แบบจำลองแรงโน้มถ่วง

แรงโน้มถ่วง แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่อ่อนแอที่สุดในแรงพื้นฐานทั้งสี่ แรงโน้มถ่วงเป็นสิ่งที่ทำให้วัตถุที่มีมวลเกิดการดึงดูดกัน แรงโน้มถ่วงเป็นแรงดูดเสมอ และเกิดขึ้นในแนวระหว่างศูนย์กลางมวลของวัตถุทั้งสอง แรงโน้มถ่วงทำให้เกิดการรวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ และกาแล็กซี แรงโน้มถ่วงเป็นสิ่งที่กำหนดทิศทางโคจรของดาวเคราะห์และดวงจันทร์ในระบบสุริยะ National Schools’ Observatory

กฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน แรงโน้มถ่วงระหว่างมวลสองมวล m1 และ m2 สามารถอธิบายได้ในรูปของกฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน G คือค่าคงที่โน้มถ่วงสากล ความสัมพันธ์นี้ลดลงไปตามระยะทางยกกำลังสอง หรือที่เรียกกันว่า inverse square law แรงทั้งสองมีขนาดเท่ากัน แต่ในทิศทางตรงกันข้าม National Schools’ Observatory

เตรียมการทดลอง กิจกรรมนี้ต้องใช้ flash player 10 เปิดเว็บเบราเซอร์ที่มี NSO Gravity Simulator. นอกจากนี้ นักเรียนจะต้องมีนาฬิกาจับเวลา National Schools’ Observatory

การทดลอง ปล่อยลูกบอลให้ตกลงจากความสูงที่ตั้งเอาไว้ และวัดเวลาที่ใช้ในการตกลงสู่พื้น ทำการจับเวลาซ้ำอีกสองสามครั้ง และบันทึกเวลาที่ได้ลงในใบงาน ทำซ้ำในสภาพแวดล้อมภายใต้แรงโน้มถ่วงทั้ง 9 ทดลองดูว่าลูกบอลมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อปล่อยลูกบอล สังเกตว่าในสภาพแวดล้อมอื่น ลูกบอลมีการเปลี่ยนแปลงที่ต่างไปจากบนโลกอย่างไร วิเคราะห์ผลการทดลองเพื่อให้ได้อัตราความเร่งจากแรงโน้มถ่วงบนแต่ละดาวเคราะห์ National Schools’ Observatory

วิเคราะห์ผลการทดลอง เราสามารถใช้ความสูงที่ปล่อยและเวลาที่ใช้ในการตก เพื่อคำนวณความเร่งจากแรงโน้มถ่วงบนดาวเคราะห์แต่ละดวงได้ ถ้าเราสมมติให้ไม่มีแรงต้านอากาศและแรงอื่นอีก ความเร่งที่เกิดจากแรงโน้มถ่วง g จะมีค่าเท่ากับ a เนื่องจากลูกบอลไม่มีความเร็วต้น u = 0 เราสามารถแทนค่าการกระจัด S ได้ด้วยความสูง h เราสามารถเรียบเรียงสมการ (Eq.1) ใหม่ให้อยู่ในรูปของความเร่งจากแรงโน้มถ่วง (Eq.2). Eq.1 S = การกระจัด u = ความเร็วต้น a = ความเร่ง t = เวลา กำหนดให้ Eq.2 h = ความสูง g = ความเร่งจากแรงโน้มถ่วง t = เวลา เมื่อ: National Schools’ Observatory

อภิปราย ดาวเคราะห์ใดมีแรงโน้มถ่วงใกล้เคียงกับโลกมากที่สุด? ดาวเคราะห์ใดต่างจากโลกมากที่สุด? เพราะเหตุใดแรงโน้มถ่วงบนดาวเคราะห์แต่ละดวงจึงมีค่าไม่เท่ากัน? มีดาวเคราะห์ดวงใดที่การวัดแรงโน้มถ่วงทำได้ยากกว่าหรือไม่? ความคลาดเคลื่อนที่อาจจะเกิดขึ้น มาจากที่ใดบ้าง? มีดาวเคราะห์ดวงใดที่ผลที่วัดได้มีความหลากหลายมากกว่าหรือไม่? National Schools’ Observatory

คำถามและแบบฝึกหัด ใช้อินเตอร์เน็ตในการหาความแตกต่างระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวยูเรนัสกับโลก ถึงแม้ว่าดาวทั้งสองจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ต่างกันมาก เพราะเหตุใดแรงโน้มถ่วงจึงมีค่าใกล้เคียงกัน? ถ้าชายคนหนึ่งมีน้ำหนัก 80 กก. บนโลก เขาจะมีน้ำหนักเท่าใดบนดาวเคราะห์ดวงอื่นในระบบสุริยะ? ลองหาสมการการเคลื่อนที่อื่น เราสามารถนำสมการเหล่านี้ไปใช้กับระบบใดได้อีก? ลองสืบค้นดูว่าเราสามารถทำการวัดค่าคงที่แรงโน้มถ่วงสากล G ได้อย่างไร National Schools’ Observatory