แรงโน้มถ่วงมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง – ทั้งโดยแท้จริงและในชีวิตประจำวันของผู้คนทั่วโลก เป็นเรื่องยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการว่าอยู่ในโลกที่ปราศจากเอฟเฟกต์ของมัน หรือแม้แต่ในโลกที่เอฟเฟกต์ถูกปรับแต่งด้วยจำนวน "เล็กน้อย" - พูด "เพียง" ประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ ลองนึกภาพว่าตัวเองกำลังกระโดดได้ไม่สูงพอที่จะแตะขอบบาสเก็ตบอลสูง 10 ฟุต ไปจนถึงสามารถสแลมดังค์ได้อย่างง่ายดาย นี่เป็นเรื่องเกี่ยวกับความสามารถในการกระโดดที่เพิ่มขึ้น 25 เปอร์เซ็นต์ด้วยแรงโน้มถ่วงที่ลดลงจะทำให้ผู้คนจำนวนมาก!
หนึ่งในสี่ของแรงทางกายภาพพื้นฐาน แรงโน้มถ่วงมีอิทธิพลต่อองค์กรวิศวกรรมทุกแห่งที่มนุษย์เคยกระทำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านเศรษฐศาสตร์ ความสามารถในการคำนวณแรงโน้มถ่วงและแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องเป็นทักษะพื้นฐานและจำเป็นในหลักสูตรวิทยาศาสตร์กายภาพเบื้องต้น
แรงดึงดูด
ไม่มีใครสามารถพูดได้ชัดเจนว่า "คืออะไร" ของแรงโน้มถ่วง แต่มันเป็นไปได้ที่จะอธิบายแรงโน้มถ่วงนี้ในทางคณิตศาสตร์และในแง่ของปริมาณและคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ แรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในสี่แรงพื้นฐานในธรรมชาติ แรงอื่นๆ คือแรงนิวเคลียร์แบบแรงและแบบอ่อน (ซึ่งทำงานที่ระดับภายในอะตอม) และแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงโน้มถ่วงเป็นจุดอ่อนที่สุดในสี่ส่วน แต่มีอิทธิพลมหาศาลต่อโครงสร้างของเอกภพเอง
ในทางคณิตศาสตร์ แรงโน้มถ่วงเป็นนิวตัน (หรือเทียบเท่า kg m/s2) ระหว่างวัตถุสองชิ้นใด ๆ ที่มีมวลเอ็ม1 และเอ็ม2 แยกจากกันrเมตรแสดงเป็น:
F_{grav} = \frac{GM_1M_2}{r^2}
ที่ไหนสากล ค่าคงที่โน้มถ่วงจี = 6.67 × 10-11 ยังไม่มีข้อความ2/kg2.
อธิบายแรงโน้มถ่วง
ขนาดgของสนามโน้มถ่วงของวัตถุ "ขนาดมหึมา" ใดๆ (นั่นคือ ดาราจักร ดาว ดาวเคราะห์ ดวงจันทร์ ฯลฯ) ถูกแสดงทางคณิตศาสตร์โดยความสัมพันธ์:
ก. = \frac{GM}{d^2}
ที่ไหนจีเป็นค่าคงที่ที่เพิ่งกำหนดเอ็มคือมวลของวัตถุและdคือระยะห่างระหว่างวัตถุกับจุดที่วัดสนาม คุณสามารถดูได้โดยดูที่นิพจน์สำหรับFGrav ที่gมีหน่วยของแรงหารด้วยมวล เนื่องจากสมการของgโดยพื้นฐานแล้วคือแรงของสมการแรงโน้มถ่วง (สมการสำหรับFGrav) โดยไม่นับมวลของวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่า
ตัวแปรgจึงมีหน่วยความเร่ง ใกล้พื้นผิวโลก ความเร่งที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงของโลกคือ 9.8 เมตรต่อวินาทีต่อวินาที หรือ 9.8 เมตร/วินาที2. หากคุณตัดสินใจที่จะไปไกลในด้านวิทยาศาสตร์กายภาพ คุณจะเห็นตัวเลขนี้มากกว่าที่คุณจะนับได้
แรงเนื่องจากสูตรแรงโน้มถ่วง
การรวมสูตรในสองส่วนข้างต้นทำให้เกิดความสัมพันธ์
F=mg
ที่ไหนg= 9.8 ม./วินาที2 บนโลก. นี่เป็นกรณีพิเศษของกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน ซึ่งก็คือ
F=ma
สูตรความเร่งโน้มถ่วงสามารถใช้ได้ตามปกติกับสมการการเคลื่อนที่ของนิวตันที่เรียกว่าสมการที่สัมพันธ์กับมวล (ม) ความเร็ว (วี) ตำแหน่งเชิงเส้น (x) ตำแหน่งแนวตั้ง (y), อัตราเร่ง () และเวลา (t). นั่นคือเช่นเดียวกับd = (1/2)ที่2ระยะทางที่วัตถุจะเดินทางในเวลาtเป็นเส้นตรงภายใต้ความเร่งที่กำหนด ระยะทางyวัตถุจะตกอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงในเวลาtได้มาจากนิพจน์d = (1/2)gt2, หรือ 4.9t2 สำหรับวัตถุที่ตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลก
เคล็ดลับ
ในฟิสิกส์เบื้องต้น เมื่อคุณถูกขอให้แก้ปัญหาแรงโน้มถ่วงรวมถึงการตกอย่างอิสระ คุณจะถูกขอให้เพิกเฉยต่อผลกระทบของแรงต้านของอากาศ ในทางปฏิบัติ ผลกระทบเหล่านี้มีความสำคัญ เนื่องจากคุณจะได้เรียนรู้หากคุณศึกษาด้านวิศวกรรมหรือสาขาที่คล้ายคลึงกัน
