วิทยาศาสตร ์

ก คานา รายงานเล่มน้ีจดั ข้ึนเพอื่ เป็ นส่วนหน่ึงของวชิ าวทิ ยาศาสตร์ เพือ่ ใหไ้ ดศ้ ึกษาความรู้ในเรื่องแรงโนม้ ถว้ งและไดศ้ ึกษาอยา่ งเขา้ ใจเพื่อให้เป็นประโยชน์ กบั การเรียนผจู้ ดั หวงั วา่ รายงานเล่มน้ีจะเป็ นประโยชนก์ บั ผอู้ ่านท่ีกาลงั หาขอ้ มลู เรื่องน้ีอยู่ ขอขอบคุณครู ประภสั สร ก๋าเขียว ท่ีใหแ้ นะนา ปรึกษา และเพ่อื นๆ ที่ช่วย ใหค้ าแนะนา หากมีขอ้ แนะนาหรือขอ้ ผดิ พลาดประการใดผจู้ ดั ทาขอนอ้ มรับไวเ้ ป็นขอ้ อภยั มา ณ ที่น้ี ดว้ ย ผ้จู ดั ทำ ด.ญ.สพุ ศั สร เกตนุ วม ด.ญ.ณฎั ฐนิช จำตมุ ำ

สารบญั ข เรอื่ ง หนา้ คานา ก สารบญั ข แรงโน้มถว่ งของโลก 1 การค้นพบแรงโน้มถ่วง 2 ข้อเทจ็ จริงเกี่ยวกับแรงโน้มถว่ ง 3 การเคลอื่ นท่ีของวัตถใุ นสมานแรงโนม้ ถว่ ง 4 ทฤษฎสี ัมพนั ธ์ภาพทวั่ ไป 5 ประโยชนข์ องแรงโนม้ ถ่วง 6 ข้อเสยี ของแรงโน้มถ่วง 7 น้าหนักและสภาวะไร้นา้ หนัก (Weight and Weightlessness) 8 แรงโน้มต่อส่ิงมีชวี ติ และสงิ่ แวดลอ้ ม 9 การประยุกตใ์ ช้แรงโน้มถ่วงของโลกในทางคลนิ กิ 10 แหลง่ อา้ งอิง 11 ผู้จดั ทา 12

1 แรงโน้มถ่วงของโลก คือ แรงดึงดูดที่มวลของโลกกระทาต่อวัตถุรอบข้าง โดยการดึงเข้าหาจุดศูนย์กลางหรือแก่นของ ดวงดาว ไม่ว่าจะเป็นต้นไม้ ใบหญ้า สัตว์ สิ่งของ มนุษย์ หรือแม้แต่อากาศ ทั้งหมดล้วนถูกแรง โนม้ ถ่วงของโลกดึงดดู ไวไ้ มใ่ ห้กระจายตวั ออกไปในอวกาศ เช่นเดียวกับดาวเทียมและสถานีอวกาศ ที่ถูกมนุษย์ส่งขึ้นไปโคจรรอบโลก รวมไปถึงดวงจันทร์ที่เป็นดาวบริวารของโลกอีกด้วย โดยทั่วไป นั้น แรงโน้มถ่วงจะแปรผนั ตามขนาดมวลและระยะหา่ งระหวา่ งวตั ถุ การทม่ี ีมวลมาก ย่อมส่งผลให้ มีแรงดึงดูดมาก โดยเฉพาะวัตถุที่มีมวลขนาดใหญ่ เช่น ดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่มีมวล มากกว่าโลกของเราหลายล้านเท่า จึงมีแรงโน้มถ่วงมากพอที่จะทาให้ดาวเคราะห์ทั้งหลายโคจร รอบตัวมันเอง เช่นเดียวกับระยะห่างระหว่างมวล วัตถุที่อยู่ใกล้ชิดกัน แรงโน้มถ่วงที่กระทา ระหว่างกันยอ่ มมีมากกว่าวตั ถุที่อยู่ห่างไกลออกไป

2 การค้นพบแรงโน้นถ่วง ในอดีตนกั วิทยาศาสตรต์ ่างมีข้อสงั เกตและรบั รูไ้ ดว้ า่ โลกของเราน้ัน มแี รงลกึ ลับบางอย่างที่ทาการ ยึดเหนย่ี วตัวเราใหอ้ ยู่ติดบนพนื้ ผวิ โลก จนกระทงั่ ในปี ค.ศ.1666 ไอแซค็ นวิ ตนั (Isaac Newton) นกั วิทยาศาสตร์ชาวองั กฤษไดใ้ ห้คานยิ ามตอ่ แรงลกึ ลบั นว้ี ่า “แรงโนม้ ถ่วง” จากข้อสงสัยที่วา่ ทาไมผลแอปเปลิ ทห่ี ลดุ จากต้นน้ัน หล่นลงพื้นแทนทจ่ี ะลอยข้ึนไปในอากาศ การ หลน่ ของแอปเปิลเปน็ ผลของแรงโนม้ ถว่ งทีก่ ระทาระหวา่ งมวลท้ัง 2 เชน่ เดียวกับการดงึ ดูดดวง จนั ทรใ์ หโ้ คจรรอบโลกของเรา แนวคิดเรอ่ื งแรงโน้มถ่วงของนิวตนั น้ี ไมเ่ ป็นที่รจู้ ักมากนัก จนกระทง่ั ไดร้ บั การตีพิมพ์ใน “หนังสอื หลกั การคณิตศาสตรว์ า่ ด้วยปรัชญาธรรมชาติ” (The Mathematical Principles of Natural Philosophy) ในปี ค.ศ.1687 จนกลายเปน็ ทีย่ อมรับ อยา่ งแพร่หลาย รวมถึงการคดิ ค้น “กฎความโน้มถว่ งสากลของนวิ ตัน” (Newton’s laws of universal gravitation) ซงึ่ เปน็ การวางรากฐานสาคัญใหก้ ับกลศาสตรด์ ้ังเดมิ ผ่าน “กฎการ เคล่อื นท่ี” (Three Laws of Motion) ทก่ี ลายเป็นปัจจยั สาคญั ในการปรบั เปล่ียนโฉมหน้าของ วงการวิทยาศาสตรแ์ ละฟสิ กิ ส์

3 ข้อเท็จจริงเกยี่ วกบั แรงโน้มถ่วง แรงโน้มถว่ งทาให้โลกและดวงดาวทัง้ หลายมรี ปู รา่ งเป็นทรงกลมถงึ แมต้ ัวเราจะมีมวล แต่มวลของ เราเล็กมากเมือ่ เทียบกบั มวลของโลก ดังน้ัน แรงโน้มถ่วงของตัวเราจงึ ไม่มผี ลต่อโลกแม้แต่น้อย หากช่ังนา้ หนกั ตวั บนยอดเขาเอเวอเรสต์ (Mount Everest) นา้ หนกั ท่ีไดจ้ ะมีคา่ ต่ากว่า (เล็กน้อย) กบั นา้ หนักตวั ท่ีช่ังบนพ้นื ท่ีราบระดับน้าทะเลปรากฏการณน์ า้ ข้ึน-น้าลง เกิดจากแรงดงึ ดูดของดวง จันทร์ ซงึ่ แรงโนม้ ถว่ งของดวงจนั ทรน์ ี้ มคี ่าเพียง 1 ใน 6 ของแรงโน้มถว่ งโลกสถานอี วกาศ นานาชาตทิ ี่ระดบั ความสูงราว 400 กโิ ลเมตร ยังอยู่ภายใตอ้ ิทธพิ ลของแรงโน้มถ่วงโลก แตก่ าร เคล่อื นทด่ี ้วยความเรว็ สูง สง่ ผลให้สถานอี วกาศไมต่ กลงสพู่ น้ื นกั บนิ อวกาศรู้สึกไร้น้าหนกั เพราะ พวกเขาอยู่ในสภาวะการตกอย่างเสรี (Free fall) ตลอดเวลาแรงโน้มถ่วงมคี า่ เป็นศูนยใ์ นอวกาศ ดงั นน้ั หากลอยตวั อยู่ในอวกาศเราจะไมม่ นี า้ หนกั เลยแมแ้ ตน่ อ้ ยหากเราสามารถเดินทางด้วย ความเร็ว 11 กโิ ลเมตรตอ่ วินาที จะทาให้เราสามารถเดินทางหลุดพ้นจากแรงดึงดูดของโลกได้ หรอื ที่เรียกวา่ “ความเร็วหลุดพน้ ” (Escape velocity)ถึงแมว้ ตั ถสุ องช้นิ จะมีนา้ หนกั ตา่ งกนั แตแ่ รง โนม้ ถ่วงจะทาให้พวกมนั เคล่อื นทดี่ ว้ ยความเร็วเท่ากนั ซ่งึ หากเราท้งิ ลูกบอลที่มขี นาดเท่ากัน แตม่ ี น้าหนักตา่ งกนั 2 ลูก ลงจากหนา้ ต่างพร้อมกัน ลกู บอลท้งั สองจะตกถงึ พนื้ ในเวลาเดียวกัน (ใน สภาวะท่ีไมม่ ีแรงตา้ นจากอากาศ)หลมุ ดา (Black hole) มีมวลและความหนาแนน่ มหาศาล ส่งผล ใหแ้ รงโน้มถว่ งของหลมุ ดาดงึ ดดู ได้แมก้ ระทงั่ แสง จนปจั จบุ นั น้ี เรายังไม่รู้ว่าขา้ งในหลมุ ดามีอะไร ถึงแม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะเปน็ แรงทีเ่ ราไมส่ ามารถรับรูไ้ ดม้ ากนกั เพราะความเบาบางของแรงทีก่ ระทา ตอ่ เรา แตแ่ รงโน้มถว่ งเปน็ แรงเดยี วทยี่ ดึ เหนี่ยวเราไว้กบั พน้ื โลก แรงโนม้ ถว่ งไมม่ ีการลดทอนหรือ ถูกดดู ซับเนอ่ื งจากมวลใดๆ ทาให้แรงโน้มถ่วงเปน็ แรงท่ีสาคัญมากในการยึดเหนี่ยวเอกภพเขา้ ไว้ ดว้ ยกัน

4 การเคลอ่ื นท่ีของวตั ถุในสนามโน้มถ่วง วัตถทุ ี่อย่ใู นสนามโน้มถ่วงของโลกจะถกู โลกดงึ ดดู ดงั นัน้ เมอ่ื ปล่อยวัตถุให้ตกบรเิ วณใกลผ้ ิว โลก แรงดงึ ดูดของโลกจะทาให้วัตถุเคลอ่ื นที่เร็วข้ึน นน่ั คอื วตั ถุมคี วามเรง่ การตกของวตั ถุท่ีมมี วลต่างกนั ในสนามโน้มถ่วงวัตถุ จะเคลือ่ นทด่ี ้วยความเรง่ คงตัว เรยี กว่า ความเร่งโนม้ ถว่ ง (gravitationalacceleration) มีทิศทางเข้าสู่ศนู ยก์ ลางของโลก ความเร่งโน้ม ถ่วงที่ผวิ โลก มคี า่ ต่างกันตามตาแหน่งทาง ภูมิศาสตรใ์ นการตกของวัตถุ วัตถุจะเคล่ือนทลี่ งดว้ ย ความเร่งโนม้ ถ่วง 9.8เมตรต่อวินาทียกกาลังสอง ซึ่งหมายความว่าความเร็วของวัตถุจะเพมิ่ ขนึ้ วินาทีละ 9.8 เมตรตอ่ วนิ าที ถา้ โยนวัตถขุ ้ึนในแนวดิ่ง วัตถุในสนามโน้มถ่วงจะเคลื่อนท่ีขนึ้ ด้วยความเร่งโน้มถว่ ง g โดยมี ทศิ เขา้ ส่ศู ูนยก์ ลางโลก ทาให้วตั ถุซ่ึงเคลือ่ นทข่ี ้นึ มีความเร็วลดลงวนิ าทีละ9.8เมตรต่อ วินาที จนกระทงั่ ความเร็วสุดท้ายเปน็ ศนู ย์ จากนั้นแรงดึงวตั ถุให้ตกกลบั สู่โลกด้วยความเร่งเทา่ เดมิ การเคลื่อนท่ีข้นึ หรือลงของวัตถทุ ี่บริเวณใกลผ้ ิวโลก ถา้ คานึงถึงแรงโนม้ ถ่วงเพียงแรง เดยี ว โดยไม่คิดถึงแรงอนื่ เชน่ แรงต้านอากาศ หรอื แรงลอยตวั ของวัตถใุ นอากาศ แล้ววตั ถุจะ เคลอื่ นทดี่ ้วย ความเรง่ โน้มถ่วง ท่มี ีค่าคงตัวเท่ากับ 9.8 เมตรต่อวนิ าที่ยกกาลงั สองในทศิ ลง เรียกการเคลอ่ื นทแ่ี บบน้ีวา่ การตกแบบเสร(ี free fall) [1]

5 ทฤษฎีสัมพนั ธ์ภาพท่วั ไป Albert Einstein ได้เผยแพร่ทฤษฎสี ัมพัทธภาพท่ัวไปในปี พ.ศ. 2459 โดยเนอ้ื หาแสดงถึง การอธบิ ายความโน้มถ่วงที่มีพ้ืนฐานมาจากทฤษฎีสัมพทั ธภาพพิเศษและกฎความโน้มถว่ งของนวิ ตันในรปู แบบของกาลอวกาศ (อังกฤษ: Spacetime) เชงิ เรขาคณติ ท่ีสามารถอธบิ ายไดด้ ้วยสมการ สนามของAlbert Einstein (อังกฤษ: Einstein field Equation)

6 ประโยชน์ของแรงโน้มถ่วงของโลก 1. ทาให้เรายืนอยู่บนพ้นื ไดโ้ ดยไม่ลอยไปมา 2. ทาให้วัตถหุ รอื ส่ิงของต่างๆไม่ลอยไปมาในอากาศ 3. ทาใหน้ ้าไหลจากที่สงู ลงสู่ท่ีตา่ 4. ทาใหฝ้ นตกลงมาสู่พื้นโลกเพ่อื ให้ความชมุ่ ชืน้ แก่พชื นอกจากนยี้ งั ทาใหเ้ กดิ แหลง่ นา้ ต่างๆเช่นแม่นา้ ทะเล ฯลฯ 5. กจิ กรรมตา่ งๆ เช่น เล่นบาสเกตบอล การเตะบอลโคง้ เข้าประตู รดน้าต้นไม้หยอด ตา การสอยผลไมต้ า่ งๆ

7 ข้อเสยี ของแรงโน้มถ่วงของโลก 1. ทาให้คนเราไมส่ ามารถกระโดดสงู ขึ้นไปมากๆ ได้ 2. ทาให้ยกสง่ิ ที่มีน้าหนกั มากๆ ไมไ่ ด้ 3. เมอ่ื ทาใหส้ ิ่งของบางชนิดหลน่ พ้นื จะทาใหช้ ารุดเสียหายเชน่ แกว้ ถนนแปดเจอกันหลน่ แปดใครหล่นแตกหรือของทีต่ ัง้ อย่ลู ้มลง 4. ทากิจกรรมต่างๆ ทส่ี วนทางกบั แรงโน้มถว่ งและจะรสู้ ึกเหนื่อยและทาไดล้ าบากเชน่ ปนี เขาเดินข้ึนบันไดปนั่ จักรยานขึ้นภเู ขา เดินขนึ้ ทล่ี าดชัน

8 นา้ หนักและสภาวะไร้นา้ หนัก (Weight and Weightlessness) เม่ือเราชง่ั น้าหนักนาหนักของเราจะไปกดสปรงิ ในตาชง่ั แล้วสปรงิ กด็ ันใหเ้ ขม็ บอก น้าหนักของเรา ขณะทเ่ี ราช่งั น้าหนักเราและเครอื่ งช่ังอยู่น่งิ นา้ หนกั ที่ได้เท่ากบั นา้ หนจั ริง ของเราแตถ่ า้ เราชงั่ น้าหนักบนลิฟ เมือ่ ลิฟข้ึนเราจะหนักเพม่ิ ข้นึ แตถ่ า้ ลฟิ ลงเราจะเบาลง แต่ถ้าลฟิ ตกรว่ งลงมาเราจะอยใู่ นสภาวะไร้นา้ หนกั เพราะไม่มแี รงกระทากบั เคร่ืองชง่ั มนษุ ยอ์ วกาศซ่ึงอยู่ในสถานอี วกาศอย่ใู นสภาวะไรน้ ้าหนัก ทาใหท้ กุ อยา่ งลอ่ งลอยไปมา ในสถานีอวกาศกลา้ มเนอ้ื ของมนษุ ย์อวกาศจะคอ่ ยๆออ่ นแอลงเพราะไมไ่ ดอ้ อกแรงตา้ น กับแรงโนม้ ถ่วง

9 แรงโน้มถ่วงมผี ลต่อส่ิงมชี ีวติ และสิ่งแวดล้อม 1. แรงโนม้ ถ่วงของโลกทาใหว้ ตั ถุต่างๆบนพ้นื โลกไม่หลุดลอยออกไปจากโลก 2. โดยเฉพาะบรรยากาศที่ห่อหุม้ โลกไม่ใหล้ อยไปในอวกาศ จึงทาใหม้ นุษยด์ ารงชีวติ อยไู่ ด้ 2. แรงโนม้ ถ่วงของโลกทาให้ น้าฝนตกลงสู่พ้ืนดิน ใหค้ วามชุ่มชื่นแก่ส่ิงมีชีวติ บนพ้ืนโลก 3. แรงโนม้ ถ่วงของโลกทาใหน้ ้าไหลลงจากที่สูงลงสู่ที่ต่า ทาใหเ้ กิดน้าตก น้าในแม่น้าไหลลง ทะเล คนเรากอ็ าศยั ประโยชนจ์ ากการไหลของน้าอยา่ งมากมาย เช่น การสร้างเข่ือนแปลง พลงั งานน้ามาเป็นพลงั งานไฟฟ้ า เป็นตน้ 4. แรงโนม้ ถ่วงของโลกทาใหเ้ ราทราบน้าหนกั ของสิ่งของต่างๆ 5. แรงโนม้ ถ่วงของโลกทาใหผ้ า้ แหง้ เร็วข้ึน ในขณะท่ีเราตากผา้ นอกจากแสงแดดจะช่วยใหน้ ้า ระเหยออกไปจากผา้ แลว้ แรงโนม้ ถ่วงยงั ช่วยดึงหยดน้าออกจากผา้ ใหต้ กลงพ้ืน อีกดว้ ย

10 การประยุกต์ใช้แรงโน้มถ่วงของโลกในทางคลนี ิก ระบบสรรี วิทยาของคนโดยปกติได้รับการปรบั ตัวให้เขา้ กบั สภาพภายใต้แรงโน้มถว่ งของโลกมาแต่ กาเนดิ ดงั น้ันสภาพไร้นา้ หนักจงึ มผี ลตอ่ รา่ งกาย เชน่ การหมนุ เวียนของเลือดจะไมเ่ ปน็ ปกติ เลือด ที่บริเวณเขา้ จะลดนอ้ ยลง เพราะแรงโน้มถว่ งของโลกมสี ่วนในการทาใหเ้ กดิ ความดันเลือด รา่ งกาย จะมีปฏกิ ริ ิยาตอบสนองโดยการขบั นา้ ออก การเมาคลืน่ อวกาศก็เป็นไปได้ เพราะระบบการ ควบคุมการทรงตวั ในหูอาศยั แรงโน้มถ่วงของโลก ผทู้ จี่ ะเดินทางในอวกาศจงึ ไดร้ ับการฝึกฝนให้ชิน ตอ่ สภาพไรน้ า้ หนกั ในเคร่ืองบินหรอื ใต้ทะเล การไหลเวยี นของเลอื ดอาศยั แรงโนม้ ถว่ งของโลก ความดันของเลอื ดทอ่ี วัยวะส่วนบนจะน้อยกวา่ สว่ นลา่ ง คนทยี่ นื เป็นเวลานานจะทาให้เลอื ดคลัง่ บริเวณขา หรือถา้ ยกแขนขน้ึ เปน็ เวลานานเลอื ด จะไหลลงทาใหแ้ ขนชา คนท่ีเปน็ ลมสมองจะขาดเลือดชัว่ ครู่ ดังน้นั จึงมกั พยาบาลโดยการใหผ้ ู้ป่วย นอนราบลงให้ศรษี ะต่าเล็กนอ้ ย เพื่อใหเ้ ลือดไหลกลับไปยังสมอง ผู้ทมี่ อี าการเลือดลมไมเ่ ปน็ ปกตทิ ่ี ส่วนล่าง มักจะไดร้ ับการบาบัดโดยให้ออกกาลงั ขา โดยการแกวง่ ขาไปมาทขี่ อบเตยี ง

11 แหล่งอ้างองิ ขอบคณุ เรือ่ งจาก: นางสาววยิ ะดา แก้วยา <2559> หนังสือฟิสกิ ส์วทิ ยาศาสตรช์ วี ภาพ {ออนไลน์} เข้าถงึ ไดจ้ าก : https://wiyadadkaewya.wordpress.com

12 ผจู้ ดั ทา เด็กหญงิ สพุ ศั สร เกตนุ วม ชัน้ ม.1/1 เลขที่35 เด็กหญงิ ณัฎฐนชิ จาตมุ า ชนั้ ม.1/1 เลขท1่ี 8 เสนอ คุณครปู ภัสสร กา๋ เขียว วชิ า การสรา้ งหนงั สืออิเลก็ ทรอนิกส์ โรงเรียนแจห้ ม่ วิทยา อาเภอแจ้หม่ จงั หวัดลาปาง สานักงานเขตพื้นทกี่ ารศกึ ษามธั ยมศกึ ษาเขต35 ภาคเรยี นท่ี 2 ปกี ารศกึ ษา 62