ผลต่างระหว่างรุ่นของ "ความโน้มถ่วง"

อย่าเพิ่มข้อความที่ไม่เป็นสารานุกรม
(อย่าเพิ่มข้อความที่ไม่เป็นสารานุกรม)
นอกเหนือจากความโน้มถ่วงที่เกิดระหว่างมวลแล้ว ความโน้มถ่วงยังสามารถเกิดขึ้นได้จากการที่เราเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ตาม[[กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน]] เช่น การเพิ่มหรือลดความเร็วของวัตถุ การเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ เป็นต้น
 
== ประวัติศาสตร์ ==
แรงโน้มถ่วง( Gravitational Force)
{{โครงส่วน}}
 
=== กฎความโน้มถ่วงของนิวตัน ===
นิวตันไม่ใช่คนแรกที่ค้นพบแรงโน้มถ่วง เรื่องแรงโน้มถ่วงมีการค้นคว้ามาก่อนสมัยของเขา สิ่งที่เขาค้นพบคือค้นพบว่าแรงโน้มถ่วงเป็นแรงสากลที่มีทั่วไปทั้งจักรวาล
F[[ไฟล์:Universal แทนgravitation.svg|thumb|200px|ความโน้มถ่วงระหว่างมวลทั้งวัตถุสองอัน]]
ไม่ได้มีแต่บนโลกของเราอะลิสโตเติลกล่าวว่าการเคลื่อนที่เป็นวงกลมบนท้องฟ้าเกิดขึ้นบนสวรรค์ คนโบราณเข้าใจว่าการเคลื่อนที่ของดวงดาว ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ เคลื่อนที่เป็นวงกลม อิสระจากแรงใดๆ
ในปี [[พ.ศ. 2230]] [[ไอแซก นิวตัน]] ได้ค้นพบกฎความโน้มถ่วงดังนี้
แต่คนโบราณบอกว่าการเคลื่อนที่แบบวงกลมไม่สามารถอธิบายได้ และมีกฎอยู่ 2 อย่างคือกฎที่ควบคุมโลกและกฎความคุมสวรรค์จนกระทั่งเซอร์ ไอแซค นิวตันค้นพบความจริงที่ว่าแรงที่ดึงดูดให้โลก
:<math>F = \frac{G m_1 m_2}{r^2}</math>
และดวงดาวต่างๆอยู่ด้วยกันได้เนื่องจากแรงโน้มถ่วงและแรงโน้มถ่วงนี้เองที่เป็นแรงที่ทำดึงดูดให้ลูกแอปเปิลตกลงมาสู่พื้น นิวตันสร้างความสัมพันธ์ว่าแรงที่โลกดึงดูดแอปเปิล โลกดึงดูดดวงจันทร์
และกับวัตถุอื่นทั้งจักรวาลคือแรงดึงดูดเดียวกัน ซึ่งเราเรียกว่าแรงโน้มถ่วง ดังนั้นกฎของนิวตันจึงเป็นกฎเดียวที่สามารถอธิบายได้บนโลก และทั้งจักรวาล
 
{|
กฎความโน้มถ่วงของนิวตัน
r| ''F'' || แทนระยะห่างความโน้มถ่วงระหว่างวัตถุมวลทั้งสอง
|-
| ''G'' || แทนค่านิจโน้มถ่วงสากล
|-
| ''m''<sub>1</sub> || แทนมวลของวัตถุแรก
|-
| ''m''<sub>2</sub> || แทนมวลของวัตถุที่สอง
|-
| ''r'' || แทนระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง
|}
 
=== ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ===
ในปี พ.ศ. 2230 ไอแซก นิวตัน ได้ค้นพบกฎความโน้มถ่วงดังนี้
[[Albert Einstein]] ได้เผยแพร่[[ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป]]ในปี [[พ.ศ. 2459]] โดยเนื้อหาแสดงถึงการอธิบายความโน้มถ่วงที่มีพื้นฐานมาจาก[[ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ]]และ[[กฎความโน้มถ่วงของนิวตัน]]ในรูปแบบของ[[กาลอวกาศ]] ({{lang-en|Spacetime}}) เชิง[[เรขาคณิต]]ที่สามารถอธิบายได้ด้วย[[สมการสนามของAlbert Einstein]] ({{lang-en|Einstein field Equation}}) ดังนี้<br />
: <math>R_{\mu \nu} - {1 \over 2}g_{\mu \nu}\,R + g_{\mu \nu} \Lambda = {8 \pi G \over c^4} T_{\mu \nu}</math>
 
{|
F = \frac{G m_1 m_2}{r^2}
| <math>R_{\mu \nu}</math> || แทน ริชชี่เทนเซอร์ความโค้ง (Ricci Tensor Curvature)
|-
| <math>R</math> || แทนความโค้งเชิงสเกลาร์ (Scalar Curvature)
|-
| <math>g_{\mu \nu}</math> || แทนเมตริกซ์เทนเซอร์
|-
| <math>\Lambda \!</math> || แทนค่าคงตัวจักรวาล (Cosmological Constant)
|-
การทดลองหา| <math>G</math> || แทนค่าคงที่นิจโน้มถ่วงสากล (Gravity Constant)
|-
| <math>c</math> || แทนความเร็วแสง
|-
| <math>T_{\mu \nu}</math>|| แทนเทนเซอร์ความเค้น-พลังงาน (Stress-Energy Tensor)
|}
 
== หัวข้อเฉพาะ ==
F แทนความโน้มถ่วงระหว่างมวลทั้งสอง
 
=== ความโน้มถ่วงของโลก ===
G
จาก[[กฎความโน้มถ่วงของนิวตัน]] [[ความโน้มถ่วงของโลก]]ที่กระทำกับมวลใดๆ จะขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่าง[[ศูนย์กลางมวล]]ของโลกกับศูนย์กลางมวลวัตถุยกกำลังสอง ดังนั้นแรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณต่างๆ จึงมีค่าไม่เท่ากัน และเนื่องจากโลกมีการหมุนรอบตัวเองมีผลทำให้เกิด[[แรงหนีศูนย์กลาง]] แรงหนีศูนย์กลางนี้จะหักล้างกับแรงโน้มถ่วงของโลก แรงหนีศูนย์กลางจะมีค่ามากที่สุดบริเวณ[[เส้นศูนย์สูตร]] และมีค่าน้อยที่สุดบริเวณ[[ขั้วโลก]] ผลของแรงหนีศูนย์กลางนี้ทำให้แรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณเส้นศูนย์สูตรมีค่าน้อยกว่าแรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณขั้วโลกเหนือ นอกจากนั้น โลกก็มิได้เป็น[[ทรงกลม]]โดยสมบูรณ์ แต่แป้นตรงกลางเล็กน้อยคล้าย[[จีออยด์|ผลส้ม]] ทำให้ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของโลกถึงพื้นผิวโลกแปรผันไปตาม[[ละติจูด]]
 
ทำให้ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของโลกถึงพื้นผิวโลกแปรผันไปตามละติจูดสำหรับการคำนวณทาง[[วิศวกรรม]]โดยทั่วไปความเปลี่ยนแปลงของค่าแรงโน้มถ่วงไม่ถือเป็นนัยสำคัญ จึงสามารถใช้ค่าเฉลี่ยของแรงโน้มถ่วงของโลกได้ โดยกำหนดให้
แทนค่านิจโน้มถ่วงสากล
โดยกำหนดให้ [[ความเร่งเนื่องจากความโน้มถ่วง]]ของโลก (g) มีค่าเท่ากับประมาณ 9.81(~10) [[เมตร]]ต่อ[[วินาที]]กำลังสอค่าคงที่โน้มถ่วงสากล G (The Universal Gravitational Constant, G)สอง
 
{{แรงพื้นฐาน}}
m1 แทนมวลของวัตถุแรก
 
[[หมวดหมู่:ความโน้มถ่วง|ความโน้มถ่วง]]
m2 แทนมวลของวัตถุที่สอง
[[หมวดหมู่:หลักการสำคัญของฟิสิกส์]]
 
[[หมวดหมู่:ฟิสิกส์เบื้องต้น]]
r แทนระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง
[[หมวดหมู่:กลศาสตร์ท้องฟ้า]]
 
{{โครงวิทยาศาสตร์}}
นั่นคือความโน้มถ่วงแปรผันตรงกับมวล (มวลมากก็มีความโน้มถ่วงมาก) และแปรผกผันกับระยะห่างกำลังสอง (ระยะห่างมากก็มีความโน้มถ่วงน้อย)
 
ความโน้มถ่วงของโลก
 
จากกฎความโน้มถ่วงของนิวตัน แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำกับมวลใดๆ จะขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างศูนย์กลางมวลของโลกกับศูนย์กลางมวลวัตถุยกกำลังสอง ดังนั้นแรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณต่างๆ
จึงมีค่าไม่เท่ากัน และเนื่องจากโลกมีการหมุนรอบตัวเองมีผลทำให้เกิดแรงหนีศูนย์กลาง แรงหนีศูนย์กลางนี้จะหักล้างกับแรงโน้มถ่วงของโลก แรงหนีศูนย์กลางจะมีค่ามากที่สุดบริเวณเส้นศูนย์สูตรและมีค่าน้อยที่สุดบริเวณขั้วโลก
ผลของแรงหนีศูนย์กลางนี้ทำให้แรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณเส้นศูนย์สูตรมีค่าน้อยกว่าแรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณขั้วโลกเหนือ นอกจากนั้น โลกก็มิได้เป็นทรงกลมโดยสมบูรณ์ แต่แป้นตรงกลางเล็กน้อยคล้ายผลส้ม
ทำให้ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของโลกถึงพื้นผิวโลกแปรผันไปตามละติจูดสำหรับการคำนวณทางวิศวกรรมโดยทั่วไปความเปลี่ยนแปลงของค่าแรงโน้มถ่วงไม่ถือเป็นนัยสำคัญ จึงสามารถใช้ค่าเฉลี่ยของแรงโน้มถ่วงของโลกได้
โดยกำหนดให้ ความเร่งเนื่องจากความโน้มถ่วงของโลก (g) มีค่าเท่ากับประมาณ 9.81(~10) เมตรต่อวินาทีกำลังสอค่าคงที่โน้มถ่วงสากล G (The Universal Gravitational Constant, G)
เมื่อมีกฎแรงโน้มถ่วงค่าคงที่โน้มถ่วงสากล G ในตอนแรกถูกสร้างขึ้นมาโดยนิวตัน แต่ยังไม่ทราบว่ามีค่าเท่าไร ถ้ามวลแต่ละอันมีขนาด 1 kg และห่างกัน 1 mจะได้แรงโน้มถ่วงเป็น 0.0000000000667 N
ซึ่งเท่ากับค่าคงที่โน้มถ่วงสากล
 
การทดลองหาค่าคงที่โน้มถ่วงสากล
หลังจากนิวตันเสียชีวิตไปแล้ว 70 ปี นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เฮนรี่ คาเวนดีช (Henry Cavendish) สามารถวัดค่า G ได้หลังยุคของนิวตันหลายปี ศัตรวรรษที่ 18
เขาวัดค่าแรงโน้มถ่วงอันน้อยนิดได้ด้วยคานที่มีความไวต่อการเปลี่ยนแปรงมากๆและถ่วงคานทั้งสองข้างด้วยลูกตุ้มหนัก 6 ตัน
อุปกรณ์ทั้งหมดอยู่ในครอบแก้วแรงโน้มถ่วงระหว่างมวลสองอันวัดได้โดยให้วัตถุตึงดูดกัน ค่า m1 และ m2 ค่าระยะ R ทำให้หาค่าคงที่โน้มถ่วงสากลไกเมื่อค่าG
เป็นแรงที่อ่อนมากๆ เป็นแรงพื้นฐานที่อ่อนที่สุด (แรงอีกสามอย่างที่เหลือคือ แรงแม่เหล็กไฟฟ้าแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน)ถ้าเรายืนอยู่ในเรือ
แรงโน้มถ่วงระหว่างเรากับเรือก็มีแต่ยังน้อยกว่าแรงโน้มถ่วงที่เรามีต่อโลก
แรงโน้มถ่วงที่เรามีต่อโลกนี้เราสามารถวัดได้นั่นก็คือน้ำหนักของเรานั่นเองน้ำหนักของเราขึ้นอยู่กับมวลของเรา ถ้ามวลมากน้ำหนักก็มาก แต่ถ้าเราขึ้นยานอวกาศออกห่างจากโลกไปเรื่อยๆน้ำหนักของเราจะลดลง
จนกระทั่งออกห่างจากโลกมากๆก็จะกลายเป็นสภาวะไร้น้ำหนักถ้าเรารู้ค่า G ก็สามารถวัดค่าน้ำหนักของโลกได้อย่างง่ายดาย แรงโน้มถ่วงของโลกที่มีต่อมวล 1 kgที่ผิวโลก 9.8 N
ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางโลก6.4×106
 
เมื่อค่าคงที่โน้มถ่วง ให้ m1 คือมวล 1 kg และ m2 คือมวลของโลก
 
สรุปได้ว่ามวลโลกคือ 6.4×106 ในยุคนั้นการวัดค่า Gได้เป็นครั้งแรงทำให้ผู้คนสนใจมาก หนังสือพิมพ์ทุกๆฉบับพาทหัวข่าวเรื่องการวัดมวลของโลก สมการของนิวตันเป็นสมการที่น่าตื่นเต้น
ทำให้เรารู้มวลของภูเขา มหาสมุทร และทุกสิ่งทุกอย่างบนโลกใบนี้
4,148

การแก้ไข