แรงโน้มถ่วงของโลกส่งผลให้เราเคลื่อนที่อย่างไร

    ช่วยดึงดูดวัตถุในโลกไม่ให้หลุดลอยไปในอวกาศ

    ช่วยผ่อนแรงเวลายกของลงจากที่สูง

    ทำให้วัตถุบนโลกทุกชนิดมีน้ำหนัก

    ทำให้เกิดแรงน้ำ เนื่องจากทำให้น้ำไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำ

โทษของแรงโน้มถ่วง

    ทำให้ร่างกายได้รับอันตรายจากการตกจากที่สูง

    สิ่งของที่ตกจากที่สูงได้รับความเสียหาย

    ต้องออกแรงมากเมื่อต้องการเคลื่อนย้ายวัตถุ

ความโน้มถ่วง (gravity) หรือ แรงโน้มถ่วง (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

กฎความโน้มถ่วงของนิวตัน
แรงโน้มถ่วงของโลกเป็นแรงซึ่งโลกกระทำต่อวัตถุทุกชิ้น โดยมีทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลางโลก เป็นแรงที่ยึดเหนี่ยววัตถุให้ติดอยู่กับพื้นโลก มิฉนั้นวัตถุหรือแม้กระทั้งบรรยากาศจะหลุดปลิวไปในอากาส นิวตันได้ค้นพบธรรมชาติพื้นฐานของแรงดึงดูดโน้มถ่วงระหว่างวัตถุใดๆ สองวัตถุ นิวตันตีพิมพ์กฏความโน้มถ่วงพร้อมกับกฏการเคลื่อนที่ 3ข้อของเขา ในปี ค.ศ.1687 เราอาจแถลงกฏนี้ได้ดังนี้ "ทุกอนุภาคสสารนี้เอกภพดึงดูดทุกอนุภาคอื่นด้วยแรงซึ่งแปรผันตรงกับผลคูณของมวลของอนุภาคและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างอนุภาคทั้งสองนั้น"

                  เมื่อ  F  แทนความโน้มถ่วงระหว่างมวลทั้งสอง
                         G   แทนค่านิจโน้มถ่วงสากล
                         m1 แทนมวลของวัตถุแรก
                         m2 แทนมวลของวัตถุที่สอง
                         r    แทนระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง

นั่นคือความโน้มถ่วงแปรผันตรงกับมวล (มวลมากก็มีความโน้มถ่วงมาก) และแปรผกผันกับระยะห่างกำลังสอง (ระยะห่างมากก็มีความโน้มถ่วงน้อย)

การเคลื่อนที่ของวัตถุในสนามโน้มถ่วง
วัตถุที่อยู่ในสนามโน้มถ่วงของโลกจะถูกโลกดึงดูด ดังนั้นเมื่อปล่อยวัตถุให้ตกบริเวณใกล้ผิวโลก   แรงดึงดูดของโลกจะทำให้วัตถุเคลื่อนที่เร็วขึ้น  นั่นคือ วัตถุมีความเร่ง

การตกของวัตถุที่มีมวลต่างกันในสนามโน้มถ่วงวัตถุ จะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงตัว  เรียกว่าความเร่งโน้มถ่วง (gravitationalacceleration) มีทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลางของโลก  ความเร่งโน้มถ่วงที่ผิวโลก   มีค่าต่างกันตามตำแหน่งทาง ภูมิศาสตร์ในการตกของวัตถุ  วัตถุจะเคลื่อนที่ลงด้วยความเร่งโน้มถ่วง 9.8เมตรต่อวินาทียกกำลังสอง  ซึ่งหมายความว่าความเร็วของวัตถุจะเพิ่มขึ้นวินาทีละ  9.8 เมตรต่อวินาที

ถ้าโยนวัตถุขึ้นในแนวดิ่ง  วัตถุในสนามโน้มถ่วงจะเคลื่อนที่ขึ้นด้วยความเร่งโน้มถ่วง g โดยมีทิศเข้าสู่ศูนย์กลางโลก  ทำให้วัตถุซึ่งเคลื่อนที่ขึ้นมีความเร็วลดลงวินาทีละ9.8เมตรต่อวินาที  จนกระทั่งความเร็วสุดท้ายเป็นศูนย์   จากนั้นแรงดึงวัตถุให้ตกกลับสู่โลกด้วยความเร่งเท่าเดิม

การเคลื่อนที่ขึ้นหรือลงของวัตถุที่บริเวณใกล้ผิวโลก ถ้าคำนึงถึงแรงโน้มถ่วงเพียงแรงเดียว  โดยไม่คิดถึงแรงอื่น เช่น แรงต้านอากาศ  หรือแรงลอยตัวของวัตถุในอากาศ แล้ววัตถุจะเคลื่อนที่ด้วย ความเร่งโน้มถ่วง   ที่มีค่าคงตัวเท่ากับ  9.8 เมตรต่อวินาที่ยกกำลังสองในทิศลง  เรียกการเคลื่อนที่แบบนี้ว่า     การตกแบบเสรี(free fall) 

แรงโน้มถ่วง เป็นหนึ่งในสี่แรงหลักของธรรมชาติ ร่วมกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อ่อน และแรงนิวเคลียร์เข้ม

แรงโน้มถ่วง คือแรงที่กระทำระหว่างมวล แรงซึ่งดึงดูดวัตถุรอบข้างเข้าสู่จุดศูนย์กลางของตัวเอง และในจักรวาลแห่งนี้ ทุกวัตถุมีมวล ส่งผลให้ทุกวัตถุมีแรงดึงดูดหรือแรงโน้มถ่วงของตัวเอง ไม่ว่าจะเป็นดวงดาวขนาดใหญ่ในกาแล็กซีหรือร่างกายของเรา

มวลและน้ำหนัก

มวล (Mass) คือ ปริมาณเนื้อสสารทั้งหมดที่ประกอบเป็นวัตถุนั้นๆ ซึ่งไม่ว่าวัตถุชิ้นนั้นจะไปอยู่ในสถานที่ใด มวลจะไม่มีวันเปลี่ยนแปลง มวลมีหน่วยเป็นกิโลกรัม (Kg) แตกต่างจากน้ำหนัก (Weight) ซึ่งเป็นผลของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุนั้นๆ และในทางวิทยาศาสตร์ น้ำหนักมีทิศทางและเป็นปริมาณเวกเตอร์ (Vector) โดยแปรผันตามค่าแรงโน้มถ่วงและมวลของวัตถุ โดยมีหน่วยเป็นนิวตัน (Newton) แตกต่างจากภาษาพูดทั่วไปของเราที่เรียกน้ำหนักเป็นหน่วยกิโลกรัม

ในจักรวาล หากทำการชั่งน้ำหนักตัวบนดวงจันทร์ ย่อมได้ผลที่แตกต่างจากน้ำหนักที่ชั่งบนโลก เพราะแรงโน้มถ่วงบนดาวแต่ละดวงมีค่าไม่เท่ากัน และถ้าเรา มีน้ำหนักราว 100 ปอนด์ (45 กิโลกรัม) บนโลก บนดวงจันทร์เราจะมีน้ำหนักเพียง 17 ปอนด์ (8 กิโลกรัม) นอกจากนี้ บนดาวพุธและดาวอังคารเราจะหนักราว 38 ปอนด์ (17 กิโลกรัม), หนัก 91 ปอนด์ (41 กิโลกรัม) บนดาวศุกร์และดาวยูเรนัส, 253 ปอนด์ (115 กิโลกรัม) บนดาวพฤหัสบดี, 107 ปอนด์ (49 กิโลกรัม) บนดาวเสาร์และ 114 ปอนด์ (52 กิโลกรัม) บนดาวเนปจูน

แรงโน้มถ่วงของโลก คือ แรงดึงดูดที่มวลของโลกกระทำต่อวัตถุรอบข้าง โดยการดึงเข้าหาจุดศูนย์กลางหรือแก่นของดวงดาว ไม่ว่าจะเป็นต้นไม้ ใบหญ้า สัตว์ สิ่งของ มนุษย์ หรือแม้แต่อากาศ ทั้งหมดล้วนถูกแรงโน้มถ่วงของโลกดึงดูดไว้ไม่ให้กระจายตัวออกไปในอวกาศ เช่นเดียวกับดาวเทียมและสถานีอวกาศที่ถูกมนุษย์ส่งขึ้นไปโคจรรอบโลก รวมไปถึงดวงจันทร์ที่เป็นดาวบริวารของโลกอีกด้วย

โดยทั่วไปนั้น แรงโน้มถ่วงจะแปรผันตามขนาดมวลและระยะห่างระหว่างวัตถุ การที่มีมวลมาก ย่อมส่งผลให้มีแรงดึงดูดมาก โดยเฉพาะวัตถุที่มีมวลขนาดใหญ่ เช่น ดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าโลกของเราหลายล้านเท่า จึงมีแรงโน้มถ่วงมากพอที่จะทำให้ดาวเคราะห์ทั้งหลายโคจรรอบตัวมันเอง เช่นเดียวกับระยะห่างระหว่างมวล วัตถุที่อยู่ใกล้ชิดกัน แรงโน้มถ่วงที่กระทำระหว่างกันย่อมมีมากกว่าวัตถุที่อยู่ห่างไกลออกไป

การค้นพบแรงโน้นถ่วง

ในอดีตนักวิทยาศาสตร์ต่างมีข้อสังเกตและรับรู้ได้ว่าโลกของเรานั้น มีแรงลึกลับบางอย่างที่ทำการยึดเหนี่ยวตัวเราให้อยู่ติดบนพื้นผิวโลก จนกระทั่งในปี ค.ศ.1666 ไอแซ็ค นิวตัน (Isaac Newton) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้ให้คำนิยามต่อแรงลึกลับนี้ว่า “แรงโน้มถ่วง”

จากข้อสงสัยที่ว่าทำไมผลแอปเปิลที่หลุดจากต้นนั้น หล่นลงพื้นแทนที่จะลอยขึ้นไปในอากาศ การหล่นของแอปเปิลเป็นผลของแรงโน้มถ่วงที่กระทำระหว่างมวลทั้ง 2 เช่นเดียวกับการดึงดูดดวงจันทร์ให้โคจรรอบโลกของเรา

แนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงของนิวตันนี้ ไม่เป็นที่รู้จักมากนัก จนกระทั่งได้รับการตีพิมพ์ใน “หนังสือหลักการคณิตศาสตร์ว่าด้วยปรัชญาธรรมชาติ” (The Mathematical Principles of Natural Philosophy) ในปี ค.ศ.1687 จนกลายเป็นที่ยอมรับอย่างแพร่หลาย รวมถึงการคิดค้น “กฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตัน” (Newton’s laws of universal gravitation) ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำคัญให้กับกลศาสตร์ดั้งเดิมผ่าน “กฎการเคลื่อนที่” (Three Laws of Motion) ที่กลายเป็นปัจจัยสำคัญในการปรับเปลี่ยนโฉมหน้าของวงการวิทยาศาสตร์และฟิสิกส์ในยุคต่อมา