1.ถ้าเราถ่ายวิดีโอลูกแอปเปิลที่หลุดจากกิ่งลงมาสู่พื้นโลกเอาไว้ แล้วนำวิดีโอนั้นมาเล่นแบบย้อนหลัง ความเร่งของลูกแอปเปิลในวิดีโอที่เล่นย้อนหลังจะมีทิศทางอย่างไร?
ก.ทิศขึ้น
ข.ทิศลง
ค.ไม่ใช่ทั้งคู่
เรารู้ดีว่าลูกแอปเปิลที่ตกลงจากต้นมีความเร็วเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากความเร่งจากความโน้มถ่วงมีทิศลง แต่เมื่อเราย้อนเวลาให้ลูกแอปเปิลเคลื่อนที่กลับขึ้นไปบนต้น ความเร่งของมันก็ยังมีทิศลงเหมือนเดิม!
ตอบ ข.ทิศลง
คิดง่ายๆ ครับว่าแอปเปิลที่กำลังจะตกกระทบพื้นดินมีความเร็วค่าหนึ่ง เมื่อเราย้อนเวลา มันจะเคลื่อนที่ขึ้นด้วยความเร็วสูง แล้วค่อยๆ ช้าลงๆ จนไปหยุดแล้วติดกับกิ่งตามเดิม ดังนั้นสถานการณ์จึงไม่ต่างจากการเคลื่อนที่ของหินที่ถูกโยนขึ้นไปตรงๆ แล้วเคลื่อนที่ช้าลงๆ จนไปหยุดที่จุดสูงสุด ซึ่งความเร่งมีทิศลงเช่นเดียวกัน
2.น้ำหยดหนึ่ง หยดจากหลังคาบ้านลงมาโดยไม่มีลมพัด หลังจากหยดลงมาได้หนึ่งวินาที น้ำอีกหยดก็หยดตามลงมาทันที ถามว่าเมื่อเวลาผ่านไประยะห่างระหว่างน้ำสองหยดนี้จะเป็นอย่างไร?
ก.เพิ่มขึ้น ข.ลดลง ค.เท่าเดิม
คำตอบคือ ก.เพิ่มขึ้น
ขณะที่ฝนหยดที่สองเริ่มหยดออกมา ฝนหยดแรกเคลื่อนที่นำไประยะหนึ่งและมีความเร็วสูงแล้ว
เมื่อฝนหยดที่สองหยดตกมาถึงตำแหน่งที่ฝนหยดแรกเคยมาถึง ในขณะนั้นฝนหยดแรกก็มีความเร็วสูงกว่าเดิมมากไปแล้ว เนื่องจากความเร่งของความโน้มถ่วง ดังนั้นฝนหยดแรกจึงทิ้งห่างออกไปไกลมากจนฝนอีกหยดไม่มีทางรักษาระยะให้เท่าเดิมหรือน้อยลงได้เลย
ลองนึกถึงรถแข่งนะครับ รถคันแรกออกตัวก่อน แล้ววิ่งห่างจากจุดสตาร์ตออกไปไกลพอสมควร ต่อมาอีกคันก็ออกตัวตามด้วยความเร็วที่จากคันแรกเลย แต่ขณะที่คันที่สองเริ่มออกตัวมาคันแรกเพิ่มความเร็วขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นระยะห่างระหว่างรถสองคันนี้ย่อมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ อย่างแน่นอน
3.สถานการณ์ในภาพ 1 และ 2 เหมือนกันทุกอย่าง ยกเว้น ในภาพที่ 2 ไม่มีกล่อง B แต่มีมือที่ดึงเชือกด้วยแรงเท่าน้ำหนักกล่อง B (ดูภาพประกอบ)
ถามว่ากล่อง A ในภาพ 1 หรือภาพ 2 จะมีความเร่งมากกว่ากัน?
(สมมุติว่าพื้นไม่มีแรงเสียดทาน รอกไม่มีความฝืดและเชือกเบามาก)
ข้อนี้ดูเผินๆ เหมือนจะตอบว่าเท่ากัน แต่จริงๆ แล้วไม่ใช่
คำตอบคือ กล่อง A ในภาพ 2 นั้นมีความเร่งเป็นสองเท่าของในภาพ 1
น่าแปลกใช่ไหมครับ คำอธิบายคือ ทั้งสองภาพนี้ได้รับแรงดึงเท่ากันก็จริง แต่สิ่งที่ไม่เท่ากันคือ มวลที่ถูกดึงจนเคลื่อนที่ในภาพแรกนั้นคือ 20 กิโลกรัม ส่วนมวลที่ถูกดึงในภาพที่สองมีเพียง 10 กิโลกรัมเท่านั้น แน่นอนว่ามวลที่คอยต้านการเคลื่อนที่ในภาพที่สองนั้นมีน้อยกว่าภาพแรก มันจึงเคลื่อนที่ด้วยความเร่งมากกว่าถึง 2 เท่านั่นเอง แต่ถ้าต้องการเข้าใจแบบลึกซึ้งต้องคำนวณอย่างจริงจังครับ
อาทิตย์หน้าผมจะนำปัญหาด้านกลศาสตร์มาทายพร้อมเฉลยกันอีกนะครับ
ท่านใดสงสัยก็ตามมาถามผมได้ทาง facebook.com/ardwarong ครับ
