10,243 Views
Favorite
ถ้าจะพูดถึงแหล่งท่องเที่ยวที่ถือว่าเป็นสิ่งมหัศจรรย์ของโลกที่เป็นจุดหมายปลายทางของนักท่องเที่ยวแห่งหนึ่ง คงต้องมีหอเอนเมืองปิซาอยู่ในรายการเป็นอันดับต้น ๆ ของหลายคนแน่นอน แต่ก็เป็นที่น่าสงสัยว่าทำไมหอคอยนี้ถึงได้เอนตัวลง แต่ยังไม่ล้มลงมา
การที่หอคอยแห่งนี้ได้ชื่อว่าเป็นหอเอนเพราะฐานของหอคอยข้างหนึ่งทรุดตัวลงมาจากแนวราบเนื่องจากพื้นดินที่ฐานไม่สามารถรองรับน้ำหนักได้ ส่วนอีกข้างสามารถรองรับน้ำหนักได้ดีกว่า จึงเกิดสิ่งมหัศจรรย์ของโลกนี้ขึ้นมา แต่การที่หอคอยยังคงเอนท้าทายแรงโน้มถ่วงของโลกอยู่ได้โดยไม่ล้มลงมานั้นสามารถใช้หลักการทางฟิสิกส์อย่างเรื่องจุดศูนย์กลางมวล และจุดศูนย์กลางความโน้มถ่วงเข้ามาช่วยในการไขความลับนี้
จุดศูนย์ถ่วง หรือ ชื่อเต็ม ๆ คือ จุดศูนย์กลางความโน้มถ่วง (Center of Gravity) เป็นจุดที่เสมือนเป็นตัวกลางของน้ำหนักวัตถุทั้งชิ้น การที่วัตถุจะล้มหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุดศูนย์กลางความโน้มถ่วงนี่เอง หากลากเส้นในแนวดิ่งผ่านจุดศูนย์ถ่วงแล้ว เส้นตรงนั้นไม่เกินขอบของฐานที่รองรับน้ำหนักวัตถุ วัตถุก็จะไม่ล้มลงมา แต่เมื่อไหร่ก็ตามที่จุดศูนย์กลางความถ่วงนั้นถูกแรงดึงหรือผลักให้เคลื่อนออกจากแนวของฐาน ก็จะทำให้วัตถุพลิกตกลงมานั่นเอง
โดยทั่วไปหากวัตถุมีรูปทรงสมมาตร เช่น ทรงกลม ทรงลูกบาศก์ ที่มีความหนาแน่นกระจายกันอย่างสม่ำเสมอ จุดศูนย์ถ่วงจะอยู่ตรงกึ่งกลางของเนื้อวัตถุนั้น แต่ส่วนมากแล้ววัตถุอาจไม่ได้มีมวลที่สม่ำเสมอดังนั้นจุดศูนย์กลางความโน้มถ่วงของวัตถุ สามารถหาได้จากการแขวนวัตถุแล้วเขียนเส้นในแนวดิ่งจากจุดที่แขวนไว้บนวัตถุนั้น จากนั้นจึงเปลี่ยนจุดแขวนและเขียนเส้นแนวดิ่งในทำนองเดียวกัน ทำซ้ำ ไปเรื่อย ๆ จะได้จุดที่เส้นตรงทั้งหลายตัดกันนั้นเพียงจุดเดียวและเรียกว่าเป็นจุดศูนย์ถ่วงของวัตถุ
แต่อีกคำที่เรามักจะได้ยินคู่กันบ่อย ๆ คือ จุดศูนย์กลางมวล (Center of mass) หมายถึง จุดที่เป็นเสมือนผลรวมของมวลในแต่ละจุดของวัตถุทั้งชิ้น หากวัตถุมีลักษณะเป็นแท่งยาวและมีความหนาแน่นสม่ำเสมอ ให้ถือว่าจุดศูนย์กลางมวลอยู่ที่จุดกึ่งกลางวัตถุ แต่หากวัตถุมีมวลไม่สม่ำเสมอจุดศูนย์กลางมวลอาจไม่อยู่ที่กึ่งกลางของวัตถุก็ได้ แต่สามารถหาจุดศูนย์กลางมวลได้จากกระบวนการคำนวณโดยใช้คณิตศาสตร์หรือแคลคูลัสต่อไป แต่หากวัตถุมีรูปทรงที่แตกต่างออกไป อาจแยกชิ้นกัน หรือเป็นลักษณะกลวง อย่างเช่น โดนัท จุดศูนย์กลางมวลก็อาจจะไม่ได้อยู่ในเนื้อของวัสดุนั้นก็ได้ แต่จะอยู่ตรงกลางรูกลม ๆ ของโดนัทนั่นเอง ซึ่งจุดศูนย์กลางมวลนี้มีความสำคัญเกี่ยวกับการออกแรงผ่านวัตถุ
ถ้าหากเราออกแรงผ่านจุดศูนย์กลางมวล วัตถุจะไถลไปข้างหน้า แต่หากออกแรงไม่ตรงกับจุดศูนย์กลางมวลนี้วัตถุก็จะพลิกหรือหมุนไปได้ เช่นการเอานิ้วดันดินสอบนโต๊ะลื่น ๆ ถ้าดันตรงกลาง ดินสอก็จะไถลไปตามแรง แต่ถ้าดันในแนวตั้งฉากที่ปลายดินสอ ดินสอก็จะเคลื่อนที่เพียงด้านเดียวแล้วตีเป็นวงโค้งเพราะปลายอีกข้างเคลื่อนที่ช้ากว่าหรือไม่เคลื่อนที่ หลักการเดียวกับการควงดินสอหรือปากกานั่นเอง
และโดยทั่วไปแล้วจุดศูนย์กลางมวลและจุดศูนย์กลางความโน้มถ่วงมักจะอยู่ที่จุดเดียวกัน แตกต่างกันที่จุดศูนย์กลางมวล คือ จุดคงที่และเป็นสมบัติของวัตถุแข็งเกร็ง (Rigid Body) ส่วนจุดศูนย์กลางความโน้มถ่วงนั้น มีการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับแรงที่มากระทำกับวัตถุ
หากอาศัยหลักการของจุดศูนย์กลางมวลและจุดศูนย์กลางความโน้มถ่วงนี้เราสามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้หลากหลายกับงานทางด้านวิศวกรรม เช่น การก่อสร้างอาคาร อย่างมหาพีระมิด ที่มีการสร้างฐานให้กว้างและปลายยอดแหลม เพื่อให้จุดศูนย์กลางมวลอยู่ใกล้กับฐาน ตัวอาคารจึงไม่ล้มถึงแม้จะผ่านกาลเวลามานับพันปี
นอกจากนี้หลักการเรื่องของจุดศูนย์กลางความถ่วงก็นำมาใช้กับของเล่นไทย ๆ อย่างเครื่องแขวนปลาตะเพียนสานที่ต้องแขวนอย่างสมดุล โดยจุดที่เชือกแขวนปลาตะเพียนนั่นเองที่เป็นจุดศูนย์กลางความถ่วงของเครื่องแขวนแต่ละชิ้น
