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

ซิฟิลิส: กามโรคที่ไม่เคยห่างหายไปจากมนุษย์

ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของเชื้อแบคทีเรียที่มีชื่อว่า ทรีโพนีมา แพลลิดัม (Treponema pallidum) ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดโรค ซิฟิลิส ขอบคุณภาพจาก Centers for Disease Control and Prevention, USA หลังจากโรค ซิฟิลิส ได้ห่างหายจากสังคมไทยไปพักใหญ่ ก็กลับมาระบาดอีกครั้ง โดยเฉพาะในหมู่วัยรุ่น เนื่องจากความเข้าใจผิด และความหย่อนยานในการป้องกันตัวเองจากโรคติดต่อนี้ หลังจากที่ซิฟิลิสโรคติดต่อทางเพศสัมพันธ์ ที่ครั้งหนึ่งเคยแพร่ระบาดในสังคมไทย ได้ทำให้เกิดการตื่นตัวเรื่องการป้องกันโรคติดต่อทางเพศสัมพันธ์ จนสามารถควบคุมได้แล้ว กระแสความกลัวซิฟิลิสก็เริ่มจางหายไปในสังคม ผู้คนเริ่มสนใจกับโรคติดต่อประเภทเดียวกันที่ร้ายแรงกว่าอย่างเช่นโรคเอดส์แทน ซึ่งก็มีสัญญาณที่ดีในการควบคุมการแพร่ระบาดด้วยเช่นกัน แต่ในวันนี้ซิฟิลิสกลับมาแพร่ระบาดอีกครั้ง แบบที่ไม่มีใครคาดคิด โดยข้อมูลการแพร่ระบาดเมื่อเร็วๆ นี้ อาจจะทำให้ผู้คนต่างงงงวยและไม่ทันตั้งตัว ว่าโรคระบาดที่ครั้งหนึ่งเชื่อกันว่าสามารถควบคุมได้แล้วกลับมาได้อย่างไร กามโรคจากแดนไกล ต้นกำเนิดของโรคซิฟิลิสนั้นไม่มีผู้ใดทราบแน่ชัด แต่มีทฤษฎีอยู่ 2 ทฤษฎีที่กล่าวถึงต้นกำเนิดของโรคนี้ โดยทฤษฎีแรกเชื่อว่าเป็นโรคในเขตร้อนที่มาจากการค้าทาสจากแอฟริกาไปยังยุโรปและทวีปอเมริกา อีกทฤษฎีหนึ่งคือ โรคนี้นำมาจากทวีปอเมริกาโดยลูกเรือของโคลัมบัส นักสำรวจทางทะเลชื่อดังผู้ค้นพบทวีปอเมริกา แล้วนำมาระบาดในยุโรป ซึ่งในสมัยนั้นเรียกกันว่า หัดอินเดียน อย่างไรก็ตาม การระบาดของโรคซิฟิลิสที่หนักจนนักประวัติศาสตร์ได้บันทึกไว้อยู่ในช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่สิบห้า ในแถบทวีปยุโรป ซึ่งเป็นโรคที่เกิดกับบรรดานักเดินทาง โสเภณี ทหาร โดยเวลานั้น ทุกประเทศในยุโรปต่างมีผู้ป่วยติดเชื้อซิฟิลิสอยู่ทุกประเทศ และโรคดังกล่าวก็ได้มาถึงประเทศไทย (สยาม) […]

พยากรณ์อากาศจากนกทะเล

พยากรณ์อากาศจากนกทะเล ในอนาคตอันใกล้นี้ ข้อมูลที่เก็บได้จากนกจมูกหลอดลายจะมีส่วนช่วยให้การพยากรณ์อากาศมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นทุกๆ ปี นกทะเลเหล่านี้จะเดินทางมายังอ่าวทางตะวันออกของเอเชียเพื่อจับคู่ผสมพันธุ์ และอพยพหนีจากฤดูหนาว วิถีชีวิตของนกจมูกหลอดลายเหล่านี้อยู่บนผิวน้ำทะเลมากกว่าแผ่นดิน นั่นจึงเป็นที่สนใจของ Katsufumi Sato นักนิเวศวิทยาจากมหาวิทยาลัยโตเกียว ตัวเขาคิดว่านกเหล่านี้มีศักยภาพพอที่จะเป็นส่วนหนึ่งในทีมงานวิจัยสภาพอากาศ ด้วยอุปกรณ์บันทึกข้อมูลของสภาพอากาศที่มีน้ำหนักเบาเป็นพิเศษ Sato ทดลองติดตั้งอุปกรณ์เหล่านี้ให้แก่นก เพื่อใช้พวกมันเก็บข้อมูลของอุณหภูมิมหาสมุทร, ความเร็วลม ไปจนถึงกระแสคลื่น เพื่อนำข้อมูลที่ได้จากผู้อยู่อาศัยตามธรรมชาติเหล่านี้ไปเปรียบเทียบกับข้อมูลจากแหล่งอื่นๆ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการพยากรณ์อากาศในอนาคตได้   อ่านเพิ่มเติม นกทำความสะอาดรักแร้ให้ยีราฟ

ปะการังฟอกขาว (Coral Bleaching)

การเกิด ปะการังฟอกขาว เป็นเหตุให้ระบบนิเวศในมหาสมุทรเสียสมดุล และส่งผลกระทบเป็นวงกว้างต่อห่วงโซ่อาหาร ปะการังฟอกขาว (Coral Bleaching) คือ ภาวะการสูญเสียสาหร่ายขนาดเล็กที่ชื่อว่า “ซูแซนเทลลี” (Zooxanthellae) ที่อาศัยอยู่ภายในเนื้อเยื่อของปะการังอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงทางสภาวะแวดล้อมของมหาสมุทร เช่น อุณหภูมิน้ำทะเลเพิ่มขึ้น ความเค็มของน้ำทะเลเปลี่ยนแปลง หรือมลพิษต่างๆ ส่งผลให้ปะการังเหลือเพียงโครงสร้างหินปูนสีขาว กลายเป็นที่มาของปรากฏการณ์ “ปะการังฟอกขาว” ที่พบได้ในมหาสมุทรทั่วโลก ณ ขณะนี้ ปะการังและสาหร่ายซูแซนเทลลี ความสัมพันธ์ที่ต้องพึ่งพากันและกัน ปะการัง (Coral) เป็นสัตว์ทะเลไม่มีกระดูกสันหลัง (Marine invertebrate) มีสารประกอบหินปูนเป็นโครงร่างแข็ง ซึ่งทำหน้าที่รองรับเนื้อเยื่อรูปทรงคล้ายกระบอกขนาดเล็ก มีหนวดโบกสะบัดบริเวณปลายกระบอก เพื่อดักจับแพลงก์ตอน (Plankton) เป็นอาหาร นอกเหนือจากอาหารที่หาได้ด้วยตนเองแล้ว ปะการังยังได้รับสารอาหารส่วนหนึ่งจากสาหร่ายขนาดเล็กจำนวนมากที่อาศัยอยู่ภายในเนื้อเยื่อของปะการัง ซึ่งเป็นสาหร่ายเซลล์เดียว (Unicellular algae) ที่สร้างอาหารจากการสังเคราะห์แสง และอาศัยอยู่ร่วมกับปะการังในลักษณะ “พึ่งพาอาศัยกัน” (Mutualism) สาหร่ายซูแซนเทลลียังมีหน้าที่ช่วยเร่งกระบวนการสร้างหินปูน รวมถึงการสร้างสีสันอันหลากหลายให้แก่ตัวปะการังอีกด้วย เพราะโดยปกติแล้ว ปะการังมีเพียงเนื้อเยื่อใสที่ไม่มีองค์ประกอบเม็ดสี (Pigment) สวยงามใดๆ แต่เนื่องจากสาหร่ายซูแซนเทลลีเข้ามาอยู่อาศัย ทำให้เกิดสีสันมากมายบนปะการัง ทั้งสีแดง สีส้ม สีเขียว […]