จากการที่ได้ศึกษาในรายวิชาฟิสิกส์เรื่องความโน้มถ่วงตามที่อาจารย์ได้ให้นิสิตแบ่งกลุ่ม และนำเสนอความรู้สิ่งต่างๆในชีวิตประจำวันที่เรามีความสนใจและเกี่ยวข้องกับความโน้มถ่วง ว่าเรื่องที่ศึกษาค้นคว้านั้นมีหลักการอย่างไรที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วง เราจึงได้ศึกษาในเรื่อง การโคจรของดาวเทียม
ระบบดาวเทียม
"ดาวเทียม" เป็นอุปกรณ์อย่างหนึ่งที่มนุษย์ได้ประดิษฐ์ขึ้นมาและได้พัฒนามาใช้ทางด้านการพยากรณ์อากาศ การค้นหาทรัพยากรธรณี เป็นต้น
ดาวเทียมนั้น ถูกส่งขึ้นไปในชั้นเอกโซสเฟียร์เข้าสู่วงโคจรโดยมีความห่างจากพื้นโลก ซึ่งความสูงระหว่างพื้นโลกกับดาวเทียมจะเป็นผลทำให้เกิดแรงดึงดูดระหว่างโลก และดาวเทียม ในขณะที่โลกหมุนก็จะส่งแรงเหวี่ยง ทำให้ดาวเทียมเกิดการโคจรรอบโลกตามการหมุนของโลก (ยกตัวอย่างเหมือนเราเอาเชือกผูกลูกตุ้มแล้วหมุนตัวเหวี่ยงไปโดยรอบๆ) ซึ่งถ้าเราอยู่บนพื้นโลก เห็นดาวเทียมอยู่กับที่
ดาวเทียมจะโคจรอยู่สูงเหนือพื้นโลกตั้งแต่หลายร้อยกิโลเมตรขึ้นไปจนถึงหลายหมื่นกิโลเมตร ดาวเทียมโคจรรอบโลกอยู่ได้โดยการอาศัยความสมดุลของแรงสองแรง คือแรงดึงดูดของโลกและแรงเหวี่ยง แรงดึงดูดเป็นแรงทางฟิสิกส์ที่เกิดระหว่างวัตถุสองชิ้น แรงนี้จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นกับมวลของวัตถุทั้งสองและระยะห่างระหว่างกันดังสมการ
Fg = แรงดึงดูดระหว่างดาวเทียมกับโลก
mP = มวลของโลกG = ค่าคงที่
mS = มวลของดาวเทียม
r = ระยะห่างวัดจากกึ่งกลางของโลกถึงดาวเทียม
ค่า GmP = µ = 3.98605x1014 m3/s2
เมื่อดาวเทียมถูกปล่อยออกจะมีความเร็วคงที่เท่าเดิมเนื่องจากที่ความสูงตั้งแต่ร้อยกิโลเมตรขึ้นไปมีอากาศเบาบางมาก แรงต้านที่จะทำให้ความเร็วของดาวเทียมลดลงมีน้อยมาก ความเร็วที่ดาวเทียมมีอยู่นี้ทำให้เกิดแรงเหวี่ยงดาวเทียมในทิศทางพุ่งออกจากโลก ซึ่งตรงข้ามกับทิศทางของแรงดึงดูด แรงเหวี่ยงนี้มีขนาดดังสมการ
Fv = แรงเหวี่ยง
mS = มวลของดาวเทียม
ωS = ความเร็วของดาวเทียม
r = ระยะห่างวัดจากกึ่งกลางของโลกถึงดาวเทียม
รูปที่ 1. แสดงความสัมพันธ์ของแรง ( จาก http://www.space.mict.go.th/knowledge.php?id=satorbit )
จากสมการทั้งสอง จะพบว่า เมื่อแรงดึงดูดระหว่างมวลในสมการ (1) เท่ากับแรงเหวี่ยงในสมการ (2) คือแรงอยู่ในสภาวะสมดุล ดาวเทียมจะไม่ตกลงมาและไม่หลุดออกไป
ดังนั้น ณ ระดับความสูงจากผิวโลกระดับหนึ่ง ดาวเทียมจะต้องมีความเร็วในวงโคจรค่าหนึ่ง มิฉะนั้นดาวเทียมอาจตกสู่โลกหรือหลุดจากวงโคจรรอบโลกได้
นักวิทยาศาสตร์คำนวณหาค่าความเร็วในวงโคจรได้โดยใช้ “กฎความโน้มถ่วงแห่งเอกภพของนิวตัน” (Newton's Law of Universal Gravitation) “วัตถุสองชิ้นดึงดูดกันด้วยแรงซึ่งแปรผันตามมวลของวัตถุ แต่แปรผกผันกับระยะทางระหว่างวัตถุยกกำลังสอง” ดังนี้
แรงสู่ศูนย์กลาง = แรงโน้มถ่วงของโลก
mv2/r = G (Mm/r2)
v = (GM/r)1/2
v = ความเร็วของดาวเทียม
M = มวลของโลก
m = มวลของดาวเทียม
r = ระยะทางระหว่างศูนย์กลางของโลกกับดาวเทียม
G = ค่าคงที่ของแรงโน้มถ่วง = 6.67 x 10-11 Nm2/kg2
ขอขอบคุณข้อมูลจาก
http://www.lesa.biz/astronomy/space-technology/satellite/orbits
http://www.space.mict.go.th/knowledge.php?id=satorbit
http://www.lesa.biz/astronomy/space-technology/satellite/orbits
เรียบเรียงโดย
นางสาวกีรติกานต์ สองสี 54010510054 GS
นางสาวจิราพร วิลาจันทร์ 54010510057 GS
นางสาวศศธร ห่มซ้าย 54010510065 GS
ถึง กีรติกานต์ ในที่สุด ก็มีคนที่สามารถสร้างบล็อกและส่งบันทึกมาให้อาจารย์อ่านจนได้ เยี่ยมมากทีเดียวครับ แต่อาจารย์มีคอมเมนต์ ที่สำคัญที่จะขอให้เราปรับปรุง ดังนี้ครับ
สิ่งที่เราสืบค้นได้มานั้นดีมากครับ ครอบคลุมมีเนื้อหาครบถ้วนที่อยู่บนอินเตอร์เน็ตอยู่แล้ว ไม่ควรไปตัดคัดลอกมาวางทั้งหมด ให้เราอ่าน แนวทางการเขียนบล็อกที่นี่ครับ ไม่ต้องเขียนบล็อคยาวมากก็ได้ครับ เพียงแต่เราต้องอ่านทำความเข้าใจ จากแหล่งอ้างอิงที่เราพูดถึง แล้วเรียบเรียง คิดว่าสิ่งที่เราเขียนนี้ เป็นบันทึกการเรียนรู้ กระบวนการเรียนรู้ของเรา
อาจารย์จะรออ่านอีกครั้งหลังจากเราเข้าไปแก้ไขครับ
สู้ครับ
ขอขอบพระคุณอาจารย์ที่ช่วยให้คำแนะนำและชี้แนะ พวกเราทั้งสามคนจะช่วยกันแก้ไขและปรับปรุงให้ดียิ่นขึ้นค่ะ