แรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในสี่ประเภทของแรงหลักที่แสดงออกในความหลากหลายทั้งหมดระหว่างวัตถุต่างๆ ทั้งบนโลกและที่ไกลออกไป นอกเหนือจากนั้นแม่เหล็กไฟฟ้าอ่อนและนิวเคลียร์ (แข็งแกร่ง) ก็มีความโดดเด่นเช่นกัน อาจเป็นเพราะการดำรงอยู่ของพวกเขาที่มนุษยชาติตระหนักตั้งแต่แรก แรงดึงดูดจากโลกรู้กันมาตั้งแต่สมัยโบราณ อย่างไรก็ตาม ตลอดหลายศตวรรษผ่านไป ก่อนที่คนๆ หนึ่งจะเดาได้ว่าปฏิสัมพันธ์ประเภทนี้ไม่เพียงเกิดขึ้นระหว่างโลกกับร่างกายเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระหว่างวัตถุต่างๆ ด้วย คนแรกที่เข้าใจว่าแรงโน้มถ่วงทำงานอย่างไรคือ I. Newton นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เขาเป็นคนที่อนุมานกฎความโน้มถ่วงสากลที่เป็นที่รู้จักกันดีในตอนนี้
สูตรแรงโน้มถ่วง
นิวตันตัดสินใจวิเคราะห์กฎที่ดาวเคราะห์เคลื่อนที่ในระบบ จึงได้ข้อสรุปว่าการหมุนเวียนของสวรรค์วัตถุรอบดวงอาทิตย์เป็นไปได้ก็ต่อเมื่อแรงโน้มถ่วงกระทำระหว่างมันกับดาวเคราะห์เอง เมื่อตระหนักว่าเทห์ฟากฟ้าแตกต่างจากวัตถุอื่นเพียงในด้านขนาดและมวลเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์จึงสรุปสูตรต่อไปนี้:
F=f x (m1 x m2) / r2 โดยที่:
- m1, m2 คือมวลของสองร่าง;
- r – ระยะห่างระหว่างพวกเขาเป็นเส้นตรง
- f คือค่าคงตัวโน้มถ่วง ซึ่งมีค่าเท่ากับ 6.668 x 10-8 cm3/g x วินาที 2.
ดังนั้น จึงสามารถโต้แย้งได้ว่าวัตถุสองชิ้นใดถูกดึงดูดเข้าหากัน งานของแรงโน้มถ่วงในขนาดของมันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของวัตถุเหล่านี้และเป็นสัดส่วนผกผันกับระยะห่างระหว่างพวกมัน กำลังสอง
คุณสมบัติของการใช้สูตร
เมื่อมองแวบแรก ดูเหมือนว่าการใช้คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของกฎแรงดึงดูดนั้นค่อนข้างง่าย อย่างไรก็ตาม หากคุณลองคิดดู สูตรนี้เหมาะสมสำหรับมวลสองก้อนเท่านั้น โดยจะมีขนาดที่ไม่สำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับระยะห่างระหว่างมวล และมากเสียจนได้แต้มสองแต้ม แต่เมื่อระยะทางเทียบได้กับขนาดลำตัวและรูปร่างผิดปกติล่ะ? แบ่งพวกมันออกเป็นส่วน ๆ กำหนดแรงโน้มถ่วงระหว่างพวกมันและคำนวณผลลัพธ์? ถ้าได้ ต้องใช้กี่คะแนนในการคำนวณ? อย่างที่คุณเห็น มันไม่ง่ายขนาดนั้น
และถ้าเราพิจารณา (จากมุมมองของคณิตศาสตร์) ว่าประเด็นไม่มีมิติดังนั้นสถานการณ์นี้จึงดูสิ้นหวังอย่างสมบูรณ์ โชคดีที่นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นวิธีการคำนวณในกรณีนี้ พวกเขาใช้เครื่องมือของแคลคูลัสอินทิกรัลและดิฟเฟอเรนเชียล สาระสำคัญของวิธีการคือวัตถุถูกแบ่งออกเป็นลูกบาศก์ขนาดเล็กจำนวนอนันต์ซึ่งมวลจะกระจุกตัวอยู่ที่จุดศูนย์กลาง จากนั้นจึงร่างสูตรเพื่อหาแรงผลลัพธ์และเปลี่ยนลิมิตใช้ โดยที่ปริมาตรขององค์ประกอบแต่ละองค์ประกอบจะลดลงเหลือจุด (ศูนย์) และจำนวนขององค์ประกอบดังกล่าวมีแนวโน้มเป็นอนันต์ เทคนิคนี้ทำให้ได้ข้อสรุปที่สำคัญบางประการ
- ถ้าตัวเป็นลูกบอล (ทรงกลม) ซึ่งมีความหนาแน่นเท่ากัน มันจะดึงดูดวัตถุอื่นๆ มาที่ตัวมันเองราวกับว่ามวลทั้งหมดของมันกระจุกตัวอยู่ตรงกลาง ดังนั้น หากผิดพลาดประการใด ข้อสรุปนี้สามารถนำไปใช้กับดาวเคราะห์ได้เช่นกัน
- เมื่อความหนาแน่นของวัตถุมีลักษณะสมมาตรทรงกลมตรงกลาง วัตถุนั้นจะโต้ตอบกับวัตถุอื่นๆ ราวกับว่ามวลทั้งหมดอยู่ที่จุดสมมาตร ดังนั้น หากเรานำลูกบอลกลวง (เช่น ลูกฟุตบอล) หรือลูกบอลหลายลูกมาซ้อนกัน (เช่น ตุ๊กตาแม่ลูกดก) ลูกบอลก็จะดึงดูดวัตถุอื่นๆ ในลักษณะเดียวกับจุดวัสดุที่มีมวลรวม และตั้งอยู่ตรงกลาง
