อธิบายเรื่องแรงเทียม
#แบบเข้าใจง่ายๆ
เวลาที่รถเมล์เร่งเครื่องไปข้างหน้า แล้วตัวเราถอยเซมาชนเบาะ พระเครื่องหรือตุ๊กตาที่แขวนไว้ในรถเมล์คันนั้นก็เอียงมาทางด้านหลังรถ หรือ เวลาเราใช้เครื่องปั่นผ้าจนน้ำในผ้าถูกเหวี่ยงให้กระเด็นออกมา ทั้งสองสถานการณ์ชวนให้เรารู้สึกว่ามีแรงบางอย่างผลักร่างกายเราไปชนเบาะหลัง และ มีแรงบางอย่างเหวี่ยงน้ำให้กระเด็นออกไปรอบๆ
แต่ในความเป็นจริง ทั้งสองสถานการณ์แค่ดูเหมือนว่าเกิดขึ้นจากแรง ทั้งที่จริงๆมันไม่ได้เกิดจากแรงใดๆเลย ปรากฏการณ์ลักษณะนี้จึงถูกเรียกว่า แรงเทียม (Fictitious force ) นั่นเอง
แรงเทียม นั้นปรากฏขึ้น เมื่อเราพิจารณาการเคลื่อนที่ของวัตถุเทียบกับกรอบที่มีความเร่ง ยกตัวอย่างเช่น รถเมล์ที่เร่งเครื่องไปข้างหน้า ทำให้ลูกบอลที่วางนิ่งๆบนพื้นรถกลิ้งถอยไปข้างหลัง “เทียบกับรถเมล์” กล่าวคือ คนบนรถเมล์ย่อมเห็นลูกบอลกลิ้งไปด้านหลังเหมือนมีแรงผลักมัน
แต่ลองย้อนเวลากลับไปเล็กน้อย ก่อนที่รถเมล์จะเร่งเครื่อง สมมติว่ารถเมล์จอดนิ่งที่ป้าย แล้วมีคนยืนมองลูกบอลนั้นจากด้านนอกรถเมล์ ตอนที่รถเมล์เร่งเครื่องไปข้างหน้า เขาย่อมเห็นลูกบอลอยู่ที่ตำแหน่งเดิม เทียบกับป้ายรถเมล์ การกลิ้งมาด้านหลังรถเมล์เป็นผลมาจากการรักษาตำแหน่งเดิมของลูกบอล (ความเฉื่อย) โดยไม่มีแรงอะไรผลักมันไปข้างหลังเลย
ขอยกอีกตัวอย่างเพื่อความเข้าใจนะครับ
เวลาหนุ่มสักคนเชิญสาวมาซ้อนมอไซด์แล้วเร่งไปข้างหน้าเต็มเหยียดจนสาวตกจากเบาะหลัง อธิบายเชิงฟิสิกส์ได้ว่า มอเตอร์ไซด์หรือหนุ่มคนนั้นไม่ได้ผลักสาวให้ตกรถแต่อย่างใด ความเฉื่อยของสาวคนนั้นต่างหากที่ทำให้เธอตกลงไป
หากพิจารณากรณีของหยดน้ำที่หลุดกระเด็นจากผ้าที่ถูกหมุนปั่นจะพบว่า หยดน้ำไม่ได้ถูกแรงอะไรเหวี่ยงให้กระเด็นออกมา แต่มันหลุดออกจากผ้า เนื่องจากการมีความเร็วสูงมากๆทำให้มันเกาะผ้าไว้ไม่อยู่แล้วหลุดออกมาโดยพุ่งเป็นเส้นตรงไปตามแนวการหมุน
จะเห็นได้ว่าแรงเทียมนั้นเกิดขึ้น เนื่องจากกรอบการเคลื่อนที่ที่มีความเร่ง โดยไม่มีต้นกำเนิดของแรงแต่อย่างใด ไม่เหมือนกับแรงจริงๆ เช่น แรงผลักจากมือ แรงจากประจุไฟฟ้า แรงเสียดทานที่พื้นผิว ฯลฯ ที่มีต้นกำเนิดแรงชัดเจน อีกทั้งแรงเทียมยังไม่มีแรงคู่ปฏิกิริยาด้วย
อย่างไรก็ตาม ในหลายๆกรณี มันง่ายที่จะมองว่าปรากฏการณ์หนึ่งๆเป็นผลมาจากแรงเทียม กระทำต่อวัตถุ ยกตัวอย่างเช่น แรงคอริโอลิส (Coriolis force)
โลกของเราหมุนด้วยอัตรา 1 รอบ/วัน ซึ่งนับว่าเป็นอัตราการหมุนที่ช้ามาก เราทดลองสัมผัสอัตราการหมุนสุดช้านี้ได้ด้วยการหมุนตัวด้วยอัตรา 1รอบต่อวันได้ครับ จะพบว่าไม่ง่ายเลย ที่จะหมุนให้ช้าขนาดนี้ ดังนั้น ในช่วงเวลาสั้นๆไม่กี่วินาที โลกของเราอาจถูกประมาณได้ว่าไม่หมุน ทำให้การเคลื่อนที่ของลูกบอลที่ถูกเตะให้ลอยในอากาศหรือลูกกระสุนปืนใหญ่ที่ถูกยิงออกมา แทบไม่ได้รับผลกระทบใดๆจากการหมุนของโลกเลย
แต่การยิงขีปนาวุธที่เดินทางไกลมากๆ หรือ มวลอวกาศบนโลกของเราที่ลอยอยู่เหนือพื้นโลกนานมาก ได้รับผลจากการหมุนของโลกในรูปของแรงเทียม เรียกว่า แรงคอริโอลิส ซึ่งส่งผลต่อทิศทางและรูปแบบการเคลื่อนที่ได้
แรงคอริโอลิส ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของมวลอากาศ และการเกิดพายุบนโลก
ผลลัพธ์จากแรงคอริโอลิส นี้เองทำให้นักฟิสิกส์ชื่อ เลอง ฟูโก (Léon Foucault) พิสูจน์ว่าโลกหมุนรอบตัวเองได้ด้วยการแขวนลูกตุ้มหนักๆไว้ด้วยลวดยาวๆแล้วให้ลูกตุ้มแกว่งไปมา
เมื่อเวลาผ่านไป ระนาบการแกว่งของลูกตุ้มจะค่อยๆบิดไปทีละน้อย เนื่องจากโลกหมุนรอบตัวเอง แต่ถ้าเราออกจากโลกแล้วมองมาจะพบว่าลูกตุ้มแกว่งที่ระนาบเดิมตลอดเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ไกลๆ ในการคำนวณ เมื่อให้โลกเป็นกรอบอ้างอิง (เพราะเราทำการทดลองบนโลก) แล้วใส่แรงเทียมเข้าไปก็สะดวกดี แน่นอนว่านักฟิสิกส์รู้อยู่เต็มอกว่าแรงเทียมนั้นไม่มีจริง
คนบนโลกเห็นลูกตุ้มเปลี่ยนแนวการแกว่งเมื่อเวลาผ่านไปนานพอ เนื่องจากโลกของเราหมุนรอบตัวเองอยู่ใต้ลูกตุ้ม
จะเห็นได้ว่ากลศาสตร์แบบคลาสสิคนั้นเต็มไปด้วยแง่มุมให้ศึกษาและมีความลึกซึ้งอย่างมากทีเดียว
- 6
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
