ความโน้มถ่วง

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ความโน้มถ่วงทำให้ดาวเคราะห์ต่างๆ ยังคงหมุนรอบดวงอาทิตย์ ไม่หลุดออกจากวงโคจร (ภาพไม่เป็นไปตามอัตราส่วน)

ความโน้มถ่วง (อังกฤษ: gravity) หรือ แรงโน้มถ่วง (อังกฤษ: gravitational force) ในทางฟิสิกส์ คือแรงที่กระทำระหว่างมวล แรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในสี่แรงหลัก ซึ่งประกอบด้วย แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน และ แรงนิวเคลียร์แบบเข้ม ในจำนวนแรงทั้งสี่แรงหลัก แรงโน้มถ่วงมีค่าน้อยที่สุด ถึงแม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะเป็นแรงที่เราไม่สามารถรับรู้ได้มากนักเพราะความเบาบางของแรงที่กระทำต่อเรา แต่ก็เป็นแรงเดียวที่ยึดเหนี่ยวเราไว้กับพื้นโลก แรงโน้มถ่วงมีความแรงแปรผันตรงกับมวล และแปรผกผันกับระยะทางยกกำลังสอง ไม่มีการลดทอนหรือถูกดูดซับเนื่องจากมวลใดๆ ทำให้แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่สำคัญมากในการยึดเหนี่ยวเอกภพไว้ด้วยกัน

นอกเหนือจากความโน้มถ่วงที่เกิดระหว่างมวลแล้ว ความโน้มถ่วงยังสามารถเกิดขึ้นได้จากการที่เราเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน เช่น การเพิ่มหรือลดความเร็วของวัตถุ การเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ เป็นต้น

ประวัติความเป็นมาของทฤษฎีแรงโน้มถ่วง[แก้]

การปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์[แก้]

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

กฎความโน้มถ่วงของนิวตัน[แก้]

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[แก้]

Albert Einstein ได้เผยแพร่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี พ.ศ. 2459 โดยเนื้อหาแสดงถึงการอธิบายความโน้มถ่วงที่มีพื้นฐานมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและกฎความโน้มถ่วงของนิวตันในรูปแบบของกาลอวกาศ (อังกฤษ: Spacetime) เชิงเรขาคณิตที่สามารถอธิบายได้ด้วยสมการสนามของAlbert Einstein (อังกฤษ: Einstein 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) |- | R || แทนความโค้งเชิงสเกลาร์ (Scalar Curvature) |- | g_{\mu \nu} || แทนเมตริกซ์เทนเซอร์ |- | \Lambda \! || แทนค่าคงตัวจักรวาล (Cosmological Constant) |- | G || แทนค่านิจโน้มถ่วงสากล (Gravity Constant) |- | c || แทนความเร็วแสง |- | T_{\mu \nu}|| แทนเทนเซอร์ความเค้น-พลังงาน (Stress-Energy Tensor) |}

ความโน้มถ่วงของโลก[แก้]

จากกฎความโน้มถ่วงของนิวตัน แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำกับมวลใดๆ จะขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างศูนย์กลางมวลของโลกกับศูนย์กลางมวลวัตถุยกกำลังสอง ดังนั้นแรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณต่างๆ จึงมีค่าไม่เท่ากัน และเนื่องจากโลกมีการหมุนรอบตัวเองมีผลทำให้เกิดแรงหนีศูนย์กลาง แรงหนีศูนย์กลางนี้จะหักล้างกับแรงโน้มถ่วงของโลก แรงหนีศูนย์กลางจะมีค่ามากที่สุดบริเวณเส้นศูนย์สูตร และมีค่าน้อยที่สุดบริเวณขั้วโลก ผลของแรงหนีศูนย์กลางนี้ทำให้แรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณเส้นศูนย์สูตรมีค่าน้อยกว่าแรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณขั้วโลกเหนือ นอกจากนั้น โลกก็มิได้เป็นทรงกลมโดยสมบูรณ์ แต่แป้นตรงกลางเล็กน้อยคล้ายผลส้ม ทำให้ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของโลกถึงพื้นผิวโลกแปรผันไปตามละติจูด

สำหรับการคำนวณทางวิศวกรรมโดยทั่วไปความเปลี่ยนแปลงของค่าแรงโน้มถ่วงไม่ถือเป็นนัยสำคัญ จึงสามารถใช้ค่าเฉลี่ยของแรงโน้มถ่วงของโลกได้ โดยกำหนดให้ ความเร่งเนื่องจากความโน้มถ่วงของโลก (g) มีค่าเท่ากับประมาณ 9.81(~10) เมตรต่อวินาทีกำลังสอง