กฎการเคลื่อนที่ข้อสามของนิวตัน
เรียบง่าย เข้าใจง่าย แต่เข้าใจลึกซึ้งไม่ง่าย
กฎการเคลื่อนที่ข้อ 3 ของนิวตันนั้นพบเห็นได้ง่ายมากในชีวิตประจำวัน เมื่อเราออกแรงทุบโต๊ะ โต๊ะก็จะออกแรงต่อมือเราด้วยขนาดแรงที่เท่ากัน แต่ทิศทางตรงข้าม สังเกตได้จากยิ่งเราทุบโต๊ะแรงมาก มือของเรายิ่งแดงหรืออาจจะรู้สึกเจ็บมากขึ้น เพราะแรงที่โต๊ะทำกับมือเรามากขึ้นตามไปด้วย
ทุกๆแรงกิริยา(action) จะมีแรงปฏิริยา (reaction) ขนาดเท่ากันเกิดขึ้นในทิศทางตรงข้ามเสมอ
นี่คือ กฎข้อสามของนิวตันที่เรียบง่าย และนำไปอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆได้มากมาย ยกตัวอย่างหวาดเสียวสักหน่อย เช่น หากรถจักรยานประสานงากับรถบรรทุกตรงๆ แรงที่จักรยานกระทำต่อรถบรรทุกมากกว่าหรือน้อยกว่าแรงที่รถบรรทุกกระทำต่อจักรยาน
แน่นอนว่ากฎข้อสามของนิวตันบอกเราว่าแรงทั้งสองย่อมต้องมีมีขนาดเท่ากัน อย่างแน่นอน แต่เราอาจจะสงสัยว่า แล้วทำไมจักรยานจึงเสียหายจากการชนยับเยิน ในขณะที่รถบรรทุกเสียหายน้อยกว่ามาก
คำตอบคือ มวลที่แตกต่างกันทำให้ความเร่งต่างกัน กล่าวคือจักรยานที่มีมวลน้อยกว่าเกิดการกระชากเร่งที่รุนแรงจนเกิดความเสียหายมากกว่า
อีกตัวอย่างที่น่าสนใจคือ จรวดที่ส่งยานอวกาศไปนอกโลก ล้วนแล้วแต่อาศัยกฎการเคลื่อนที่ข้อ 3 ของนิวตัน โดยจรวดจะออกแรงผลักเชื้อเพลิงที่เผาไหม้แล้วให้ถูกพุ่งออกมาทางเดียวคือท่อไอพ่น (nozzle) ขณะเดียวกัน เชื้อเพลิงก็จะออกแรงผลักจรวดในทิศทางตรงข้าม ส่งผลให้จรวดให้ทะยานขึ้นไปบนท้องฟ้า
แน่นอนว่า แม้กฎการเคลื่อนที่ข้อสามของนิวตัน จะเป็นหลักการเรียบง่ายที่ใช้ส่งจรวด แต่ในทางปฏิบัติ การจะส่งจรวดจำเป็นต้องใช้การออกแบบเชิงวิศวกรรมที่ซับซ้อนอื่นๆอีกมากมายมหาศาลร่วมด้วย แต่ในการทำความเข้าใจฟิสิกส์ เราอาจยกตัวอย่างด้วยจรวดที่เรียบง่ายยิ่งกว่านั้น นั่นคือ ลูกโป่งที่ถูกเป่าจนพอง
เรารู้ดีว่าถ้าเราปล่อยมือ ลูกโป่งย่อมพุ่งออกไปเพราะลูกโป่งออกแรงบีบอากาศให้พุ่งออกมาทางรู และอากาศก็จะออกแรงดันลูกโป่งให้พุ่งไปด้านหน้า แต่ด้วยการหดตัวของลูกโป่งที่ไม่สม่ำเสมอทำให้ทิศทางการพุ่งของลูกโป่งเบี้ยวไปมาอย่างที่เห็น
แล้วถ้าเราเป็นนักบินอวกาศ ถือลูกโป่งไปปล่อยในอวกาศล่ะ มันจะยังพุ่งไปข้างหน้าได้หรือไม่? โปรดอย่าเสียเวลาไปกับการคิดนอกประเด็น เป็นต้นว่าลูกโป่งในอวกาศจะแตกหรือไม่ หรือ เราจะนำลูกโป่งขึ้นไปได้อย่างไร
ประเด็นหลักอยู่ตรงที่ในอวกาศนั้นไม่มีอากาศ แล้วลูกโป่งจะยังสามารถพุ่งไปข้างหน้าได้หรือไม่? แน่นอน หลักการบอกเราว่าลูกโป่งจะต้องพุ่งไปข้างหน้าได้ เนื่องจากมันหดตัวแล้วบีบอากาศภายในให้พุ่งออกมา แล้วอากาศก็ออกแรงผลักลูกโป่งจากภายในให้ไปด้านหน้าได้อยู่ดี
การพุ่งไปด้านข้างของลูกโป่งเป็นผลมาจากอากาศในลูกโป่ง ไม่ใช่อากาศด้านนอก
ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับกฎข้อสามของนิวตันนั้นปรากฏขึ้นบ่อยมาก ลองตอบคำถามง่ายๆดูก็ได้ว่า หากลูกแอปเปิ้ลลูกหนึ่งวางอยู่บนโต๊ะ แรงปฏิกิริยาของน้ำหนักลูกแอปเปิ้ลคือแรงอะไร?
หลายคนตอบแบบไม่ลังเลว่าคือ แรงที่โต๊ะดันลูกแอปเปิ้ลในทิศขึ้น แต่หากพิจารณาให้ดีจะพบว่าน้ำหนักของแอปเปิ้ล คือแรงโน้มถ่วงที่โลกดูดลูกแอปเปิ้ล ถ้าไม่มีแรงโน้มถ่วง แอปเปิ้ลย่อมไม่มีน้ำหนักใดๆ
คราวนี้ลองนึกถึงลูกเปิ้ลที่กำลังร่วงลงจากต้น ขณะที่ลอยอยู่กลางอากาศ โลกก็ยังออกแรงดึงดูดลูกแอปเปิ้ลตลอดเวลา แต่ตอนอยู่กลางอากาศไม่มีแรงที่โต๊ะดันแล้ว ดังนั้นแรงที่โต๊ะดันลูกแอปเปิ้ลจึงไม่ใช่คู่ปฏิกิริยาของน้ำหนักแอปเปิ้ล
(จริงๆคิดง่ายๆแค่ว่า แรงที่โต๊ะดันลูกแอปเปิ้ลนั้นกระทำต่อแอปเปิ้ล เช่นเดียวกับน้ำหนัก ดังนั้นมันจึงไม่ใช่แรงคู่ปฏิกิริยากัน เพราะ แรงคู่ปฏิกิริยานั้นจะกระทำบนวัตถุคนละชิ้นเสมอ ซึ่งตรงนี้สำคัญมากๆ)
คำตอบที่ถูกต้องคือ แรงคู่ปฏิกิริยาของน้ำหนักแอปเปิ้ล
คือ แรงที่แอปเปิ้ลดึงดูดโลกต่างหาก
จะเห็นได้ว่า กฎอันเรียบง่ายนั้น อาจจะมีความลึกซึ้งมากกว่าที่เราคิด และวิธีที่จะช่วยให้เราเข้าใจมันอย่างลึกซึ้งก็คือ การพยายามตอบปัญหาที่เกี่ยวข้อง หรือที่เราเรียกว่า การทำโจทย์นั่นเอง เพื่อจะได้ขบคิดปัญหาเดิมๆให้ลึกลงเรื่อยๆคล้ายการตอกเสาเข็มหลายๆครั้ง
การทำโจทย์แล้วผิด ไม่ใช่เรื่องแย่ เพราะ การทำให้ถูกตั้งแต่แรกไม่ใช่เป้าหมายหลักของการทำโจทย์ แล้วถ้าถามว่าอะไรที่แย่ ผมคิดว่าการไม่พยายามคิดต่างหาก ที่ส่งผลแย่กว่าการทำผิดมากมายนัก
- 6
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
