การตกอย่างอิสระ

รถของฟิลลิปกำลงตกลงจากหน้าผา ตอนนี้แรงโน้มถ่วงเข้ามาทำหน้าที่แล้ว มันดึงรถลงไปข้างล่าง ถ้าเรามองข้ามแรงต้านของอากาศ แรงโน้มถ่วงก็คือแรงๆเดียวในที่นี้ เราจะพูดว่า รถกำลังตกอย่างอิสระ ดูสิว่ารถตกยังไง ตอนนี้เราบันทึกการตกของรถไว้ทุกๆ วินาที เห็นไหมว่าจุดแต่ละจุดอยู่ห่างกัน มากขึ้นเรื่อยๆ รถกำลังตกด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น เรื่อยๆ มันกำลังเร่งไปข้างล่าง ย้อนกลับไปนิดนึง แล้วหยุดไว้สักครู่ รถกำลังจะตกจากหน้าผา ทีนี้ เราจะปล่อยลูกโบว์ลิ่งข้างๆรถ จากความสูงที่เท่ากัน รถหนักสองพันโล ส่วนลูกโบว์ลิ่งหนักสองโล รถหนักกว่าลูกโบว์ลิ่งถึงพันเท่า แล้วสิ่งไหนจะถึงพื้นก่อนกันล่ะ? ลองคิดดูสักแป๊บหนึ่ง หยุดวีดิโอนี้ไว้แล้วลองถามเพื่อนๆดูก็ได้ นั่นไง! วัตถุทั้งสองตกถึงพื้นพร้อมกัน ลูกโบว์ลิ่งที่เบาและเล็ก ตกด้วยความเร็วเดียวกับรถหนะเหรอ? ความเร่งของวัตถุทั้งสองนั้นเท่ากัน ถึงแม้มวลจะไม่เท่ากัน กฏการเคลื่อนที่ของนิวตันบอกเราว่า แรงที่กระทำต่อวัตถุนั้น เท่ากับมวลของวัตถุคูณด้วย ความเร่ง มวลของรถหนักกว่ามวลของลูกโบว์ลิ่ง พันเท่า เราจะเห็นได้ว่าแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อรถ ซึ่งมีค่าเท่ากับมวลของวัตถุนั้นๆ จะมากกว่าแรงโน้มถ่วง ที่กระทำต่อลูกโบว์ลิ่ง มากกว่าถึงพันเท่า แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุ ขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุนั้นๆ ยิ่งมีมวลมากก็ยิ่งได้รับแรงมาก ความเร่งที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงนี้ เรียกว่าความเร่งโน้มถ่วง โดยเราจะใช้ตัว g เล็กเป็นสัญลักษณ์ ความเร่งโน้มถ่วง หรือ g ของโลกมีค่าประมาณเก้าจุดแปดเมตรต่อ วินาทีกำลังสอง นี่หมายความว่าวัตถุทุกอย่างที่ตก อย่างอิสระ เร่ง หรือเพิ่มความเร็ว ประมาณเก้าจุดแปดเมตรต่อวินาที ในทุกๆวินาที ในวินาทีแรก วัตถุเพิ่มความเร็ว เก้าจุดแปดเมตรต่อวินาที ในวิที่สอง วัตถุเร่งความเร็วด้วยอัตรา เก้าจุดแปดคูณสองเมตรต่อวินาที หลังจากผ่านไปสามวินาที ก็กลายเป็นเก้าจุดแปดคูณสามเมตรต่อวินาที ด้วยเหตุนี้เราจึงเขียนสูตรออกมาได้ ความเร็วคือ v เท่ากับความเร่งโน้มถ่วงหรือ g คูณด้วยเวลาหรือ t v เท่ากับ g คูณ t สูตรนี้สามารถนำไปใช้กับวัตถุทุกอย่าง ที่ตกอย่างอิสระ รถตกสู่พื้นด้วยความเร็วเท่าไหร่นะ? เราสามารถใช้สูตรนี้คำนวนได้ รถใช้เวลาหกวินาทีก่อนจะตกถึงพื้น ดังนั้นเวลา t คือ หก จากนั้นเราก็คูณเวลาเข้ากับความเร่ง โน้มถ่วง g เก้าจุดแปดเมตรต่อวินาทีกำลังสอง ดังนั้นความเร็วของรถตอนที่มันตกถึงพื้น ก็คือ 58.8 เมตรต่อวินาที โดยที่รถมุ่งหน้าตรงลงพื้น แล้วถ้าก่อนหน้านี้ รถเคลื่อนที่เป็น แนวนอนอยู่ล่ะ? จะเกิดอะไรขึ้น? สมมุติว่ามันกำลังเคลื่อนที่ด้วย ความเร็วสูงก่อนตกจากหน้าผา แรงโน้มถ่วงเริ่มดึงรถลงไป ณ จุดที่รถเริ่มตกจากหน้าผา รถยังคงเคลื่อนที่เป็นแนวนอนต่อไป ด้วยความเร็วเท่าเดิม กับก่อนที่มันจะตกหน้าผา การเคลื่อนที่แนวนอนด้วยความเร็ว คงที่ และการเคลื่อนที่แนวตั้งที่มีความเร่ง ทำให้รถเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้ง รถจะตกสู่พื้นดินพร้อมกับรถที่ ถูกปล่อยลงมาตรงๆ ความเร่งโน้มถ่วงทำให้สิ่งนี้เกิดขึ้น และมันจะเกิดขึ้นเหมือนเดิมทุกๆครั้ง แต่แน่นอนแหละ ว่ารถคงไม่ตกลงไป ที่จุดเดียวกัน เมื่อสิ่งๆหนึ่งพุ่งหรือตกผ่านอากาศ เราจะเรียกการเคลื่อนที่ของมันว่า การเคลื่อนที่แบบโปรเจกไทล์ สำหรับรถของฟิลลิป เราต้องคิดถึง แรงต้านของอากาศ ซึ่งต้านการตกของรถด้วย ดังนั้น จริงๆแล้ว มันไม่ได้ตกอย่างอิสระ ซะทีเดียว ซึ่งหมายความว่ามันเร่งช้า กว่าเก้าจุดแปดเมตรต่อวินาทีกำลังสอง นิดหน่อย แต่.....มันตก แล้วรถ....ก็ระเบิด แต่ไม่ต้องห่วงนะฟิลลิป มันเป็นแค่การ์ตูน อธิบายยากนิดหน่อยหนะ..... เอาเป็นว่า ทุกอย่างจะกลับมาเป็นปกติ ในตอนต่อไป