Home
Education
Classroom
Knowledge
Blog
TV
ธรรมะ
กิจกรรม
โครงการทรูปลูกปัญญา

มวล น้ำหนัก และแรงดึงดูด

Posted By Plook Creator | 26 เม.ย. 61
162,688 Views

  Favorite

ปริมาณเนื้อสารที่มีอยู่ในวัตถุนั้น ๆ เรียกว่า มวล (Mass) มีหน่วยเป็น กิโลกรัม (Kilogram) เป็นปริมาณสเกลาร์​ (Scalar) คือไม่มีทิศทางกำกับ มวลคงที่ตลอดเวลาไม่ว่าจะอยู่สถานที่ใด โดยเนื้อสารมากจะให้ค่ามวลมาก ส่วนเนื้อสารน้อยก็ให้ค่ามวลน้อย และแม้ว่าจะมีหน่วยเป็นกิโลกรัม แต่มันไม่ใช่น้ำหนัก

 

ปัจจุบันเวลาเราคุยกันภาษาพูดทั่วไปว่า น้ำหนัก (Weight) เท่านั้นเท่านี้กิโลกรัม ความจริงก็คือ ในทางวิทยาศาสตร์หรือทางฟิสิกส์นั้น น้ำหนักเป็นปริมาณเวกเตอร์ (Vector) คือมีทิศทางของปริมาณกำกับด้วย น้ำหนักมีทิศทางกำกับเพราะว่าขณะที่เราวัดหรือชั่งน้ำหนัก เราคิดจากแรงที่กระทำกับวัตถุนั้น ๆ ซึ่งก็คือแรงโน้มถ่วงที่ดึงดูดวัตถุเข้าหาจุดศูนย์กลางของโลก ดังนั้น ทิศทางของน้ำหนักซึ่งเป็นปริมาณเวกเตอร์ จึงมีทิศชี้ลงพื้นเสมอ และน้ำหนักมีหน่วยเป็นนิวตัน (Newton)

ภาพ : Shutterstock


เมื่อแยกคำนิยามให้เข้าใจได้ง่ายขึ้นจะได้ว่า มวลเป็นปริมาณเนื้อสาร มีหน่วยเป็นกิโลกรัม ไม่ได้ระบุทิศทาง ส่วนน้ำหนักคิดได้จากมวลคูณกับแรงดึงดูดของโลก หรือแรง g (W = mg) มีหน่วยเป็นนิวตัน และเป็นปริมาณเวกเตอร์ เนื่องจากน้ำหนักที่เราชั่งสัมพันธ์กับแรงโน้มถ่วงที่ดึงดูดเข้าหาศูนย์กลางของโลก จึงต้องระบุทิศทาง

 

โดยปกติแล้ว เรามักสมมติให้แรงโน้มถ่วงของโลก (g) มีค่าเป็น 10 หรือหากให้ละเอียดมากขึ้นจะกำหนดเป็น 9.81 m/s2 ดังนั้นแล้วแม้ว่ามวลของเราจะมีค่าคงที่เสมอไม่ว่าอยู่ที่ใด แต่น้ำหนักของเราจะเปลี่ยนแปลงไปหากเราไปยืนอยู่บนผิวดวงจันทร์ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงน้อยกว่าโลกนั่นเอง

 

สมมติว่าร่างกายของเรามีมวล 70 กิโลกรัม ชั่งน้ำหนักอยู่บนผิวโลกได้ 70 นิวตันโดยประมาณ แต่หากไปชั่งน้ำหนักบนผิวดวงจันทร์ ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงเพียง  0.17 m/s2 น้ำหนักของเราจะชั่งได้ 70x0.17 = 11.9 นิวตันเท่านั้น

ภาพ : Shutterstock

 

สำหรับมวลของวัตถุใด ๆ นั้นล้วนคงที่ ส่วนน้ำหนักคือ แรงดึงดูดของโลกที่กระทำต่อมวลวัตถุ ซึ่งค่าแรงดึงดูดระหว่างมวลของวัตถุใด ๆ กับมวลของโลก คือ ค่าแรงโน้มถ่วง โดยปกติแล้ว น้ำหนักจึงหมายถึง มวลของวัตถุต่าง ๆ ที่อยู่บนโลก  ดังนั้น หากเราต้องการทราบน้ำหนักของวัตถุบนอวกาศ เราจะวัดได้หรือไม่ เพราะเครื่องชั่งแบบที่เราใช้กันเมื่อไปพบแพทย์คือ เครื่องชั่งแบบถ่วงน้ำหนัก (Balancing Scale) หรือเครื่องชั่งแบบสปริงที่ใช้กันตามตลาด หรืออาจจะเป็นเครื่องชั่งดิจิตอลอันทันสมัย ล้วนแต่ใช้ได้บนโลกเพราะว่ามีแรงโน้มถ่วง ดังนั้น เครื่องชั่งจะลอยตัวอยู่ในยานอวกาศอย่างอิสระเหมือน ๆ กับเหล่านักบินอวกาศ และเครื่องมือทั้งหลายที่มีอยู่ในยานอวกาศ

 

อันที่จริงเราหาน้ำหนักที่แท้จริงเมื่ออยู่ในยานอวกาศไม่ได้ แต่วัตถุหรือนักบินทั้งหลายที่ขึ้นไปทำงานอยู่บนอวกาศเองก็ยังมีมวลอยู่ ดังนั้น เราหามวลของวัตถุนั้น ๆ ได้

 

นาซ่า (NASA) ได้คิดค้นเครื่องมือเพื่อที่จะคำนวณมวลบนอวกาศ มันเรียกว่า ​Space Linear Acceleration Mass Measurement Device เรียกสั้น ๆ ว่า SLAMMD ซึ่งเป็นการใช้สปริงมาดึงนักบินอวกาศหรือวัตถุ และใช้กล้องความเร็วสูงตรวจจับความเร่งในการยืดตัวของสปริง และระยะทางที่ดึงวัตถุหรือนักบินอวกาศได้ และด้วยค่าความคงที่ในการยืดและหดของสปริงซึ่งเรารู้อยู่แล้ว เราก็จะสามารถคำนวณหามวลของวัตถุนั้น ๆ ได้ โดยสรุปคือ ยิ่งมีมวลมาก ยิ่งถูกสปริงดึงได้ช้าลง


เมื่อน้ำหนักหรือแรง คือ มวล x ความเร่ง หรือ F = ma
และแรง คือ - ค่าคงที่ของสปริง x ระยะทาง หรือ F = -kX
ดังนั้น มวล (m) = (-kX) / a

นั่นคือ เราสามารถคำนวณหามวลในอวกาศที่ไม่มีแรงดึงดูดระหว่างมวลหรือไม่มีแรงโน้มถ่วงจากโลกได้อยู่ดีนั่นเอง

 

 

เว็บไซต์ทรูปลูกปัญญาดอทคอมเป็นเพียงผู้ให้บริการพื้นที่เผยแพร่ความรู้เพื่อประโยชน์ของสังคม ข้อความและรูปภาพที่ปรากฏในบทความเป็นการเผยแพร่โดยผู้ใช้งาน หากพบเห็นข้อความและรูปภาพที่ไม่เหมาะสมหรือละเมิดลิขสิทธิ์ กรุณาแจ้งผู้ดูแลระบบเพื่อดำเนินการต่อไป
Tags
  • Posted By
  • Plook Creator
  • 15 Followers
  • Follow