สนามโน้มถ่วง

(แรงโน้มถ่วงของโลก)

     

     สนามโน้มถ่วง

เมื่อปล่อยวัตถุ วัตถุจะตกสู่พื้นโลกเนื่องจากโลกมีสนามโน้มถ่วง (gravitational field)                 

อยู่รอบโลก    สนามโน้มถ่วงทำให้เกิดแรงดึงดูดกระทำต่อมวลของวัตถุทั้งหลาย   แรงดึงดูดนี้เรียกว่า 

 แรงโน้มถ่วง (gravitational  force)   

สนามโน้มถ่วงเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์  g  และสนามมีทิศพุ่ง  สู่ศูนย์กลางของโลก    

สนามโน้มถ่วง  ณ  ตำแหน่งต่างๆบนผิวโลก    มีค่าประมาณ  9.8 นิวตันต่อกิโลกรัม

สนามโน้มถ่วงของโลกที่บางตำแหน่งจากผิวโลก

ระยะวัดจากผิวโลก             (km)	สนามโน้มถ่วง        (N/kg)	หมายเหตุ
ที่ผิวโลก	9.80	-
10	9.77	เพดานบินของเครื่องบินโดยสาร
400	8.65	ความสูงของสถานีอวกาศนานาชาติ   ยานขนส่งอวกาศ
35700	0.225	ระดับความสูงของดาวเทียมสื่อสารคมนาคม
384000	0.0026	ระยะทางเฉลี่ยระหว่างโลกและดวงจันทร์

     
ดาวฤกษ์ โลก ดวงจันทร์  ดาวเคราะห์ดวงอื่นๆและบริวารของดาวเคราะห์  ให้ระบบสุริยะรวมทั้งสรรพวัตถุทั้งหลายก็มีสนามโน้มถ่วงรอบตัวเอง  โดยสนามโน้มถ่วงเหล่านี้มีค่าต่างกันไป

 

     การเคลื่อนที่ของวัตถุในสนามโน้มถ่วง

วัตถุที่อยู่ในสนามโน้มถ่วงของโลกจะถูกโลกดึงดูด 

ดังนั้นเมื่อปล่อยวัตถุให้ตกบริเวณใกล้ผิวโลก   แรงดึงดูดของโลกจะทำให้วัตถุเคลื่อนที่เร็วขึ้น  

นั่นคือวัตถุมีความเร่ง
               การตกของวัตถุที่มีมวลต่างกันในสนามโน้มถ่วงวัตถุ จะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงตัว  เรียกว่า ความเร่งโน้มถ่วง (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) 

      นิยาม

ณ. ตำเหน่งหนึ่งในกรอบอ้างอิงใดๆ สนามโน้มถ่วงที่จุดนั้นคือ แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อมวล 1 Kg               ที่ตำแหน่งนั้น (สนามโน้มถ่วงเป็นปริมาณเว็กเตอร์)

ให้ คือแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่ออนุภาคมวล สนามโน้มถ่วงจะนิยามโดยซึ่งมีค่าเท่ากับความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง

     ตัวอย่าง
วัตถุมวล อยู่ห่างจากมวล เป็นระยะ ให้ แทนสนามความโน้มถ่วง ของมวล ที่ตำแหน่งของมวล สนามโน้มถ่วงจะมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางพุ่งเข้าสู่มวล

     แรงโน้มถ่วงและสนามโน้มถ่วงของโลก

                แรงโน้มถ่วงที่โลกกระทำต่อวัตถุบนโลกคือน้ำหนัก (weight) ของวัตถุนั้น (น้ำหนักมีหน่วยเป็น นิวตัน) สำหรับวัตถุมวล บนผิวโลกจะมีน้ำหนักเท่ากับ มีทิศเข้าสู่จุดศูนย์กลางโลกโดยที่ผิวโลกขนาดของ มีค่าประมาณ 9.8 m/s2

ข้อสังเกต

– W ไม่ได้หมายถึงน้ำหนักที่อ่านได้จากตาชั่ง

– น้ำหนักและค่า g ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุบนผิวโลก และจะเปลี่ยนแปลงตามความสูงต่ำจากผิวโลก

  แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุก็คือ  น้ำหนัก (weight)ของวัตถุบนโลก  หาได้จากสมการ
                        W=mg
เมื่อ m เป็นมวลของวัตถุที่มีหน่วยเป็นกิโลกรัม(kg)
      g  เป็นความเร่งโน้มถ่วง ณ   ตำแหน่งที่วัตถุวางอยู่   มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาทียกกำลังสอง

และW เป็นน้ำหนักของวัตถุุที่มีหน่วยเป็นนิวตัน (N)

อ้างอิง

http://krutussanee.wordpress.com/