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

แรงโน้มถ่วงทำให้โลกและดวงดาวทั้งหลายมีรูปร่างเป็นทรงกลม

ถึงแม้ตัวเราจะมีมวล แต่มวลของเราเล็กมากเมื่อเทียบกับมวลของโลก ดังนั้น แรงโน้มถ่วงของตัวเราจึงไม่มีผลต่อโลกแม้แต่น้อย

หากชั่งน้ำหนักตัวบนยอดเขาเอเวอเรสต์ (Mount Everest) น้ำหนักที่ได้จะมีค่าต่ำกว่า (เล็กน้อย) กับน้ำหนักตัวที่ชั่งบนพื้นที่ราบระดับน้ำทะเล

ปรากฏการณ์น้ำขึ้น-น้ำลง เกิดจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์ ซึ่งแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์นี้ มีค่าเพียง 1 ใน 6 ของแรงโน้มถ่วงโลก

สถานีอวกาศนานาชาติที่ระดับความสูงราว 400 กิโลเมตร ยังอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงโลก แต่การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ส่งผลให้สถานีอวกาศไม่ตกลงสู่พื้น นักบินอวกาศรู้สึกไร้น้ำหนักเพราะพวกเขาอยู่ในสภาวะการตกอย่างเสรี (Free fall) ตลอดเวลา

แรงโน้มถ่วงมีค่าเป็นศูนย์ในอวกาศ ดังนั้น หากลอยตัวอยู่ในอวกาศเราจะไม่มีน้ำหนักเลยแม้แต่น้อย

หากเราสามารถเดินทางด้วยความเร็ว 11 กิโลเมตรต่อวินาที จะทำให้เราสามารถเดินทางหลุดพ้นจากแรงดึงดูดของโลกได้ หรือที่เรียกว่า “ความเร็วหลุดพ้น” (Escape velocity)

ถึงแม้วัตถุสองชิ้นจะมีน้ำหนักต่างกัน แต่แรงโน้มถ่วงจะทำให้พวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน ซึ่งหากเราทิ้งลูกบอลที่มีขนาดเท่ากัน แต่มีน้ำหนักต่างกัน 2 ลูก ลงจากหน้าต่างพร้อมกัน ลูกบอลทั้งสองจะตกถึงพื้นในเวลาเดียวกัน (ในสภาวะที่ไม่มีแรงต้านจากอากาศ)

หลุมดำ (Black hole) มีมวลและความหนาแน่นมหาศาล ส่งผลให้แรงโน้มถ่วงของหลุมดำดึงดูดได้แม้กระทั่งแสง จนปัจจุบันนี้ เรายังไม่รู้ว่าข้างในหลุมดำมีอะไร

ถึงแม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะเป็นแรงที่เราไม่สามารถรับรู้ได้มากนักเพราะความเบาบางของแรงที่กระทำต่อเรา แต่แรงโน้มถ่วงเป็นแรงเดียวที่ยึดเหนี่ยวเราไว้กับพื้นโลก แรงโน้มถ่วงไม่มีการลดทอนหรือถูกดูดซับเนื่องจากมวลใดๆ ทำให้แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่สำคัญมากในการยึดเหนี่ยวเอกภพเข้าไว้ด้วยกัน


ข้อมูลอ้างอิง

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ (LESA)

องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA)

Idaho National Laboratory

สำนักข่าว BBC


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : แผ่นเปลือกโลก และการเปลี่ยนแปลง

เรื่องแนะนำ

โลกซับซ้อนในมุมมองเรียบง่าย

เรื่อง วตา แซ่ตั้ง เครดิตภาพจาก vanity fair,imdb   ในตอนที่ โอเวน ซัสคายด์ เกิด เขาดูเหมือนเด็กคนอื่นทั่วๆ  ไป  จนกระทั่งเมื่ออายุ 3 ขวบครอบครัวของเขาสังเกตได้ถึงความผิดปกติบางอย่าง  เขาเริ่มไม่พูด ไม่สบตา ไม่มีการแสดงออกอย่างที่เคยเป็นมา  เด็กที่ร่าเริงของครอบครัวซัสคายด์หายไป  ทำให้พวกเขากังวลและพาโอเวนไปโรงพยาบาล  หมอตรวจพบว่าอาการที่โอเวนเป็นอยู่นั้น คือภาวะออทิซึม หรือโรคออทิสติก ซึ่งทำให้พัฒนาการทางการสื่อสารของเขาหยุดลง ครอบครัวของเขาใจสลาย  ก่อนภายหลังจะพบว่า การดูการ์ตูนของดิสนีย์ซึ่งเป็นกิจวัตรเดียวที่ครอบครัวทำร่วมกันได้จะช่วยนำโอเวนให้กลับมา นั่นคือเรื่องราวของครอบครัวซัสคายด์ที่ถูกบันทึกเป็นหนังสือที่ชื่อว่า Life, Animated: A Story of Sidekicks, Heroes, and Autism โดย รอน ซัสคายด์ พ่อของโอเวน  และภายหลังถูกนำมาสร้างเป็นภาพยนตร์สารคดีซึ่งได้คำตอบรับด้านบวกจากนักวิจารณ์ และเข้าชิงออสการ์ในสาขาภาพยนตร์สารคดียอดเยี่ยม ไม่ใช่ครั้งแรกที่โรคออทิสติกถูกนำมาพูดถึงบนจอเงิน  ในช่วงทศวรรษ 80 – 90 เป็นต้นมา มีหนังทั้งฮอลลี่วูดและหนังนอกกระแส ที่พยายามจะสอดแทรกตัวละครที่เป็นออทิสติกเข้ามา แต่บทบาทของพวกเขามักเป็นเพียงสีสัน หรืออุปสรรคให้กับเรื่องราวที่เกิดขึ้น ไม่ได้เพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับออทิสติกให้แก่ผู้ชมเท่าไหร่นัก […]

ฮัดเช้ย! ขอน้ำมูกหน่อยนะ : นักวิทยาศาสตร์ใช้โดรนเก็บน้ำมูกวาฬ

10 กรกฎาคม 2017 –  ทีมนักวิทยาศาสตร์ใช้โดรนในการปฏิบัติภารกิจน่าทึ่งทางวิทยาศาสตร์ นั่นคือการเก็บตัวอย่างน้ำมูกวาฬ  ในน่านน้ำใกล้ช่องแคบเฟรเดอริก  รัฐอะแลสกา โดรนที่ได้รับการออกแบบเป็นพิเศษเรียกว่า “สน็อต-บอต” (snot-bot คำว่า snot แปลว่า น้ำมูก) เก็บตัวอย่างดีเอ็นเอจากวาฬหลังค่อมและถ่ายทอดภาพสดๆ ผ่านทาง National Geographic Earth Live เมื่อนักวิทยาศาสตร์พบเห็นวาฬที่กำลังโผล่ขึ้นเหนือน้ำ พวกเขาจะปล่อยโดรนขึ้นไป เมื่อวาฬพ่นน้ำจากรูพ่น (blowhole) โดรนจะบินผ่านละอองน้ำในอากาศพร้อมกับตัวอย่างน้ำมูกหรือเสมหะของวาฬโดยอาศัยจานเพาะเชื้อที่ติดอยู่ด้านหลังโดรน  ตัวอย่างน้ำมูกที่ได้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ศึกษาดีเอ็นเอของวาฬโดยไม่ไปรบกวนพวกมัน   อ่านเพิ่มเติม : ง่วงจัง ขอหลับหน่อย! มาดูกันสิว่า สัตว์อะไรหลับได้โดนใจที่สุด, ความอุดมสมบูรณ์ของระบบนิเวศที่หลบซ่อนตัวอยู่ใต้น้ำแข็งกรีนแลนด์

มารู้จักกับมนุษย์นีแอนเดอร์ทัล มนุษย์ที่สามารถปรับตัวเข้ากับอากาศ

มารู้จักกับมนุษย์นีแอนเดอร์ทัล มนุษย์ที่สามารถปรับตัวเข้ากับอากาศ มนุษย์นีแอนเดอร์ทัล มักจะถูกเข้าใจว่าเป็น มนุษถ้ำที่ป่าเถื่อนไร้อารยธรรม แต่นักวิทยาศาสตร์กลับบอกว่า มนุษย์นีแอนเดอร์ทัล เป็นมนุษย์ที่มีความฉลาดและมีขนาดของสมองใกล้เคียงกับมนุษย์ในยุคปัจจุบัน มนุษย์นีแอนเดอร์ทัล มีชีวิตอยู่ในช่วงประมาณสี่แสน ถึงสี่หมื่นปีที่แล้ว ซึ่งอยู่ในพื้นที่แถบชายฝั่งตะวันตกของยุโรปแอตแลนติก และบริเวณเอเชียกลาง ทั้งยังพบว่าเป็นมนุษย์ยุคแรกที่สามารถอาศัยอยู่ในสภาพอากาศหนาวที่เป็นน้ำแข็งได้ พวกเขามีหน้าอกกว้าง และมีกล้ามเป็นมัดๆ บริเวณแขน ซึ่งร่างกายแบบนี้จะช่วยกักเก็บความร้อนในร่างกายได้ดี ทั้งยังมีความสามารถในการปรับตัวเป็นเลิศซึ่งช่วยให้มนุษย์นีแอนเดอร์ทัลสามารถทนต่ออากาศที่หนาวเหน็บได้ ความสามารถของพวกเขายังรวมถึงการสร้างที่อยู่อาศัย เครื่องนุ่งห่ม และเครื่องมือ นอกจากนั้น มนุษย์นีแอนเดอร์ทัล ยังถูกเชื่อว่าเป็นมนุษย์สายพันธุ์แรกที่สร้างศิลปะถ้ำที่เก่าแก่ที่สุดในโลกที่สเปนอีกด้วย   อ่านเพิ่มเติม เด็กของมนุษย์นีแอนเดอร์ทัลเติบโตไม่ต่างจากเรา