ဆွဲငင်အားပုံသေနည်းကြောင့် အရှိန်မြှင့်ခြင်း- သဘောတရား၊ အသုံးချမှုများနှင့် ဥပမာပြဿနာများ
ဒြပ်ဆွဲအားအရှိန်မြှင့်ခြင်းသည် ရူပဗေဒဘာသာရပ်တွင် အခြေခံသဘောတရားတစ်ခုဖြစ်ပြီး အရာဝတ္ထုများ ကမ္ဘာမြေပေါ်သို့ မည်သို့ကျသည်နှင့် စကြဝဠာတွင် ဒြပ်ဆွဲအားမည်သို့အလုပ်လုပ်သည်ကို ရှင်းပြသည်။ ဤဆောင်းပါးတွင်၊ ဤခေါင်းစဉ်ကို ကျွန်ုပ်တို့၏ နားလည်မှုကို နက်ရှိုင်းစေရန်အတွက် ဒြပ်ဆွဲအားအရှိန်မြှင့်ပုံသေနည်း၊ အခြေခံသဘောတရားများ၊ လက်တွေ့အသုံးချမှုများနှင့် ဥပမာပြဿနာများကို လေ့လာသွားပါမည်။
ဆွဲငင်အားအရှိန်မြှင့်ခြင်းကို နားလည်ခြင်း
ဆွဲငင်အားကြောင့် အရှိန်မြှင့်ခြင်းဆိုသည်မှာ အရာဝတ္ထုတစ်ခုသည် ကမ္ဘာမြေဆွဲငင်အား၏ သြဇာလွှမ်းမိုးမှုအောက်တွင် လွတ်လပ်စွာ ပြုတ်ကျနေချိန်တွင် ကြုံတွေ့ရသော အရှိန်မြှင့်ခြင်းဖြစ်သည်။ ကမ္ဘာမြေမျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် ဆွဲငင်အားကြောင့် ပျမ်းမျှအရှိန်မြှင့်ခြင်းသည် \( 9,8 \, \text{m/s}^2 \) ခန့်ဖြစ်သည်။ ဤအရှိန်မြှင့်ခြင်းကို သင်္ကေတ \( g \) ဖြင့် ကိုယ်စားပြုသည်။
ကမ္ဘာမြေ၏ မစုံလင်သောပုံသဏ္ဍာန်နှင့် အမြင့်ပေ ကွဲပြားမှုများကြောင့် \( g \) ၏ တန်ဖိုးသည် ကမ္ဘာမြေမျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ တည်နေရာပေါ် မူတည်၍ အနည်းငယ် ကွဲပြားနိုင်သည်။ သို့သော် တွက်ချက်မှုအတွက် \( g \) ၏ တန်ဖိုးကို မကြာခဏ ၉.၈ m/s² သို့ လုံးဝန်းသတ်မှတ်လေ့ရှိသည်။
ဆွဲငင်အားအရှိန်မြှင့်ပုံသေနည်း
ဆွဲငင်အားနှင့် ဆွဲငင်အား အရှိန်ကို ဆက်စပ်ပေးသော အခြေခံဖော်မြူလာမှာ အောက်ပါအတိုင်းဖြစ်သည်။
\[ F = m \cdot g \]
ဘယ်နေရာ:
–\( F\) သည် ဆွဲငင်အား (နယူတန်) ဖြစ်သည်
–\( m\) သည် အရာဝတ္ထု၏ အလေးချိန် (ကီလိုဂရမ်) ဖြစ်သည်။
– \( g \) သည် ဆွဲငင်အားကြောင့် အရှိန် (တစ်စက္ကန့်လျှင် မီတာ နှစ်ထပ်ကိန်း၊ m/s²) ဖြစ်သည်
နယူတန်၏ စကြဝဠာဆွဲငင်အားနိယာမကို အသုံးပြု၍လည်း ဆွဲငင်အားကို တွက်ချက်နိုင်သည်-
\[ F = G \cdot \frac{m_1 \cdot m_2}{r^2} \]
ဘယ်နေရာ:
–\( F\) သည် အရာဝတ္ထုနှစ်ခုကြားရှိ ဆွဲငင်အား (နယူတန်) ဖြစ်သည်။
– \( G \) သည် စကြဝဠာဆွဲငင်အား ကိန်းသေ (\( 6,674 \times 10^{-11} \, \text{Nm}^2/\text{kg}^2 \)) ဖြစ်သည်။
– \( m_1 \) နှင့် \( m_2 \) တို့သည် အရာဝတ္ထုနှစ်ခု၏ အလေးချိန် (ကီလိုဂရမ်) များ ဖြစ်ကြသည်။
–\( r\) သည် အရာဝတ္ထုနှစ်ခု၏ ဒြပ်ထုဗဟိုများကြား အကွာအဝေး (မီတာ) ဖြစ်သည်။
ဤညီမျှခြင်းနှစ်ခုကို ညီမျှခြင်းဖြင့်၊ ဆွဲငင်အားကြောင့်ဖြစ်သော အရှိန်ကို တွက်ချက်နိုင်သည်-
\[ g = G \cdot \frac{M}{r^2} \]
ဘယ်နေရာ:
– \( M \) သည် ကမ္ဘာမြေ၏ အလေးချိန် (ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် \( 5,972 \x 10^{24} \, \text{kg} \)) ဖြစ်သည်။
– \( r \) သည် ကမ္ဘာမြေ၏ အချင်းဝက်ဖြစ်သည် (ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် \( 6,371 \x10^6 \, \text{m} \))
ဤတန်ဖိုးများကို အသုံးပြု၍ ကမ္ဘာမြေမျက်နှာပြင်ရှိ ဆွဲငင်အားကြောင့် အရှိန်ကို တွက်ချက်နိုင်သည်-
\[ g = ၆.၆၇၄ \times ၁၀^{-၁၁} \, \text{Nm}^2/\text{kg}^2 \cdot \frac{၅.၉၇၂ \times ၁၀^{၂၄} \, \text{kg}}{(၆.၃၇၁ \times ၁၀^၆ \, \text{m})^2} \approx ၉.၈ \, \text{m/s}^2 \]
ဆွဲငင်အားအရှိန်မြှင့်ခြင်း အသုံးချမှု
ဒြပ်ဆွဲအားအရှိန်မြှင့်ခြင်းသည် အောက်ပါတို့အပါအဝင် သိပ္ပံနှင့်နည်းပညာနယ်ပယ်အမျိုးမျိုးတွင် လက်တွေ့အသုံးချမှုများစွာရှိသည်-
၁။ ကိနမဗေဒ- ကိနမဗေဒတွင်၊ ဆွဲငင်အားကြောင့် အရှိန်ကို လွတ်လပ်စွာကျဆင်းနေသော အရာဝတ္ထု၏ အမြန်နှုန်းနှင့် အနေအထားကို တွက်ချက်ရန် အသုံးပြုသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ လွတ်လပ်စွာကျဆင်းနေသော အရာဝတ္ထု၏ အမြန်နှုန်းအတွက် ဖော်မြူလာမှာ \( v = g \cdot t \) ဖြစ်ပြီး၊ \( t \) သည် ပြုတ်ကျချိန် (စက္ကန့်) ဖြစ်သည်။
၂။ နက္ခတ္တဗေဒ- နက္ခတ္တဗေဒတွင် ဂြိုဟ်များ၊ လများနှင့် အခြားကောင်းကင်အရာဝတ္ထုများ၏ ပတ်လမ်းများကို တွက်ချက်ရန် ဆွဲငင်အားအရှိန်မြှင့်ခြင်းကို အသုံးပြုသည်။ နယူတန်၏ စကြဝဠာဆွဲငင်အားနိယာမသည် နေအဖွဲ့အစည်းရှိ အရာဝတ္ထုများ၏ ရွေ့လျားမှုကို နားလည်ရာတွင် အရေးပါသောအခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်သည်။
၃။ ဘူမိရူပဗေဒ- ဘူမိရူပဗေဒတွင်၊ ကမ္ဘာမြေ၏ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် ပါဝင်မှုကိုလေ့လာရန် မတူညီသောနေရာများတွင် ဆွဲငင်အားအရှိန်ပြောင်းလဲမှုများကို အသုံးပြုသည်။ ဂရေဗီမီတာသည် ဆွဲငင်အားအရှိန်ကို မြင့်မားသောတိကျမှုဖြင့် တိုင်းတာရန်အသုံးပြုသောကိရိယာတစ်ခုဖြစ်သည်။
၄။ အင်ဂျင်နီယာပညာ- အင်ဂျင်နီယာပညာတွင်၊ အဆောက်အအုံဖွဲ့စည်းပုံများ၊ တံတားများနှင့် အခြားအခြေခံအဆောက်အအုံအမျိုးမျိုးကို ဒီဇိုင်းဆွဲရာတွင် ဆွဲငင်အားအရှိန်ကို အသုံးပြုသည်။ ဆွဲငင်အားသည် အဆောက်အအုံတစ်ခု၏ ဝန်ထုပ်ဝန်ပိုးနှင့် တည်ငြိမ်မှုကို တွက်ချက်ရာတွင် ထည့်သွင်းစဉ်းစားရမည့် အဓိကအချက်များထဲမှ တစ်ခုဖြစ်သည်။
ဆွဲငင်အား အရှိန်မြှင့်ခြင်း ပြဿနာ၏ ဥပမာ
ဆွဲငင်အားအရှိန်နှင့် ဆက်စပ်သော မေးခွန်းအချို့နှင့် ၎င်းတို့ကို ဖြေရှင်းရန် အဆင့်များကို ဤနေရာတွင် ဖော်ပြထားပါသည်။
ဥပမာမေးခွန်း ၉
မေးခွန်း:
ဘောလုံးတစ်လုံးကို မီတာ ၂၀ အမြင့်မှ ပစ်ချလိုက်သည်။ ဘောလုံး မြေပြင်သို့ ရောက်ရန် အချိန်မည်မျှကြာသနည်း။ (ဆွဲငင်အားကြောင့် အရှိန်သည် \( g = 9,8 \, \text{m/s}^2 \) ဖြစ်ပြီး လေခုခံမှု မရှိကြောင်း ယူဆပါက)။
ဖြေရှင်းချက်:
သိထားပါတယ်:
– အမြင့် (\( h \)) = ၂၀ မီတာ
– ဆွဲငင်အားကြောင့် အရှိန်မြှင့်ခြင်း (g) = 9,8 m/s²
အကွာအဝေးအတွက် kinematics ဖော်မြူလာကို အသုံးပြု၍
\[ h = \frac{1}{2} gt^2 \]
အချိန်တွက်ချက်ခြင်း (\( t \)):
\[ ၂၀ = \frac{1}{2} \cdot ၉.၈ \cdot t^2 \]
\[ ၂၀ = ၄.၉ \cdot t^2 \]
\[ t^2 = \frac{20}{4,9} \]
\[ t^2 \ခန့်မှန်းခြေ ၉.၁၈ \]
\[ t \approx \sqrt{4,08} \]
\[ t \approx 2,02 \, \text{စက္ကန့်} \]
ဒါကြောင့် ဘောလုံး မြေပြင်ကို ရောက်ဖို့ ကြာချိန်က ၂.၀၂ စက္ကန့်ခန့် ရှိပါတယ်။
ဥပမာမေးခွန်း ၉
မေးခွန်း:
၁၀ ကီလိုဂရမ် အလေးချိန်ရှိတဲ့ အရာဝတ္ထုတစ်ခုဟာ ကမ္ဘာမြေမျက်နှာပြင်ပေါ်မှာ တည်ရှိပါတယ်။ အရာဝတ္ထုပေါ်မှာ ဆွဲငင်အားက ဘယ်လိုသက်ရောက်မှုရှိလဲ။
ဖြေရှင်းချက်:
သိထားပါတယ်:
– အရာဝတ္ထု၏ အလေးချိန် (m) = 10 kg
– ဆွဲငင်အားကြောင့် အရှိန်မြှင့်ခြင်း (g) = 9,8 m/s²
ဆွဲငင်အားပုံသေနည်းကို အသုံးပြု၍-
\[ F = m \cdot g \]
\[ F = 10 \cdot 9,8 \]
\[ F = 98 \, \text{နယူတန်} \]
ထို့ကြောင့် အရာဝတ္ထုပေါ်တွင် သက်ရောက်နေသော ဆွဲငင်အားမှာ ၉၈ နယူတန် ဖြစ်သည်။
ဥပမာမေးခွန်း ၉
မေးခွန်း:
လမျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ ဆွဲငင်အားကြောင့် အရှိန်သည် \( 1,6 \, \text{m/s}^2 \) ခန့်ရှိပါက လပေါ်တွင် 20 kg အလေးချိန်ရှိသော အရာဝတ္ထု၏ အလေးချိန်ကား အဘယ်နည်း။
ဖြေရှင်းချက်:
သိထားပါတယ်:
– အရာဝတ္ထု၏ အလေးချိန် (m) = 20 kg
– လပေါ်ရှိ ဆွဲငင်အားကြောင့် အရှိန် (g_{moon} \) = 1,6 m/s²
ဆွဲငင်အားပုံသေနည်းကို အသုံးပြု၍-
\[ F_{လ} = m \cdot g_{လ} \]
\[ F_{လ} = ၂၀ \cdot ၁.၆ \]
\[ F_{လ} = ၃၂ \, \text{နယူတန်} \]
ဒါကြောင့် လပေါ်က အရာဝတ္ထုရဲ့ အလေးချိန်က ၃၂ နယူတန် ဖြစ်ပါတယ်။
ဥပမာမေးခွန်း ၉
မေးခွန်း:
ဘောလုံးတစ်လုံးကို ကနဦးအလျင် ၁၅ မီတာ/စက္ကန့်ဖြင့် ဒေါင်လိုက် အပေါ်သို့ ပစ်လွှတ်လိုက်သည်။ ဘောလုံး ရောက်ရှိနိုင်သော အမြင့်ဆုံးအမြင့်ကား မည်မျှနည်း။ (ဆွဲငင်အားကြောင့် အရှိန်သည် \( g = 9,8 \, \text{m/s}^2 \) ဖြစ်ပြီး လေခုခံမှု မရှိကြောင်း ယူဆပါက)။
ဖြေရှင်းချက်:
သိထားပါတယ်:
– ကနဦးအလျင် (\( v_0 \)) = 15 m/s
– နောက်ဆုံးအလျင် (\( v \)) = 0 m/s (အမြင့်ဆုံးအမြင့်တွင်)
– ဆွဲငင်အားကြောင့် အရှိန်မြှင့်ခြင်း (g) = 9,8 m/s²
အမြန်နှုန်းနှင့် အကွာအဝေးအတွက် kinematics ဖော်မြူလာကို အသုံးပြု၍
\[ v^2 = v_0^2 – 2 gh \]
အမြင့်ဆုံးအမြင့် (\( h \)) ကို တွက်ချက်ခြင်း-
\[ ၀ = ၁၅^၂ – ၂ \cdot ၉.၈ \cdot h \]
\[ ၀ = ၂၂၅ – ၁၉.၆ \cdot h \]
\[ ၁၉.၆ \cdot h = ၂၂၅ \]
\[ ဟ = \frac{ ၂၂၅}{၁၉.၆} \]
\[ h \approx 11,48 \, \text{meter} \]
ထို့ကြောင့် ဘောလုံးရောက်ရှိနိုင်သော အမြင့်ဆုံးအမြင့်မှာ ၁၁.၄၈ မီတာခန့်ဖြစ်သည်။
နိဂုံး
ဆွဲငင်အားအရှိန်မြှင့်ခြင်းသည် ရူပဗေဒတွင် အခြေခံသဘောတရားတစ်ခုဖြစ်ပြီး စကြဝဠာရှိ ဖြစ်စဉ်အမျိုးမျိုးကို လွှမ်းမိုးသည်။ ဆွဲငင်အားအရှိန်မြှင့်ပုံသေနည်းနှင့် အခြေအနေအမျိုးမျိုးတွင် ၎င်း၏အသုံးချမှုကို နားလည်ခြင်းဖြင့်၊ ပြုတ်ကျသော သို့မဟုတ် ပစ်ချသော အရာဝတ္ထု၏ ဆွဲငင်အား၊ ပြုတ်ကျချိန်၊ အလျင်နှင့် အမြင့်ကို ကျွန်ုပ်တို့ တွက်ချက်နိုင်သည်။ အထက်တွင် ဆွေးနွေးထားသော ဥပမာများသည် ဤပုံသေနည်းကို နေ့စဉ်တွက်ချက်မှုများနှင့် သိပ္ပံနည်းကျလေ့လာမှုများတွင် မည်သို့အသုံးပြုသည်ကို လက်တွေ့ကျကျ ခြုံငုံသုံးသပ်ချက်ပေးသည်။ ဆွဲငင်အားအရှိန်မြှင့်ခြင်းကို ကောင်းစွာနားလည်ခြင်းဖြင့်၊ ကျွန်ုပ်တို့ပတ်ဝန်းကျင်နှင့် စကြဝဠာတစ်လျှောက်ရှိ အရာဝတ္ထုများ၏ ရွေ့လျားမှုကို ထိန်းချုပ်သည့်အားကို ပိုမိုနားလည်နိုင်ပါသည်။
