แรงโน้มถ่วงของโลก ปรากฏการณ์ และการประยุกต์ใช้

แรงโน้มถ่วง (Gravitational force)

       

        แรงโน้มถ่วงของโลกเป็นแรงซึ่งโลกกระทำต่อวัตถุทุกชิ้น  โดยมีทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลางโลก  เป็นแรงที่ยึดเหนี่ยววัตถุให้ติดอยู่กับพื้นโลก มิฉนั้นวัตถุหรือแม้กระทั้งบรรยากาศจะหลุดปลิวไปในอากาส  นิวตันได้ค้นพบธรรมชาติพื้นฐานของแรงดึงดูดโน้มถ่วงระหว่างวัตถุใดๆ สองวัตถุ  นิวตันตีพิมพ์กฏความโน้มถ่วงพร้อมกับกฏการเคลื่อนที่  3ข้อของเขา ในปี ค.ศ.1687 เราอาจแถลงกฏนี้ได้ดังนี้

     "ทุกอนุภาคสสารนี้เอกภพดึงดูดทุกอนุภาคอื่นด้วยแรงซึ่งแปรผันตรงกับผลคูณของมวลของอนุภาคและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างอนุภาคทั้งสองนั้น"

ภาพเเอ๊ปเปิ้ลตก  เกิดจากเเรงโน้มถ่วงของโลก

วัตถุมีมวล  m   จะมีแรงโน้มถ่วงกระทำต่อวัตถุขนาดเท่ากัน

              F   =  mg

      เมื่อ   g   =  ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก

                  =  9.81 m/s.s

      ถ้า   m   มีหน่วยเป็นกิโลกรัม

            F    จะมีหน่วยเป็นนิวตัน

          แรง F นี้คือสิ่งที่เรามักเรียกว่า "น้ำหนัก" (Weight) เนื่องจาก g มีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามตำแหน่งต่างๆ ของโลก แรง F จึงมีค่าเปลี่ยนไปด้วยเล็กน้อย

          มนุษอวกาศที่อยู่บนดวงจันทร์ (g=1.6 m/s.s) จะมีน้ำหนักน้อยกว่าขนาดที่อยู่บนโลกประมาณ 1/6 เท่า

         ในอวกาศ  g  มีค่าเป็น  0  แรง F จึงมีค่าเป็นศูนย์ด้วย  นี่คือสภาพที่เรียกว่า "ไร้น้ำหนัก" 

ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงโลก

     -การพังทลายของดินกับแรงโน้มถ่วงของโลก

          ปัจจัยที่ทำให้เกิดการพังทลายของดิน ได้แก่ แผ่นดินไหว  มนุษย์ สัตว์ น้ำ ลม และแรงโน้มถ่วงของโลก แรงโน้มถ่วงของโลกมีผลทำให้เกิดการพังทลายของดิน ซึ่งพบได้จากบริเวณที่มีความลาดชันสูง เมื่อมีฝนตกหนักจนดินอิ่มตัว ทำให้แรงยึดตัวของดินมีน้อยกว่าแรงโน้มถ่วงของโลก ดินที่อิ่มตัวด้วยน้ำจะเคลื่อนที่จากที่สูงลงสู่ที่ต่ำตามแรงดึงดูดของโลก เกิดดินเลื่อนหรือดินถล่มเป็นต้น

ภาพการพังทลายของดิน

     -การหย่อนคล้อยของผิวหนังกับแรงโน้มถ่วงโลก

        เมื่อเข้าสู่วัยสูงอายุเราจะพบว่าผิวหนังเกิดการเหี่ยวย่น หย่อนคล้อย หน้าอกหย่อนยานไม่คงรูป เนื่องจากการเสื่อมสภาพของเซลล์ผิวหนัง และอีกปัจจัยหนึ่งที่มีความสำคัญที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์ดังกล่าว คือ แรงโน้มถ่วงของโลก ซึ่งเมื่อเซลล์ผิวหนังเสื่อมสภาพจะทำให้แรงยึดระหว่างเซลล์ผิวหนังกับเนื้อเยื่อมีค่าน้อยกว่าแรงโน้มถ่วงของโลก

     -การประยุกต์ใช้แรงโน้มถ่วงของโลกในทางคลีนิก

           ระบบสรีรวิทยาของคนโดยปกติได้รับการปรับตัวให้เข้ากับสภาพภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลกมาแต่กำเนิด ดังนั้นสภาพไร้น้ำหนักจึงมีผลต่อร่างกาย เช่น การหมุนเวียนของเลือดจะไม่เป็นปกติ เลือดที่บริเวณเข้าจะลดน้อยลง เพราะแรงโน้มถ่วงของโลกมีส่วนในการทำให้เกิดความดันเลือด ร่างกายจะมีปฏิกิริยาตอบสนองโดยการขับน้ำออก การเมาคลื่นอวกาศก็เป็นไปได้  เพราะระบบการควบคุมการทรงตัวในหูอาศัยแรงโน้มถ่วงของโลก ผู้ที่จะเดินทางในอวกาศจึงได้รับการฝึกฝนให้ชินต่อสภาพไร้น้ำหนักในเครื่องบินหรือใต้ทะเล

        การไหลเวียนของเลือดอาศัยแรงโน้มถ่วงของโลก ความดันของเลือดที่อวัยวะส่วนบนจะน้อยกว่าส่วนล่าง  คนที่ยืนเป็นเวลานานจะทำให้เลือดคลั่งบริเวณขา หรือถ้ายกแขนขึ้น เป็นเวลานานเลือดจะไหลลงทำให้แขนชา คนที่เป็นลมสมองจะขาดเลือดชั่วครู่ ดังนั้นจึงมักพยาบาลโดยการให้ผู้ป่วยนอนราบลงให้ศรีษะต่ำเล็กน้อย เพื่อให้เลือดไหลกลับไปยังสมอง ผู้ที่มีอาการเลือดลมไม่เป็นปกติที่ส่วนล่าง มักจะได้รับการบำบัดโดยให้ออกกำลังขา โดยการแกว่งขาไปมาที่ขอบเตียง

ภาพการไหลเวียนของเลือดอาศัยแรงโน้มถ่วงของโลก

                 การเอาน้ำออกจากปอด (Postural drainage)  ใช้วิธีให้ผู้ป่วยนอนคว่ำหน้าลงบนเตียง โดยให้ส่วนศรีษะและอกอยกว่าระดับเตียงแล้วให้น้ำไหลออกจากปอด โดยแรงโน้มถ่วงของโลก

ภาพการนอนคว่ำให้น้ำออกจากปอด

การผ่าตัดสมองมักจะกระทำกันโดยให้ผู้ป่วยอยู่ในท่านั่งหรือกึ่งท่านั่งเพื่อลดอันตรายจากเลือดตก (Hemorrhage) ภายหลังการผ่าตัดจะยกหัวเอียงขึ้นเพื่อให้เลือดไหลจากสมองได้สะดวก

       การให้น้ำเกลือหรือกลูโคสแก่คนไข้ โดยห้อยขวดน้ำเกลือไว้ที่ระดับเหนือเตียงจะช่วยให้น้ำเกลือไหลเข้าสู่เส้นเลือดได้

การส่งยานอวกาศหรือดาวเทียมสู่อวกาศ

         แรงโน้มถ่วงของโลกเป็นแรงที่ดึงดูดต่อวัตถุทั้งหมดบนโลกไม่ให้หลุดลอยไปนอกโลก การส่งยานอวกาศหรือดาวเทียมจากโลกสู่อวกาศอันดับแรกจะต้องพยายามหนีออกจากแรงดึงดูดของโลกให้ได้ ซึ่งต้องใช้ความเร็วที่ผิวโลกมากกว่า 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งเรียกว่า ความเร็วหลุดพ้น

ภาพการส่งยานอวกาศหรือดาวเทียมสู่อวกาศ

แหล่งที่มา :                   http://www.gotoknow.org/posts/504730   เมื่อวันที่  1  กุมภาพันธ์  2556