เรารู้มวลของโลกได้อย่างไร? และ Henry Cavendish คือใคร วันนี้ผมจะมาให้คำตอบครับ
เรารู้มวลของโลกได้อย่างไร?
แรงโน้มถ่วง(gravity) เป็นแรงที่ทำให้วัตถุต่างๆดึงดูดเข้าหากัน เป็นหนึ่งในสี่ของแรงหลัก และเป็นแรงที่อ่อนที่สุด แต่เป็นแรงที่สำคัญในการยึดเหนี่ยวดึงดูดทุกอย่างเข้าด้วยกัน
เวลาพูดถึงแรงโน้มถ่วง หลายคนจะนึกถึงแรงโน้มถ่วงระหว่างดาวกับดาวหรือระหว่างโลกกับคน แต่แท้ที่จริงแล้วทุกสิ่งที่มีมวลจะดึงดูดกันและกันเสมอ
สมมติว่ามีมวล(m)สองก้อนที่อยู่ห่างกันค่าหนึ่งจะมีแรงดึงดูดเข้าหากัน ความแรงของการดึงดูดนั้นแปรผันตรงกับมวล และแปรผกผันกับระยะห่าง(d)กำลังสอง
แรงโน้มถ่วงแปลผันตรงกับมวล1คูณมวล2ส่วนระยะห่างกำลังสอง
อธิบายให้เข้าใจง่ายๆคือ ยิ่งมีมวลมากแรงของความโน้มถ่วงก็จะยิ่งมากตาม แต่ถ้ายิ่งระยะห่างมากแรงของความโน้มถ่วงจะน้อย
เช่นคนที่อยู่ข้างกันก็จะดึงดูดกันและกันแต่แรงจะเกิดน้อยมากเพราะว่ามวลน้อยนั่นเอง และความคิดที่ว่าโลกดึงดูดตัวเราอย่างเดียวนั้นไม่ถูกนัก
เพราะโลกดึงดูดเราและเราก็ดึงดูดโลก เรียกได้ว่าต่างคนต่างดึงดูด และเราดึงดูดโลกด้วยแรงที่เท่ากับโลกดึงดูดเราตามกฎของนิวตัน
คงสงสัยใช่ไหมครับว่าในเมื่อแรงดึงดูดเท่ากันแล้ว ทำไมเวลากระโดดโลกไม่ขยับมาหาเราในขณะที่เราถูกโลกดูดตกลงมา
ลองจินตนาการดูนะครับว่ามีก้อนกรวดเล็กๆกับหินก้อนใหญ่ๆอย่างละก้อนแล้วผูกเชือกเอาไว้ แล้วลองออกแรงดึงทั้งสองสิ่งเบาๆด้วยแรงที่เท่ากัน ผลคือก้อนกรวดเล็กๆจะขยับแต่หินก้อนใหญ่นั้นยังคงตั้งอยู่ที่เดิม
คำว่าแรงโน้มถ่วง(F)แปรผันตรงกับมวล(M,m)และแปรผกผันกับระยะห่าง(r)กำลังสองนั้นเป็นเพียงคำพูดแต่ใช้คำนวณในเชิงฟิสิกส์ไม่ได้ จึงต้องแปลงคำพูดให้เป็นสมการ
โดยในทางคณิตศาสตร์แล้วหากจะเปลี่ยนเครื่องหมายแปรผันตรงให้เป็นสมการ(เครื่องหมายเท่ากับ)จะเกิดค่าคงที่ขึ้นและค่าคงที่ของสมการแรงโน้มถ่วงเรียกว่าค่าคงที่ความโน้มถ่วงสากล(G)
เมื่อแปลงคำพูดเป็นสมการจะติดค่าคงที่(G)
ปัญหาก็คือค่าคงที่ตัวนี้เป็นสิ่งที่วัดได้ยากมาก แต่ถ้าเราไม่สามารถหาค่าคงที่มาใส่ไว้ในสมการได้เราจะไม่รู้มวลของโลก
ย้อนกลับไปวันที่ 10 ตุลาคม ในฤดูใบไม้ร่วงปี 1731(289ปีที่แล้ว) เด็กชายคนหนึ่งได้ถือกำเนิดขึ้น เขาชื่อว่าเฮนรี คาเวนดิช(Henry Cavendish)
Henry Cavendish
คุณคาเวนดิชเกิดในตระกูลที่ร่ำรวย เป็นหลานของดยุคที่ 2 แห่งเดวอนไชร์ และเขาได้เข้าเรียนในมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์แต่มีเหตุที่ทำให้เขาต้องออกกลางคัน
คุณคาเวนดิชชื่นชอบในวิทยาศาสตร์เป็นอย่างมากแต่ไม่ค่อยชอบสุงสิงกับใคร เป็นคนเถรตรงไม่ว่าใครจะพูดเล่นมุกอะไรเขาก็จะไม่เข้าใจ เรียกได้ว่าทักษะทางสังคมต่ำมาก
Torsion Balance ของ H. Cavendish
เขาได้ทดลองหาค่าคงที่โดยการใช้อุปกรณ์ที่มีชื่อว่า Torsion Balance ทำโดยใช้แท่งเหล็กยาวที่มีก้อนกลมทั้งสองด้านเส้นผ่านศูนย์กลางลูกละ 2 นิ้ว ทำจากตะกั่วหนักลูกละ 0.7 kg
แล้วใช้เชือกผูกไว้ตรงกึ่งกลางพอดีโดยไม่เอียงไปด้านใดด้านหนึ่งแล้วทำการทดลองในห้องปิดที่ไม่มีลม
จากนั้นนำก้อนเหล็กเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 นิ้ว หนัก158 kg เข้ามาใกล้ปลายเหล็กที่มีก้อนตะกั่วอยู่
แบบจำลอง Torsion Balance
ผลปรากฏว่าเกิดแรงดึงดูดระหว่างมวลทั้งสองก้อนขึ้น ทำให้เส้นเหล็กที่แขวนอยู่นั้นหมุนเล็กน้อย แต่การหมุนที่ว่านั้นน้อยมากๆเพราะมวลของทั้งสองก้อนไม่เยอะมาก
คุณคาเวนดิชจึงต้องใช้กล้องจุลทรรศน์ส่องเข้าไปและพบว่ามันหมุนไป 1 ส่วน 100 ของ1 นิ้ว เรียกได้ว่าบิดไปน้อยมากๆเลย
ภาพแสดงการหมุนของแท่งเหล็ก
และเขาก็ทำการแก้สมการโดยแทนค่าสิ่งที่รู้อยู่แล้วเช่นระยะห่าง(r) มวลทั้งสอง(M)และแรงที่มันดูดกันเพื่อหาค่าคงที่(G) เมื่อได้ค่าคงที่มาแล้วจึงนำไปแก้สมการหาค่ามวล(M)ของโลกได้นั่นเอง
การทดลองนี้เกิดประมาณปี 1797 และนักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันลองวัดค่าดูพบว่าการทดลองของคุณคาเวนดิชนั้นคลาดเคลื่อนไปเพียงแค่ 1% เท่านั้นเอง การวัดได้เที่ยงตรงขนาดนี้ในเมื่อ 223 ปีที่แล้วถือว่าเป็นเรื่องที่น่าชื่นชมเป็นอย่างมาก
หลายคนอาจสงสัยว่าจะรู้มวลของโลกไปทำไม?
เพราะมันสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลายอย่างเช่นเวลาจะส่งกระสวยอวกาศหรือดาวเทียมเราต้องรู้มวลของโลกก่อนเพื่อที่จะได้หาว่าต้องใข้แรงส่งเท่าไหร่จึงไปส่งออกไปนอกโลกได้
นอกจากการหาค่าคงที่โน้มถ่วงสากลแล้วคุณคาเวนดิชยังเป็นคนค้นพบไฮโดรเจนและพบว่าองประกอบของน้ำคือH2O นับได้ว่าเป็นอัจฉริยะคนสำคัญของโลกเลยทีเดียว
- 8
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
