วิธีอธิบายแรงโน้มถ่วงให้กับเด็ก

"มันทำให้สิ่งต่างๆ ตกลงมา" เด็ก ๆ อาจตอบถ้าคุณถามว่าแรงโน้มถ่วงทำอะไร พวกเขาอาจมีปัญหามากกว่าเล็กน้อยในการบอกคุณว่าพลังลึกลับนี้คืออะไร นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ แต่ในแง่ง่ายๆ แรงโน้มถ่วงเป็นแรงดึงดูดที่มองไม่เห็นซึ่งทำให้วัตถุเคลื่อนที่เข้าหากัน อย่างไรก็ตาม ยานโวเอเจอร์ 1 ซึ่งเปิดตัวในปี 2520 ได้หลุดพ้นจากแรงโน้มถ่วงของโลกและเป็นข้อพิสูจน์ที่มองเห็นได้ชัดเจนว่าสิ่งที่ขึ้นไปไม่จำเป็นต้องกลับลงมา

วัตถุทุกชิ้นมีมวล ซึ่งเป็นคุณสมบัติพื้นฐานที่วัดปริมาณของสสารที่วัตถุนั้นมีอยู่ มวลของมันจะไม่เปลี่ยนแปลงเว้นแต่วัตถุจะเข้าใกล้ความเร็วแสง เมื่อมวลของวัตถุเพิ่มขึ้น แรงดึงดูดก็เช่นกัน

นั่นเป็นสาเหตุที่วัตถุขนาดใหญ่มาก เช่น ดาวพฤหัสบดี มีแรงโน้มถ่วงมากกว่าดวงจันทร์ ซึ่งเป็นวัตถุท้องฟ้าที่เล็กกว่ามาก บอกเด็ก ๆ ว่าพวกเขามีน้ำหนักบนโลกมากกว่าบนดวงจันทร์เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของวัตถุทั้งสองต่างกัน

โปรดทราบว่าความหนาแน่นสามารถส่งผลต่อน้ำหนักของคุณบนดาวเคราะห์ดวงอื่นได้ ถ้าดาวเคราะห์มีความหนาแน่นน้อยกว่า คุณจะไม่สามารถเข้าใกล้แรงโน้มถ่วงรวมของมวลทั้งหมดของมันได้ ยกตัวอย่างดาวเสาร์ แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่ามวลของดาวเสาร์จะมีมวลเกือบ 100 เท่าของโลก แต่น้ำหนักของคุณบนดาวเสาร์ก็เกือบจะเท่ากับน้ำหนักบนดาวเคราะห์บ้านเกิดของคุณ เนื่องจากความหนาแน่นของดาวเสาร์น้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำ

ดาวเคราะห์อาจดูเหมือนดาวดวงเล็กๆ ที่ส่องแสงระยิบระยับสำหรับเด็ก ถึงแม้ว่าพวกมันจะเป็นวัตถุขนาดใหญ่ที่เคลื่อนที่ผ่านอวกาศภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ให้ความรู้แก่เด็ก ๆ โดยแสดงแบบจำลองขนาดของระบบสุริยะหรือภาพที่มีดวงอาทิตย์อยู่ตรงกลาง

พูดถึงว่าแรงโน้มถ่วงมหาศาลของดาวดวงนี้ดึงดาวเคราะห์เข้าหามันอย่างไร ถึงแม้ว่าพวกมันจะไม่เคยตกสู่ดวงอาทิตย์ก็ตาม วัตถุในระบบสุริยะยังคงโคจรรอบดาวฤกษ์ หากดวงอาทิตย์หายไปอย่างกะทันหัน โลกและดาวเคราะห์ดวงอื่นจะบินไปในอวกาศในทิศทางที่ต่างกันโดยที่ดวงอาทิตย์ไม่มีแรงโน้มถ่วง

นำการอภิปรายเรื่องวงโคจรและความโน้มถ่วงเข้ามาใกล้บ้านมากขึ้นโดยอธิบายว่าดาวเทียมโคจรรอบโลกในลักษณะที่โลกและดาวเคราะห์น้องสาวของมันโคจรรอบดวงอาทิตย์อย่างไร เนื่องจากโลกมีขนาดใหญ่และมีมวล จึงมีสนามโน้มถ่วงที่แรงซึ่งทำให้วัตถุตกลงมาที่ศูนย์กลางในลักษณะเดียวกับที่ลูกแอปเปิลหลุดออกจากต้นไม้ตกลงสู่พื้น

สถานีอวกาศนานาชาติ - ซึ่งเด็กอาจเคยเห็นทางทีวี - เป็นตัวอย่างหนึ่งที่นิยมของวัตถุที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วรอบโลกในขณะที่ตกลงไปพร้อม ๆ กัน ดวงจันทร์เป็นอีกร่างหนึ่งที่โคจรรอบโลกทุกๆ 27 วัน เป็นแรงโน้มถ่วงพร้อมกับแรงดูดของดวงอาทิตย์บนผืนน้ำของโลกทำให้เกิดกระแสน้ำขึ้น

หากแรงโน้มถ่วงของโลกดึงวัตถุเข้าหามัน คุณคิดว่าคุณจะเห็นดาวเคราะห์พุ่งเข้าหาดวงอาทิตย์และดาวเทียมตกลงสู่พื้นโลก สิ่งนั้นไม่ได้เกิดขึ้นเพราะวัตถุในวงโคจรเคลื่อนที่เร็วพอที่จะทำมุมฉากกับดาวเคราะห์เพื่อ "ตกลงมา" ร่างกายที่พวกมันโคจรอยู่

ช่วยให้เด็กเข้าใจแนวคิดที่สำคัญนี้โดยขอให้เขาหมุนอะไรบางอย่างรอบศีรษะด้วยเชือก เชือก - แรงโน้มถ่วง - ดึงวัตถุเข้าหาเด็กในขณะที่วัตถุเคลื่อนที่ไปข้างหน้า - หรือความเร็ว - ดึงออกด้านนอกและป้องกันไม่ให้เชือกดึงเข้าด้านในจนสุด ขอให้เด็กหยุดหมุนวัตถุและสังเกตว่าในที่สุดวัตถุจะช้าลงและตกลงมาโดยไม่เคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้อย่างไร

เซอร์ อิสแซก นิวตัน นักวิทยาศาสตร์ที่เก่งกาจ ได้ค้นพบสิ่งสำคัญมากมายเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงและการเคลื่อนไหว ตัวอย่างเช่น เขาพบว่าแรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุสองชิ้นเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของวัตถุทั้งสอง กล่าวอีกนัยหนึ่ง ถ้าเด็กยืนอยู่บนยอดเขาเอเวอเรสต์ แรงดึงดูดระหว่างเธอกับศูนย์กลางโลกจะน้อยกว่าตอนที่เธอยืนอยู่บนพื้น

เครื่องชั่งที่มีความไวสูงสามารถตรวจจับความแตกต่างของน้ำหนักเพียงเล็กน้อยระหว่างวัตถุที่เคลื่อนที่ระหว่างระดับความสูงที่ต่างกันสองระดับ วัตถุยังเร่งในอัตราคงที่เมื่อตกลงสู่พื้นโลก เมื่อเด็กทำสิ่งของหล่นจากตึกสูง มันจะเพิ่มความเร็วเมื่อผ่านไปทุกวินาที