ความโน้มถ่วง

ความโน้มถ่วง
จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรีไปที่: ป้ายบอกทาง, ค้นหา

ความโน้มถ่วงทำให้ดาวเคราะห์ต่างๆ ยังคงหมุนรอบดวงอาทิตย์ ไม่หลุดออกจากวงโคจร (ภาพไม่เป็นไปตามสเกล)ในทางฟิสิกส์ ความโน้มถ่วง หรือ แรงโน้มถ่วง คือแรงที่กระทำระหว่างมวล แรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในสี่แรงหลัก ซึ่งประกอบด้วย แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน และ แรงนิวเคลียร์แบบเข้ม ในจำนวนแรงทั้งสี่แรงหลัก แรงโน้มถ่วงมีค่าน้อยที่สุด ถึงแม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะเป็นแรงที่เราไม่สามารถรับรู้ได้มากนักเพราะความเบาบางของแรงที่กระทำต่อเรา แต่ก็เป็นแรงเดียวที่ยึดเหนี่ยวเราไว้กับพื้นโลก แรงโน้มถ่วงมีความแรงแปรผันตรงกับมวล ไม่มีการลดทอนหรือถูกดูดซับเนื่องจากมวลใด ๆ ทำให้แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่สำคัญมากในการยึดเหนี่ยวเอกภพไว้ด้วยกัน

นอกเหนือจากความโน้มถ่วงที่เกิดระหว่างมวลแล้ว ความโน้มถ่วงยังสามารถเกิดขึ้นได้จากการที่เราเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ตามกฏการเคลื่อนที่ของนิวตัน เช่น การเพิ่มหรือลดความเร็วของวัตถุ การเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ เป็นต้น

กฎความโน้มถ่วงของนิวตัน

ความโน้มถ่วงระหว่างวัตถุสองอันในปี พ.ศ. 2230 ไอแซก นิวตัน ได้ค้นพบกฎความโน้มถ่วงดังนี้


เมื่อ:

F เป็นความโน้มถ่วงระหว่างมวลทั้งสอง
G เป็นค่าคงที่ความโน้มถ่วง
m1 เป็นมวลของวัตถุแรก
m2 เป็นมวลของวัตถุที่สอง
r เป็นระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง
นั่นคือความโน้มถ่วงแปรผันตรงกับมวล (มวลมากก็มีความโน้มถ่วงมาก) และแปรผกผันกับระยะห่างกำลังสอง (ระยะห่างมากก็มีความโน้มถ่วงน้อย)

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้เผยแพร่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี พ.ศ. 2459โดยเนื้อหาแสดงถึงการอธิบายความโน้มถ่วงที่มีพื้นฐานมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและกฎความโน้มถ่วงของนิวตันในรูปแบบของกาลอวกาศ (Spacetime) เชิงเรขาคณิตที่สามารถอธิบายได้ด้วยสมการสนามของไอน์สไตน์(Einstein field Equation)ดังนี้



เมื่อ Rμν เป็น ริชชี่เทนเซอร์ความโค้ง (Ricci Tensor Curvature)

R เป็น ความโค้งเชิงสเกลาร์ (Scalar Curvature)

gμν เป็น เมตริกซ์เทนเซอร์

เป็น ค่าคงตัวจักรวาล (Cosmological Constant)

G เป็น ค่านิจโน้มถ่วงสากล (Gravity Constant)

c เป็น ความเร็วแสง

Tμν เป็น เทนเซอร์ความเค้น-พลังงาน (Stress-Energy Tensor)

[แก้] ความโน้มถ่วงของโลก
จากกฏความโน้มถ่วงของนิวตัน แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำกับวัตถุมวลใดๆ จะขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างศูนย์กลางมวลของโลกกับศูนย์กลางมวลวัตถุยกกำลังสอง ดังนั้นแรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณต่างๆ จึงมีค่าไม่เท่ากัน และเนื่องจากโลกมีการหมุนรอบตัวเองมีผลทำให้เกิดแรงหนีศูนย์กลาง แรงหนีศูนย์กลางนี้จะหักล้างกับแรงโน้มถ่วงของโลก แรงหนีศูนย์กลางจะมีค่ามากที่สุดบริเวณเส้นศูนย์สูตร และมีค่าน้อยที่สุดบริเวณขั้วโลก ผลของแรงหนีศูนย์กลางนี้ทำให้แรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณเส้นศูนย์สูตรมีค่าน้อยกว่าแรงโน้มถ่วงของโลกบริเวณขั้วโลกเหนือ นอกจากนั้น โลกก็มิได้เป็นทรงกลมโดยสมบูรณ์ แต่แป้นตรงกลางเล็กน้อยคล้ายผลส้ม ทำให้ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของโลกถึงพื้นผิวโลกแปรผันไปตามละติจูด

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