วันอาทิตย์ที่ 2 กันยายน พ.ศ. 2555

แรงในธรรมชาติ


ในธรรมชาติแรงที่กระทำต่อสิ่งต่างๆ รอบๆ ตัวเรานั้น บ่งด้ 4 ชนิด คือ
3.1    แรงโน้มถ่วงของโลก (gravitation force)
                          แรงโน้มถ่วงของโลก คือ แรงดึงดูดที่มวลของโลกกระทำต่อมวลวัตถุเพื่อดึงดูดวัตถุนั้นเข้าสู่ศูนย์กลางของโลก แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุนั้นและระยะห่างระหว่างมวลกับจุดศูนย์กลางของโลก ยิ่งวัตถุอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางของโลกมากเท่าไร  แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุจะยิ่งน้อยลงเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์ที่ค้นพบแรงโน้มถ่วงของโลก คือ เซอร์ไอแซกนิวตัน เป็นการค้นพบโดยบังเอิญขณะที่เขานั่งอยู่ใต้ต้นแอปเปิ้ล และสังเกตเห็นผลแอปเปิ้ลตกจากต้นลงสู่พื้นดิน 
นิวตัน อธิบายแรงโน้มถ่วง โดยใช้กฎแรงดึงดูดระหว่างมวล ซึ่งมีใจความสรุปได้ดังนี้

               "วัตถุ 2 ก้อนที่อยู่ห่างกันจะเกิดแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน โดยขนาดของแรงจะแปรผันตรง กับขนาดของมวลทั้ง 2 และแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างมวลทั้ง 2 ยกกำลังสอง"
             การตกของวัตถุภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก เมื่อไม่คิดแรงต้านของอากาศ วัตถุจะตกลงสู่พื้นด้วยความเร่ง 9.81 m/s2 ดังนั้นการนำยานอวกาศ ดาวเทียม หรืออุปกรณ์ประเภทอื่นขึ้นสู่อวกาศ   เป็นการกระทำที่ต้านกับแรงโน้มถ่วงของโลก จรวดจะต้องมีแรงขับเคลื่อนสูงมาก เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก การเคลื่อนที่ของจรวดอธิบายได้ด้วยกฎของนิวตัน ข้อที่ 3 ที่กล่าวว่า แรงกริยาเท่ากับแรงปฏิกิริยา จรวดจะปล่อยแก๊สร้อนขับออกมาทางท่อ (แรงกริยา) ทำให้จรวดเคลื่อนที่ไปข้างหน้า (แรงปฏิกิริยา)  


                3.2          แรงแม่เหล็ก (magnetic force)
                แม่เหล็กมี 2 ขั้ว คือ ขั้วเหนือ และขั้วใต้  ขั้วแม่เหล็กเหมือนกันจะออกแรงผลักกัน   ขั้วต่างกันจะออกแรงดึงดูดกัน บริเวณรอบๆ แท่งแม่เหล็กจะมีสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นมีทิศจากขั้วเหนือไปสู่ขั้วใต้
วัตถุที่เป็นสารแม่เหล็ก เมื่ออยู่ในบริเวณสนามแม่เหล็กจะถูกแม่เหล็กดูดได้ เส้นแรงแม่เหล็กจะเห็นได้ชัดเจนเมื่อโรยผงตะไบเหล็กรอบๆ แท่งแม่เหล็ก ผงตะไบเหล็กจะเกิดการเรียงตัวตามเส้นแรงแม่เหล็กที่ออกมารอบแท่งแม่เหล็ก
วัตถุที่เป็นสารแม่เหล็ก เมื่ออยู่ในบริเวณสนามแม่เหล็กจะถูกแม่เหล็กดูดได้ จากสมบัติดังกล่าว จึงนำแม่เหล็กไปใช้ประโยชน์ต่างๆ เช่น การแยกสารแม่เหล็กที่ผสมรวมอยู่กับสารอื่นให้ออกจากกัน  หรือการสร้างเครื่องมือ เช่นไขควงจะสร้างให้มีสมบัติเป็นแม่เหล็กเพื่อสะดวกใน   การจับหัวน๊อตให้ติดกับไขควงขณะใช้งาน
ในกรณีที่ปล่อยอนุภาคที่มีประจุ เช่น โปรตอน หรืออิเล็กตรอน ให้เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก อนุภาคเหล่านี้จะถูกแรงแม่เหล็กกระทำให้เบนไป ผลของแรงแม่เหล็กที่กระทำต่อประจุ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ เช่น การทำเป็นหลอดภาพอิเล็กตรอน จอโทรทัศน์ หรือจอคอมพิวเตอร์  เป็นต้น
               
                 3.3    แรงไฟฟ้าสถิต (electrostatic force)
                          นักเรียนทราบแล้วว่าอนุภาคที่เล็กที่สุดของสารคืออะตอมซึ่งประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน 3 ชนิด คือ โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน ปกติอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้าเนื่องจาก         มีจำนวนโปรตอน (+) เท่ากับอิเล็กตรอน (-)  ถ้าอะตอมเสียอิเล็กตรอนจะเกิดเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวก ในทางตรงกันข้ามถ้าอะตอมรับอิเล็กตรอนจะเกิดเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบ   
                          แรงระหว่างประจุไฟฟ้ามี 2 ชนิด คือ แรงผลัก และ แรงดูด กล่าวคือ ประจุเหมือนกันจะออกแรงผลักกัน ประจุต่างกันจะออกแรงดึงดูดกัน

การทำให้เกิดประจุไฟฟ้าบนวัตถุ ทำได้  3 วิธี ได้แก่
          3.3.1     การขัดสีหรือการถู เกิดจากการนำวัตถุ 2 ชนิดมาขัดสีหรือถูกันจะทำให้มีการถ่ายเทอิเล็กตรอนระหว่างวัตถุทั้งสองวัตถุใดสูญเสียอิเล็กตรอนไปวัตถุนั้นจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ส่วนวัตถุที่ได้รับอิเล็กตรอนจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบในการขัดสีหรือถู จำนวนประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนวัตถุทั้งสองมีขนาดเท่ากันแต่ชนิดของประจุไฟฟ้าจะตรงข้าม

3.3.2      การแตะหรือสัมผัส โดยการนำวัตถุที่มีอำนาจทางไฟฟ้าไปแตะหรือสัมผัสกับวัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้าทำให้มีการถ่ายเทของอิเล็กตรอนจนกระทั่งวัตถุทั้งสองมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากันจึงหยุดการถ่ายเทหลังการสัมผัสหรือการแตะจะทำให้วัตถุ ซึ่งเดิมเป็นกลางจะมีประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกับประจุไฟฟ้าของวัตถุที่นำมาแตะโดยขนาดของประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนวัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีค่าเท่ากับขนาดประจุไฟฟ้าที่ลดลงของวัตถุที่นำมาแตะ
          3.3.3    การเหนี่ยวนำ โดยการนำวัตถุซึ่งมีประจุไฟฟ้าเข้าไปใกล้ ๆ วัตถุที่เป็นกลางจะทำให้ เกิดการเหนี่ยวนำให้ประจุไฟฟ้าที่อยู่ในวัตถุที่เป็นกลางเกิดการจัดเรียงตัวใหม่ เป็นผลทำให้วัตถุที่เป็นกลางจะมีประจุไฟฟ้าเกิดขึ้น
ชาร์ล-โอกูสแตง คูลอมบ์ นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้ทดลองศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณประจุไฟฟ้า ระยะห่างระหว่างประจุไฟฟ้าและแรงไฟฟ้าที่เกิดขึ้น พบว่า แรงไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นแปรผันตรงกับผลคูณของปริมาณประจุไฟฟ้าของประจุทั้งสอง และแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างประจุไฟฟ้านั้น

3.4          แรงนิวเคลียร์ (nuclear force) 
                          จากโครงสร้างของอะตอมประกอบด้วยอนุภาค 3 ชนิด คือ โปรตอน นิวตรอนและอิเล็กตรอน โปรตอนและนิวตรอนอัดกันแน่นอยู่ตรงกลาง เรียกว่า นิวเคลียส จากการที่อนุภาคโปรตอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นบวกเหมือนกันมารวมอยู่ด้วยกันในนิวเคลียสจะเกิดแรงผลักกันมหาศาล แต่ที่โปรตอนอยู่ด้วยกันได้แสดงว่า ต้องมีแรงที่ทำให้โปรตอนกับโปรตอนยึดติดกันได้ แรงดังกล่าวเรียกว่า แรงนิวเคลียร์
                          การทำลายนิวเคลียสของธาตุบางชนิด หรือการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี
จะได้พลังงานออกมาสูงมาก เรียกว่า พลังงานนิวเคลียร์   
                                พลังงานนิวเคลียร์เป็นพลังงานรูปหนึ่งที่มนุษย์นำมาใช้ประโยชน์ นักวิทยาศาสตร์ชาวผรั่งเศส ชื่ออังรีเบกเคอเรล ได้ค้นพบโดยบังเอิญ เมื่อ พ.ศ.2439 แต่คนทั่วไปเริ่มรู้จักพลังงานนิวเคลียร์หลังจากที่มีการทิ้งระเบิดปรมาณูที่เมืองฮิโรชิมา และนางาซากิ ประเทศญี่ปุ่นเมื่อ พ.ศ.2488 ในช่วงปลายสงครามโลกครั้งที่สอง มีผลทำให้สงครามโลกครั้งที่สองยุติแต่ผลของระเบิดปรมาณูในครั้งนั้นได้ทำลายชีวิตมนุษย์ไปเป็นจำนวนมากรวมทั้งอาคารบ้านเรือน และสิ่งก่อสร้างอื่นๆ นอกจากนี้กัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นจากการระเบิดยังก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมและมีผลต่อผู้รอดชีวิตในระยะยาวอีกด้วย
 ในปัจจุบันได้นำเอาพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์มาใช้ประโยชน์ในทางสันติมากมาย เช่น โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ การขับเคลื่อนเรือเดินสมุทรขนาดใหญ่ การขุดคลองขนาดใหญ่

 


   

2 ความคิดเห็น: