ปฏิสัมพันธ์ในระบบสุริยะ_แรงโน้มถ่วงระหว่างดวงอาทิตย์กับดาวบริวาร

บทท่ี 3 วชิ าวทิ ยาศาสตร์ 5 ว23103 ชัน้ มธั ยมศกึ ษาปที ่ี 3 ภาคเรยี นท่ี 1/2564

INTRODUCTION ระบบสรุ ยิ ะประกอบดว้ ย ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษอ์ ยู่ตรง ศนู ยก์ ลางของระบบ มีดาวเคราะหแ์ ละวัตถุขนาดเล็ก เชน่ ดาวเคราะห์แคระ ดาวเคราะหน์ ้อย ดาวหาง เปน็ บริวาร โคจรลอ้ มรอบ ดาวเคราะหบ์ างดวงมีดวงจันทร์บริวาร โคจรล้อมรอบ

ปฏสิ ัมพันธใ์ นระบบสุรยิ ะ 01 02 03 04 แรงโนม้ ถ่วงระหวา่ ง ปรากฎการณท์ ีเ่ กดิ ปรากฎการณ์ท่ีเกดิ เทคโนโลยอี วกาศ ดวงอาทติ ย์กับดาว จากการเคลอ่ื นท่ี จากปฏิสัมพันธ์ บรวิ าร ของโลกรอบดวง ระหวา่ งดวงอาทิตย์ อาทิตย์ โลก และดวงจันทร์

Milky Way Galaxy

01 แรงโนม้ ถ่วงระหว่าง ดวงอาทิตย์กับดาว บริวาร

1. องค์ประกอบของระบบสรุ ยิ ะ

เป็นดาวฤกษ์ซึ่งมีมวลร้อยละ 99 ของระบบ สุริยะ จึงทาให้อวกาศโค้งเกิดเป็นศูนย์กลางของ แรงโน้มถ่วง โดยมีดาวเคราะห์และบริวารท้ังหลาย โคจรลอ้ มรอบ ดวงอาทิตย์มีองค์ประกอบหลักเป็นไฮโดรเจนซ่ึง เป็นอยู่ในสถานะพลาสมา (แก๊สท่ีมีอุณหภูมิสูง มากจนประจุหลดุ ออกมา)



ดาวเคราะห์ (Planet) หมายถึง เทหวัตถุท่ีมีสมบัติดังต่อไปน้ีครบถ้วน 1. โคจรรอบดวงอาทติ ย์ 2. มีมวลมากพอท่ีจะแรงโน้มถ่วงของดาวสามารถเอาชนะความแข็งของเน้ือ ดาว ส่งผ ลให้ดาวอ ยู่ในสภาวะสมดุ ลไฮ โดรส แตติ ก ( hydrostatic equilibrium; เชน่ ทรงเกอื บกลม) 3. ไม่มเี ทหวตั ถอุ นื่ ๆ โคจรในบรเิ วณเดียวกนั บริวารขนาดใหญ่ของดวงอาทิตย์ 8 ดวง เรียงลาดับจากใกล้ ไปไกล ได้แก่ ดาวพุธ ดาวศกุ ร์​ โลก ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน ดาวเคราะห์ท้ังแปดโคจร รอบดวงอาทติ ย์ โดยมรี ะนาบใกล้เคยี งกบั ระนาบสรุ ยิ วิถี



การจาแนกดาวเคราะหด์ ว้ ย เกณฑต์ า่ ง ๆ 1. แบ่งโดยใช้แถบดาวเคราะห์นอ้ ย (asteroid belt) เปน็ เกณฑ์ ซึ่งก้ันอยู่บริเวณระหว่าง วงโคจร ของดาวองั คารกบั ดาวพฤหัสบดแี บง่ ออกเปน็ 2 กลุ่ม คอื 1.1 ดาวเคราะหช์ น้ั ใน (Inner Planets) คือ ดาวเคราะหท์ อี่ ยรู่ ะหว่างดวงอาทิตย์กับแถบ ดาวเคราะหน์ ้อย ได้แก่ ดาวพธุ ดาวศุกร์ โลก และดาวอังคาร 1.2 ดาวเคราะห์ชั้นนอก (Outer Planets) คือ ดาวเคราะหท์ ี่อยถู่ ดั จากแถบดาวเคราะห์ น้อยออกไป ไดแ้ ก่ ดาวพฤหสั บดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน

การจาแนกดาวเคราะห์ดว้ ย เกณฑ์ตา่ ง ๆ 2. แบ่งโดยใชโ้ ลกเปน็ เกณฑ์ แบง่ ออกเป็น 2 กลมุ่ คอื 2.1 ดาวเคราะห์วงใน (Inferior Planets) หมายถึง ดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ มากกว่าโลก ไดแ้ ก่ ดาวพุธและดาวศกุ ร์ 2.2 ดาวเคราะห์วงนอก (Superior Planets) หมายถึง ดาวเคราะห์ท่ีอยู่ถัดจากโลก ออกไป ไดแ้ ก่ ดาวองั คาร ดาวพฤหสั บดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน



การจาแนกดาวเคราะหด์ ว้ ย เกณฑต์ ่าง ๆ 3. แบ่งโดยใชล้ กั ษณะองค์ประกอบหลกั ของดาวเคราะหเ์ ปน็ เกณฑ์ แบง่ ออกเปน็ 2 กลมุ่ คือ 3.1 ดาวเคราะห์ทเ่ี ปน็ หนิ (Terrestrial planets) องคป์ ระกอบสว่ นใหญข่ องดาว เคราะหม์ ีลกั ษณะเป็นหินแข็ง มักมขี นาดเลก็ ได้แก่ ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก และดาวองั คาร 3.2 ดาวเคราะหท์ เี่ ปน็ แกส๊ (Giant Gas Planets) มีองค์ประกอบหลกั เป็นแกส๊ ซงึ่ สว่ น ใหญ่เปน็ แก๊สไฮโดรเจนและแก๊สฮเี ลียม ได้แก่ ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาว เนปจูน นอกจากนพ้ี บว่าฝุ่นละอองและแกส๊ รอบ ๆ ดาวเคราะหเ์ หล่านน้ั รวมตวั กนั เกดิ เป็น ดาวบรวิ ารหลายดวง และเป็นวงแหวนเคลื่อนท่ีอยโู่ ดยรอบ เช่น วงแหวนดาวเสาร์ ซ่งึ เกดิ จากฝนุ่ ละอองทีย่ ังไม่รวมตวั กันเปน็ ดาวบรวิ าร



















หน่วยของระยะทางที่วัดจากระยะหา่ งระหวา่ งโลกกับ ดวงอาทติ ย์ 1 AU เท่ากับ 149.6 ลา้ นกิโลเมตร

2. แรงดงึ ดดู เกี่ยวกับการโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทติ ย์ ดาวเคราะห์ในระบบสุริยะโคจรรอบดวงอาทิตย์ได้ เพราะมีแรงกระทาระหว่างดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์ ซึ่งเป็นแรงดึงดูดระหว่างมวลของดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์ และเป็นแรงแบบเดียวกันกับแรงดึงดูด ระหวา่ งโลกกับวตั ถุบนผิวโลก ซึง่ แรงดงั กล่าว เรยี กวา่ แรงโนม้ ถ่วง (gravitational force) กฎแรงโน้มถว่ งของนวิ ตัน (Newton's law of gravitation)



FF 2F 2F เม่อื มวล m1 เพ่มิ ขึ้น 2 เทา่ แรงโน้มถว่ งเพ่ิมข้นึ เปน็ 2 เท่า

FF 2F 2F เม่อื มวล m2 เพ่มิ ขึ้น 2 เท่า แรงโน้มถว่ งเพ่ิมข้นึ เปน็ 2 เท่า

FF 4F 4F เม่อื มวลของวตั ถุท้งั สองเพ่มิ ขนึ้ 2 เท่า แรงโนม้ ถว่ งเพ่มิ ขนึ้ เปน็ 4 เท่า

FF แ ร ง โ น้ ม ถ่ ว ง จ ะ มี ข น า ด ล ด ล ง เ ป็ น สั ด ส่ ว น กั บ ก า ลั ง ส อ ง ข อ ง ร ะ ย ะ ห่ า ง r ระหวา่ งวัตถุ F/4 F/4 2r F/9 F/9 3r เม่อื วัตถมุ มี วลเทา่ กนั ถ้าระยะห่างระหว่างวตั ถุเพม่ิ ข้นึ ขนาดแรงโน้มถว่ งย่ิงลดลง

กฎแรงโนม้ ถว่ งของนิวตัน (Newton's law of gravitation) F ������ = ������������1������2 G ������2 m1 m2 r จากสมการ จะเหน็ ไดว้ า่ วตั ถทุ มี่ มี วลมากจะมแี รงดงึ ดดู มาก และแรงดงึ ดดู จะยง่ิ เพม่ิ มากขนึ้ ถา้ วตั ถทุ ง้ั สองอยใู่ กลกั ันหรอื ระยะหา่ งระหวา่ งวตั ถทุ ง้ั สองมคี า่ นอ้ ย

ตัวอย่าง 1 โลกและดวงจันทรอ์ ยูห่ า่ งกนั เปน็ ระยะทาง 3.84 x 108 เมตร ดวงจันทร์มมี วล 7.35 x 1022 กิโลกรัม โลกมีมวล 5.98 x 1024 กิโลกรัม จงหาขนาดของแรงดึงดดู ระหว่างมวลของโลกกับดวง จันทร์ F = ������������1������2 ������2 = 6.674 ������ 10−11 ������ 5.97 ������ 1024 ������(7.35 ������1022) (3.84 ������ 108)2 = 292.85 ������ 1035 14.75 ������ 1016 = 19.85 x 1019 = 1.99 x 1020 N

ตัวอย่าง 2 วัตถุสองก้อนมมี วล 80 กโิ ลกรัม และ 50 กโิ ลกรัม ถ้าวัตถุสองกอ้ น ออกแรงดงึ ดูดซง่ึ กัน และกัน ดว้ ยแรงขนาด 6 x 10-8 นิวตัน อยากทราบว่าวัตถทุ ั้งสองกอ้ นอยู่ห่างกันเทา่ ใด F = ������������1������2 ������2 ������������1������2 ������2 = ������ = 6.674 ������ 10−11 ������ 80 ������ 50 6 ������ 10−8 2.67 ������ 104������ 10−11 2.67 ������ 10−7 = 6 ������ 10−8 = 6 ������ 10−8 = 4.45 N

ตัวอย่าง 3 มวลสองก้อนอยู่ห่างกันเป็นระยะทาง 9 หน่วย ปรากฎว่า มวงทั้งสองก้อน มีแรงดึงดูด ระหว่างมวลเท่ากับ F ถ้ามวลสองก้อน อยู่หา่ งกันเป็นระยะทาง 3 หน่วย แล้วแรงดึงดูดระหว่างมวลจะ มีค่าเปน็ เทา่ ใด ������ = ������������1������2 ÷ ������2 ������′ ������������1������2 ������ = ������������1������2 แทนสมการท่ี ������ = 32 2 ������������1������2 92 9 ������′ = ������������1������2 แทนสมการท่ี ������′ = 92 = (93)2= 32 = 9 ������ ������ 32 2 3

เพราะเหตใุ ดเมอ่ื เราชงั่ นา้ หนกั บนดวงจนั ทร์ เราจะมนี า้ หนกั ไม่เทา่ กบั นา้ หนักทชี่ งั่ บนโลก เพราะเหตใุ ด เมอ่ื วตั ถอุ ยหู่ า่ งจากโลก นา้ หนกั ของวตั ถุจะลดลง

มวล น้าหนัก แรงโนม้ ถ่วง และสนามโนม้ ถว่ ง

การโคจร (orbit)

การยงิ กระสุนปนื ใหญบ่ นยอดเขาดว้ ยอัตราเร็วมากข้นึ เรอ่ื ย ๆ ค. เม่ือเพื่มอัตราเร็วของลูกกระสุน ให้มากข้ึนกว่าอัตราเร็วที่เหมาะสม ลูกกระสุนจะออกจากวงโคจร ก. เม่ือยิงลูกกระสุนปืนใหญ่ด้วย อั ต ร า เ ร็ ว ค่ า ห นึ่ ง ลู ก ก ร ะ สุ น จ ะ เคลอ่ื นทว่ี ถิ ีโคง้ แล้วตกลงสู่พื้นโลก ข. เมื่อเพิ่มอัตราเร็วของลูกกระสุนให้มาก ขึ้นจนมีอัตราเร็วที่เหมาะสม ลูกกระสุนจะ ไม่ตกลงสู่พน้ื แต่จะโคจรรอบโลก

การเคลื่อนทข่ี องวัตถทุ ม่ี ีอัตราเรว็ ต่างกัน ก. อัตราเร็วของวัตถุน้อยกว่าอัตราเร็วใน ข. อัตราเร็วของวัตถุเท่ากับอัตราเร็วในวง ค. อัตราเร็วของวัตถุมากกว่าอัตราเร็วใน วงโคจร วัตถุจะตกลงสู่พื้นโลกเน่ืองจาก โคจร วัตถุจะโคจรรอบโลกเน่ืองจากแรง วงโครจร วัตถุยังคงโคจรในวงโครจรที่มี แรงโน้มถว่ ง โน้มถ่วง ระดับความสูงมากย่ิงข้ึน จนเม่ือวัตถุมี อตั ราเร็วมากขึ้นจนแรงโน้มถ่วงของโลกไม่ การโคจร จงึ มีลกั ษณะเปน็ การเคลอื่ นทแ่ี บบวงกลม สามารถดงึ ดดู ไว้ได้ (circular motion)





การทด่ี าวเคราะหโ์ คจรรอบดวงอาทติ ยเ์ ปน็ เนอื่ งมาจากส่งิ ใด จงอธบิ าย