ดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าโลกของเราหลายล้านเท่า จึงมีแรงโน้มถ่วงมากพอที่จะทำให้ดาวเคราะห์ทั้งหลายโคจรรอบตัวมันเอง เช่นเดียวกับระยะห่างระหว่างมวล วัตถุที่อยู่ใกล้ชิดกัน แรงโน้มถ่วงที่กระทำระหว่างกันย่อมมีมากกว่าวัตถุที่อยู่ห่างไกลออกไป

การค้นพบแรงโน้นถ่วง

ในอดีตนักวิทยาศาสตร์ต่างมีข้อสังเกตและรับรู้ได้ว่าโลกของเรานั้น มีแรงลึกลับบางอย่างที่ทำการยึดเหนี่ยวตัวเราให้อยู่ติดบนพื้นผิวโลก จนกระทั่งในปี ค.ศ.1666 ไอแซ็ค นิวตัน (Isaac Newton) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้ให้คำนิยามต่อแรงลึกลับนี้ว่า “แรงโน้มถ่วง

ไอแซ็ค, นิวตัน, Isaac, Newton
ไอแซ็ค นิวตัน (Isaac Newton)

จากข้อสงสัยที่ว่าทำไมผลแอปเปิลที่หลุดจากต้นนั้น หล่นลงพื้นแทนที่จะลอยขึ้นไปในอากาศ การหล่นของแอปเปิลเป็นผลของแรงโน้มถ่วงที่กระทำระหว่างมวลทั้ง 2 เช่นเดียวกับการดึงดูดดวงจันทร์ให้โคจรรอบโลกของเรา

แนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงของนิวตันนี้ ไม่เป็นที่รู้จักมากนัก จนกระทั่งได้รับการตีพิมพ์ใน “หนังสือหลักการคณิตศาสตร์ว่าด้วยปรัชญาธรรมชาติ” (The Mathematical Principles of Natural Philosophy) ในปี ค.ศ.1687 จนกลายเป็นที่ยอมรับอย่างแพร่หลาย รวมถึงการคิดค้น “กฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตัน” (Newton’s laws of universal gravitation) ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำคัญให้กับกลศาสตร์ดั้งเดิมผ่าน “กฎการเคลื่อนที่” (Three Laws of Motion) ที่กลายเป็นปัจจัยสำคัญในการปรับเปลี่ยนโฉมหน้าของวงการวิทยาศาสตร์และฟิสิกส์ในยุคต่อมา

ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง

  1. แรงโน้มถ่วงทำให้โลกและดวงดาวทั้งหลายมีรูปร่างเป็นทรงกลม
  2. ถึงแม้ตัวเราจะมีมวล แต่มวลของเราเล็กมากเมื่อเทียบกับมวลของโลก ดังนั้น แรงโน้มถ่วงของตัวเราจึงไม่มีผลต่อโลกแม้แต่น้อย
  3. หากชั่งน้ำหนักตัวบนยอดเขาเอเวอเรสต์ (Mount Everest) น้ำหนักที่ได้จะมีค่าต่ำกว่า (เล็กน้อย) กับน้ำหนักตัวที่ชั่งบนพื้นที่ราบระดับน้ำทะเล
  4. ปรากฏการณ์น้ำขึ้น-น้ำลง เกิดจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์ ซึ่งแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์นี้ มีค่าเพียง 1 ใน 6 ของแรงโน้มถ่วงโลก
  5. สถานีอวกาศนานาชาติที่ระดับความสูงราว 400 กิโลเมตร ยังอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงโลก แต่การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ส่งผลให้สถานีอวกาศไม่ตกลงสู่พื้น นักบินอวกาศรู้สึกไร้น้ำหนักเพราะพวกเขาอยู่ในสภาวะการตกอย่างเสรี (Free fall) ตลอดเวลา
  6. แรงโน้มถ่วงมีค่าเป็นศูนย์ในอวกาศ ดังนั้น หากลอยตัวอยู่ในอวกาศเราจะไม่มีน้ำหนักเลยแม้แต่น้อย
  7. หากเราสามารถเดินทางด้วยความเร็ว 11 กิโลเมตรต่อวินาที จะทำให้เราสามารถเดินทางหลุดพ้นจากแรงดึงดูดของโลกได้ หรือที่เรียกว่า “ความเร็วหลุดพ้น” (Escape velocity)
  8. ถึงแม้วัตถุสองชิ้นจะมีน้ำหนักต่างกัน แต่แรงโน้มถ่วงจะทำให้พวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน ซึ่งหากเราทิ้งลูกบอลที่มีขนาดเท่ากัน แต่มีน้ำหนักต่างกัน 2 ลูก ลงจากหน้าต่างพร้อมกัน ลูกบอลทั้งสองจะตกถึงพื้นในเวลาเดียวกัน (ในสภาวะที่ไม่มีแรงต้านจากอากาศ)
  9. หลุมดำ (Black hole) มีมวลและความหนาแน่นมหาศาล ส่งผลให้แรงโน้มถ่วงของหลุมดำดึงดูดได้แม้กระทั่งแสง จนปัจจุบันนี้ เรายังไม่รู้ว่าข้างในหลุมดำมีอะไร
  10. ถึงแม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะเป็นแรงที่เราไม่สามารถรับรู้ได้มากนักเพราะความเบาบางของแรงที่กระทำต่อเรา แต่แรงโน้มถ่วงเป็นแรงเดียวที่ยึดเหนี่ยวเราไว้กับพื้นโลก แรงโน้มถ่วงไม่มีการลดทอนหรือถูกดูดซับเนื่องจากมวลใดๆ ทำให้แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่สำคัญมากในการยึดเหนี่ยวเอกภพเข้าไว้ด้วยกัน

ข้อมูลอ้างอิง

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ (LESA)

องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA)

Idaho National Laboratory

สำนักข่าว BBC


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : แผ่นเปลือกโลก และการเปลี่ยนแปลง

เรื่องแนะนำ

การกำเนิดของคริสตัลในธรรมชาติ

คริสตัล เป็นชื่อเรียกแร่หินที่มีความแวววาว และมีสีสันแตกต่างกันออกไป ขึ้นอยู่กับชนิดของสารประกอบที่ละลายอยู่ในหินนั้นๆ คริสตัล เกิดจากการตกผลึก (Crystallization) ตามธรรมชาติ ที่ทำให้เกิดผลึกของแข็งในสารละลายเนื้อเดียว ทั้งที่อยู่ในสถานะของเหลวและก๊าซ เมื่อสารละลายอิ่มตัวอย่างยิ่งยวดจากตัวถูกละลาย (Solute) ซึ่งในธรรมชาติสามารถละลายได้ดีในตัวทำละลาย (Solvent) ที่มีอุณหภูมิสูง ดังนั้น เมื่อสารละลายอุณหภูมิสูงดังกล่าวเย็นตัวลง จึงก่อให้เกิดการแยกตัวของสารเกิดเป็นผลึกของแข็ง ซึ่งเรียกว่า การตกผลึกตามธรรมชาติ การตกผลึก จึงนับเป็นกระบวนการแยกสารหรือวิธีการทำสารให้บริสุทธิ์ที่เก่าแก่วิธีหนึ่ง ซึ่งนิยมนำมาประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมเคมีและการวิจัยในด้านต่าง ๆ ทั้งจากประสิทธิภาพในการแยกสารและความคุ้มค่าด้านพลังงาน ซึ่งในปัจจุบัน กระบวนการตกผลึกถูกนำมาใช้ประโยชน์มากมาย ทั้งในการผลิตเกลือบริโภค หรือการผลิตผลึกของธาตุแกลเลียม (Gallium) และซิลิคอน (Silicon) รวมไปถึงการผลิตน้ำตาลชนิดต่าง ๆ อีกด้วย การเกิดกระบวนการตกผลึก การทำให้ตัวถูกละลายในสารละลายตกผลึก สารละลายดังกล่าวจะต้องอิ่มตัวอย่างยิ่งยวด จากการมีปริมาณของตัวถูกละลายไม่ว่าจะอยู่ในรูปของอะตอม โมเลกุล หรือไอออน มากกว่าปกติภายใต้สภาวะสมดุล (Equilibrium) ของสารละลายอิ่มตัว ซึ่งผลึกที่สมบูรณ์ของสารแต่ละชนิดจะมีรูปร่างและโครงสร้างที่แตกต่างกันออกไป ตามกระบวนการตกผลึกหรือการเย็นตัวลงของสารละลายดังกล่าว โดยทั่วไป สารละลายอิ่มตัวที่มีอุณหภูมิลดต่ำลงอย่างรวดเร็วมักก่อให้เกิดผลึกของแข็งหรือคริสตัลขนาดเล็ก ขณะที่การเย็นตัวลงอย่างช้า ๆ มักก่อให้เกิดผลึกที่มีขนาดใหญ่ กระบวนการตกผลึกประกอบไปด้วย 2 ขั้นตอนหลัก คือ […]

ภาพใหม่ของ ดาวพฤหัสบดี ที่สวยงามจากเจมส์เวบบ์ คมชัดสุดเท่าที่โลกเคยมี

ภาพใหม่ของ ดาวพฤหัสบดี ที่สวยงามจากเจมส์เวบบ์ คมชัดสุดเท่าที่โลกเคยมี ประมวลผลร่วมกับนักดาราศาสตร์มือสมัครเล่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ได้จับภาพของ ดาวพฤหัสบดี ที่มีทั้งพายุขนาดยักษ์ ลมที่รุ่นแรง แสงออโรร่าเหนือและใต้ อุณหภูมิและความดันสุดขั้ว ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้เข้าใจชีวิตภายในของดาวก๊าซยักษ์ดวงนี้มากยิ่งขึ้น  โดยในตอนแรกข้อมูลเพื่อใช้ประมวลภาพไม่ได้ชัดเจนก่อนมาถึงโลก แต่ถูกส่งไปยังสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศเพื่อแปลงให้เป็นภาพที่เรามองเห็น และนักดาราศาสตร์มือสมัครเล่นคนหนึ่งก็ทำให้มันสวยงามยิ่งขึ้น จูดี้ ชมิดท์ (Judy Schmidt) จากเมืองโมเดสโต (Modesto) รัฐแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา ผู้หลงใหลในจักรวาลและดวงดาว เธอไม่เคยมีพื้นฐานการศึกษาอย่างเป็นทางการในด้านดาราศาสตร์ แต่เมื่อ 10 ปีที่แล้ว การประกวดประมวลภาพถ่ายขององค์กรอวกาศยุโรปหรือ ESA ได้จุดประกายความสนใจของเธอ จากนั้นเธอก็ได้ทำงานกับนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ เพื่อรวบรวมและแปลข้อมูลจากฮับเบิลและกล้องโทรทรรศน์อื่นๆ เป็นงานอดิเรก “มันเป็นสิ่งที่ฉันอยู่กับมัน และฉันก็หยุดไม่ได้ ฉันสามารถใช้เวลาหลายชั่วโมงในทุกวันได้เลย” ชมิดท์กล่าวและเสริมเกี่ยวกับภาพใหม่ของ ดาวพฤหัสบดี นี้ว่า “ฉันพยายามทำให้มันดูเป็นธรรมชาติ แม้ว่ามันจะไม่ได้ใกล้เคียงกับสิ่งที่ตาของคุณมองเห็นก็ตาม” และนั่นทำให้นักดาราศาสตร์มืออาชีพสนใจในงานของเธอ ภาพทั้งสองภาพนั้นมาจากกล้องอินฟราเรดใกล้ (NIRCam) ของเจมส์เวบบ์ซึ่งมีฟิลเตอร์อินฟราเรดเฉพาะเพื่อแสดงรายละเอียดดาวเคราะห์ในมุมมองที่สายตามนุษย์มองไม่เห็น เนื่องจากอยู่นอกช่วงคลื่นที่ตาของเราจะรับได้ นักวิทยาศาสตร์ร่วมมือกับชมิดท์แปลข้อมูลดิบเหล่านี้กลับมาเป็นมุมมองที่ตาของเราสามารถมองเห็นได้ เป็นภาพซึ่งแสดงให้เห็นรายละเอียดที่สวยงาม “ภาพนี้สรุปข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ของระบบดาวพฤหัสบดีของเรา ซึ่งแสดงถึงพลวัตและเคมีของดาวพฤหัสบดีเอง วงแหวนของมัน และดวงจันทร์บริวาร” เทียร์รี ฟูเซต์ […]

ย้อนมองประวัติศาสตร์ผ่านภาพสัตว์และมนุษย์ที่เคยเยือนอวกาศ

ริชาร์ด แบรนสันแห่งบริษัทเวอร์จิน กาแลกติก (Virgin Galactic) และเจฟฟ์ เบโซส ผู้ก่อตั้งบริษัทบลู ออริจิน (Blue Origin) ต่างพยายามเอาชนะกันในศึกแห่งการท่องอวกาศ แต่หารู้ไม่ว่ามีลิงสองตัวเอาชนะพวกเขาได้เมื่อ 62 ปีที่แล้ว เบเกอร์และเอเบิลคือสัตว์ที่ประสบความสำเร็จในการท่องอวกาศก่อนเบโซสและแบรนสัน ในช่วงเช้าตรู่ของวันที่ 28 พฤษภาคม 1959 จรวดจูปิเตอร์ซึ่งมีลิงขนาดเล็กสองตัวนามว่าเบเกอร์และเอเบิลเป็นผู้โดยสารถูกปล่อยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศจากฐานที่แหลมคะแนเวอรัล รัฐฟลอริดา หลังผ่านไป 16 นาทีลิงทั้งสองก็ได้ทะยานขึ้นไปในอวกาศเป็นระยะทางกว่า 2,700 กิโลเมตรและแตะระดับความสูงที่ประมาณ 579 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวโลก ซึ่งถือว่าสูงกว่าระดับวงโคจรปัจจุบันของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล หลังจากที่อยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักระยะหนึ่ง ลิงทั้งคู่ก็ตกลงมายังพื้นโลกอีกครั้ง โดยเบเกอร์ถูกจับใส่ในแคปซูลที่มีขนาดใกล้เคียงกับแก้วเก็บอุณหภูมิขนาดใหญ่ขณะเดินทาง ลิงทั้งสองเผชิญกับแรงกระทำซึ่งรุนแรงกว่าแรงโน้มถ่วงของโลกถึง 38 เท่าขณะที่จรวดดิ่งตัวลง เมื่อจรวดตกลงมายังทะเลในรัฐฟลอริดา เบเกอร์และเอเบิลก็ได้สร้างประวัติศาสตร์หน้าใหม่ให้แก่สหรัฐอเมริกา เนื่องจากอเมริกามีความพยายามที่จะส่งลิงขึ้นไปอวกาศและส่งกลับมาที่โลกอย่างปลอดภัยมาหลายทศวรรษแล้ว หากแต่ลิงที่ถูกเลือกนั้นมักจะเสียชีวิตระหว่างการปฏิบัติภารกิจหรือเสียชีวิตหลังกลับมาถึงโลกไม่กี่ชั่วโมง ด้วยเหตุนี้เบเกอร์และเอเบิลซึ่งตกลงมาสู่โลกอย่างปลอดภัยจึงเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมคู่แรกที่มีชีวิตรอดหลังการท่องอวกาศ อย่างไรก็ตาม เอเบิลเสียชีวิตขณะที่เข้ารับการรักษาหลังกลับถึงโลกได้เพียงไม่กี่วัน ในขณะที่เบเกอร์มีชีวิตอยู่จนถึงปี 1984 เมื่อ เบเกอร์สิ้นอายุขัย ร่างของมันถูกนำไปฝังไว้ที่ศูนย์อวกาศและจรวดแห่งชาติสหรัฐ ฯ (U.S. Space and Rocket Center: USSRC) […]