บทที่ 23 - เหตุผลทางฟิสิกส์ว่าทำไมแบกหินใหญ่ถึงตกเร็วกว่าเห็นสหายหลายท่านไม่เข้าใจเรื่องที่กล่าวไว้ในบทที่ 21
บทที่ 23 - เหตุผลทางฟิสิกส์ว่าทำไมแบกหินใหญ่ถึงตกเร็วกว่าเห็นสหายหลายท่านไม่เข้าใจเรื่องที่กล่าวไว้ในบทที่ 21
บทที่ 23 - เหตุผลทางฟิสิกส์ว่าทำไมแบกหินใหญ่ถึงตกเร็วกว่าเห็นสหายหลายท่านไม่เข้าใจเรื่องที่กล่าวไว้ในบทที่ 21
ว่าทำไมแบกหินหนักพันชั่งถึงทำให้ตกได้เร็วกว่า บางท่านถึงกับเยาะเย้ยความรู้ทางฟิสิกส์ของ 'ไจ๋จู' (ผู้เขียน) ผู้เขียนจึงรู้สึกว่าจำเป็นต้องอธิบายสักหน่อยหลายคนคงรู้จักการทดลองหอเอนปิซาของกาลิเลโอ ลูกเหล็กขนาดใหญ่และเล็กสองลูกถูกปล่อยลงมาจากหอเอนพร้อมกัน และตกถึงพื้นพร้อมกัน บางคนบอกว่าเป็นเนื้อหาในตำราเรียนชั้นประถม แต่ตำราประถมไม่ได้พูดถึงความรู้ระดับมัธยมต้น นั่นคือเรื่องแรงต้านอากาศและแรงพยุงของอากาศแรงพยุงของอากาศมีค่าน้อยมาก แต่ก็ส่งผลต่อวัตถุที่มีขนาดใหญ่ นอกเหนือจากนี้ สิ่งที่มีผลต่อความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงและความเร็วมากที่สุดก็คือ แรงต้านอากาศ หรือแรงลมเมื่อคนคนหนึ่งร่วงหล่นจากที่สูง จะเจอกับแรงต้านอากาศที่หักล้างความเร่ง ทำให้ความเร็วในการตกเข้าสู่ค่าคงที่ค่าหนึ่ง ค่าคงที่นี้จะอยู่ที่ 25 ถึง 50 เมตรต่อวินาที ไม่สามารถเร็วกว่านี้ได้แต่หินมีความหนาแน่นมากกว่าร่างกายมนุษย์ถึงเจ็ดเท่า มีพลังงานศักย์มากกว่า ผลกระทบจากแรงต้านอากาศจึงน้อยกว่า ดังนั้นความเร็วในการตกจึงเร็วกว่าได้แล้วการทดลองหอเอนของกาลิเลโอนั้นถูกต้องหรือไม่? ลูกเหล็กใหญ่และเล็กสองลูกตกลงมาจากความสูงเท่ากัน ลูกไหนจะเร็วกว่ากัน?เราลองมาใช้ฟิสิกส์ระดับมัธยมต้นคำนวณกันดูสมมติหินทรงกลมสองก้อน ใหญ่หนึ่งเล็กหนึ่ง แรงต้านอากาศ $Fw = 1/16 \cdot A \cdot Cw \cdot v^2$กำหนดให้ $Cw = 1$, พื้นที่หน้าตัด $A1 = 1$, $A2 = r^2$, มวล $m1 = 1$, $m2 = r^3$ โดยที่ $r > 1$จะได้แรงต้านอากาศ $Fw1 = 1/16 \cdot v1^2$ และ $Fw2 = 1/16 \cdot v2^2 \cdot r^2$แรงโน้มถ่วง: $G1 = g$, $G2 = r^3 \cdot g$หากความเร็วเท่ากัน ความเร่ง $a1 = (g - 1/16 \cdot v^2)$ความเร่ง $a2 = (r^3 \cdot g - 1/16 \cdot v^2 \cdot r^2) / r^3 = (g - 1/16 \cdot v^2 \cdot 1/r)$จะเห็นว่า $a2 > a1$ ดังนั้นหินก้อนใหญ่มีความเร่งมากกว่าเมื่อถึงความเร็วปลาย (Terminal Velocity) ความเร็วจะไม่เพิ่มขึ้นอีกจะได้ $1/16 \cdot v1^2 = g$ และ $1/16 \cdot v2^2 \cdot r^2 = r^3 \cdot g$ ซึ่งก็คือ $1/16 \cdot v2^2 = r \cdot g$ดังนั้น $v2 > v1$ ลูกเหล็กใหญ่จะมีความเร็วปลายที่สูงกว่า สรุปคือลูกเหล็กใหญ่จะถึงพื้นก่อนในกรณีที่ต้องคำนวณแรงพยุงของอากาศด้วยจะยิ่งคำนวณยากขึ้น แต่วิธีทดสอบง่ายๆ คือในน้ำ น้ำก็มีแรงพยุง ลองเอาลูกเหล็กกับก้อนเนื้อหย่อนลงน้ำ ดูว่าใครถึงก้นก่อน เห็นได้ชัดว่าลูกเหล็กถึงก่อนยังมีการทดลองที่คล้ายกันอีกอย่าง คือมดตัวหนึ่ง กับมดอีกตัวที่เกาะอยู่บนก้อนหิน ตกลงมาจากกลางอากาศที่ความสูงเท่ากันพร้อมกัน ตัวไหนจะถึงพื้นก่อน?ใครที่ยังมีข้อสงสัย ลองไปพลิกดูตำราฟิสิกส์มัธยมต้น ลองคำนวณดูให้มาก อย่าคิดเอาเองตามใจชอบ
[จบแล้ว]