แรงไทดัลคืออะไร?

แรงไทดัล หรือน้ำขึ้นน้ำลงนั้น เป็นปรากฏการณ์หนึ่งที่ช่วยสาธิตให้เราเห็นว่าดาราศาสตร์ สามารถส่งผลกระทบต่อชีวิตประจำวันเราได้อย่างไร โดยเฉพาะชาวประมงที่ต้องพึ่งระดับน้ำในการออกเดินเรือ หรือแม้กระทั่งในการกู้เรือสินค้าขนาดยักษ์ให้หลุดออกมาจากคลองสุเอซ[1]

ว่าแต่ว่า แรงไทดัลคืออะไร? วันนี้เราจะมาตอบคำถามนี้กัน โดยเฉพาะคำถามยอดฮิตในหมู่นักเรียนและอาจารย์ว่า "ทำไมแรงไทดัลถึงมีสองด้าน?"

แรงไทดัลนั้นเป็นผลสืบเนื่องมาจากแรงโน้มถ่วง เราค้นพบว่าวัตถุทุกอย่างที่มีมวล ย่อมมีแรงโน้มถ่วง โดยคุณสมบัติที่สำคัญของแรงโน้มถ่วงที่ทำให้เกิดแรงไทดัลนั้น เนื่องมาจากสมบัติสามประการด้วยกัน

1. แรงโน้มถ่วงเป็นแรงระหว่างมวล และมีทิศทางไปยังศูนย์กลางของมวล
2. แรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับมวล ยิ่งมวลมากยิ่งมีแรงโน้มถ่วงมาก
3. แรงโน้มถ่วงแปรผกผันกับระยะทางยกกำลังสอง หรือที่เราเรียกกันว่า Inverse Square Law (ISL) นั่นหมายความว่าวัตถุที่อยู่ห่างออกไปสองเท่า จะมีแรงโน้มถ่วงลดลงสี่เท่า

จากคุณสมบัติเหล่านี้ เราจะพบว่าในขณะที่เรานั่งอ่านบทความกันอยู่ตอนนี้ เราไม่เพียงแต่จะมีแรงโน้มถ่วงของโลกที่ดึงเราเอาไว้เพียงเท่านั้น แต่วัตถุทุกๆ วัตถุในเอกภพก็กำลังมีแรงโน้มถ่วงดึงเราเอาไว้อยู่ ดวงจันทร์กำลังดึงดูดเราไปในทิศทางของดวงจันทร์ ไม่ว่าในขณะนี้ดวงจันทร์จะอยู่พ้นขอบฟ้าหรือไม่ และดวงอาทิตย์ก็กำลังดึงดูดเราไปในทิศทางของดวงอาทิตย์

แต่เนื่องจากว่าแรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่ไปสู่ศูนย์กลาง และขึ้นอยู่กับระยะทาง เราจะพบว่าแรงโน้มถ่วงที่ดวงจันทร์กำลังทำกับเรา จะไม่เท่ากับผู้สังเกตคนอื่นที่กำลังอยู่อีกฟากหนึ่งของโลก ทั้งโดยแมกนิจูดและทิศทาง อย่างไรก็ตาม แรงโน้มถ่วงจากดวงจันทร์นี้ น้อยกว่าแรงโน้มถ่วงที่เราได้รับจากโลกเป็นอย่างมาก ดวงจันทร์จึงไม่สามารถทำให้เข็มตาชั่งเบนไปได้แต่อย่างใด และเราไม่จำเป็นต้องกังวลเฟสและตำแหน่งของดวงจันทร์ในการชั่งน้ำหนัก

แต่สำหรับของเหลว เช่น น้ำในมหาสมุทรนั้น หากมีแรงกระทำไม่เท่ากันแม้เพียงนิดเดียว ของเหลวนั้นก็ย่อมที่จะไหลจาก "ที่สูงลงสู่ที่ต่ำ" แน่นอนว่าส่วนของโลกที่อยู่ใกล้ดวงจันทร์ที่สุด ย่อมที่จะมีแรงโน้มถ่วงจากดวงจันทร์มากที่สุด เราจึงคาดว่าของเหลวควรจะไปกองกันบริเวณใกล้ดวงจันทร์มากที่สุด

แต่นี่ไม่สามารถอธิบายได้ว่า เพราะเหตุใดเราจึงสังเกตพบปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงวันละสองครั้ง (สำหรับชายฝั่งส่วนมากบนโลก) ในตำแหน่งที่ตรงกันข้ามกัน เราจะอธิบายปรากฏการณ์ที่น้ำขึ้นสูงสุดในตำแหน่งตรงข้ามกับดวงจันทร์ได้อย่างไร?

ในการจะพิจารณาเช่นนี้นั้น มีแรงโน้งของวัตถุอีกสิ่งหนึ่งที่เราจะต้องพิจารณาไปด้วย นั่นก็คือพื้นโลกที่อยู่ด้านใต้ของพวกเรา เพราะนอกไปจากน้ำในมหาสมุทรที่โดนดึงดูดไปด้วยแรงโน้มถ่วงจากดวงจันทร์แล้ว ตัวโลกเองก็ถูกดึงดูดเข้าหาดวงจันทร์ด้วยเช่นกัน

ดังนั้น หากทั้งน้ำ และภาชนะที่บรรจุน้ำ ต่างก็กำลังถูกแรงดึงดูดไปด้วยแรงที่เท่าๆ กัน เราก็จะไม่พบว่าน้ำในแก้วนั้นควรจะมีการเคลื่อนไหวแต่อย่างใด เช่นเดียวกับน้ำที่อยู่บนแก้วที่วางอยู่นิ่งๆ บนโต๊ะ สิ่งที่เราควรจะพิจารณาในการพิจารณาถึงแรงไทดัล ก็คือผลต่างระหว่างแรงที่กระทำต่อน้ำในมหาสมุทร ณ จุดใดๆ บนพื้นโลก เมื่อเทียบกับแรงที่กระทำกับศูนย์กลางของโลก

ซึ่งหากใครเคยได้เรียนเรื่องของเวคเตอร์ ในตอนมัธยมศึกษาปีที่สี่ เราก็จะพบว่าเราสามารถนำจำนวนที่เป็นเวคเตอร์มาลบกันได้ โดยการกลับข้างลูกศรและนำมาเรียงต่อกัน จากนั้นเส้นที่ลากจากจุดเริ่มไปยังจุดสุดท้ายจะแทนปริมาณเวคเตอร์สุดท้าย เราสามารถแสดงผลลัพธ์จากแรงโน้มถ่วงที่ดวงจันทร์กระทำต่อผิวโลกส่วนต่างๆ (ลูกศรสีแดง) ลบกับแรงเฉลี่ยที่กระทำต่อโลก (แทนด้วยลูกศรสีเขียวในภาพที่สอง) และผลลัพธ์ที่ได้คือลูกศรสีเหลือง ที่แสดงในภาพที่สาม และถ้าเราพิจารณาตามหลักคณิตศาสตร์แล้ว เราจะพบว่า "ผลต่าง" ของแรงโน้มถ่วงนั้นก็คือการหา gradient ของแรงโน้มถ่วงนั่นเอง เนื่องจากแรงโน้มถ่วงนั้นเป็น inverse square law เราจึงพบว่าแรงไทดัลนั้นจะแปรผกผันกับระยะห่างยกกำลังสาม หรือ inverse cube law นั่นเอง

แต่ถ้าจะพูดให้ง่ายๆ ก็คือ น้ำในมหาสมุทรบริเวณที่อยู่ตรงข้ามกับดวงจันทร์นั้น ได้รับแรงโน้มถ่วงจากดวงจันทร์ในอัตราที่ต่ำกว่าพื้นที่อยู่เบื้องใต้ จึงเป็นเหตุว่าทำไมบริเวณด้านตรงข้ามดวงจันทร์เราจึงพบกับน้ำขึ้นสูงสุดเช่นกัน นอกไปจากนี้จากภาพเราจะพบว่าผิวโลกในบริเวณที่ตั้งฉากกับดวงจันทร์นั้นได้รับแรง "กด" ลง เนื่องมาจากทิศทางของแรงโน้มถ่วงที่เบี่ยงไปจากที่ศูนย์กลางของโลกได้รับเพียงเล็กน้อย เป็นผลให้เกิดน้ำลง

จากภาพที่สาม วงรีสีฟ้าเป็นภาพแสดงแทนถึงผิวน้ำในมหาสมุทรโดยคร่าวๆ เราจะพบว่าอิทธิพลจากแรงไทดัลนั้นเปรียบได้กับการ "บีบ" แก้วน้ำกระดาษสักใบหนึ่ง ให้เปลี่ยนรูปจากวงกลมเป็นวงรี นั่นหมายความว่าน้ำขึ้นน้ำลงจะเกิดน้ำขึ้นสูงสุดวันละสองครั้ง และน้ำลงสูงสุดวันละสองครั้ง ในเกือบทุกกรณี

ทั้งนี้ทั้งนั้น ปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงที่เกิดมาจากแรงไทดัลนั้น จะเกิดขึ้นได้ก็เฉพาะกับระบบน้ำที่เชื่อมต่อกับน้ำส่วนอื่นบนโลก น้ำที่แยกออกโดยสิ้นเชิง เช่น น้ำในทะเลสาป หรือน้ำในแก้วที่เราถือ ฯลฯ แม้ว่าจะได้รับแรงโน้มถ่วงจากดวงจันทร์ต่างไปจากน้ำบริเวณอื่นบนโลก แต่เนื่องจากน้ำในมหาสมุทรอื่นไม่สามารถไหลมาชดเชยได้ จึงจะไม่พบปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงในทะเลสาปน้ำจืด ทะเลสาปน้ำเค็มที่ไม่มีทางออกสู่ทะเล และการรดน้ำต้นไม้หรือการเลือดออกในมนุษย์นั้นไม่ได้เกี่ยวข้องกับแรงไทดัลแต่อย่างใด

นอกไปจากนี้ ปากอ่าวที่มีลักษณะปิดในบางครั้งอาจจะเกิดกระแสน้ำขึ้นลงที่มีการแทรกสอดกัน เป็นผลให้ในบางพื้นที่มีกระแสน้ำขึ้น-ลงที่ซับซ้อนไปกว่า semidiurnal tide ที่พบได้บนชายฝั่งส่วนมากบนโลก

นอกไปจากดวงจันทร์แล้ว อีกวัตถุท้องฟ้าหนึ่งที่มีแรงไทดัลในระดับที่สามารถสังเกตได้บนโลก ก็คือดวงอาทิตย์ ซึ่งถึงแม้ว่าดวงอาทิตย์จะมีมวลมากกว่าดวงจันทร์เป็นอย่างมาก และมีแรงโน้มถ่วงต่อใจกลางของโลกมากกว่า (แรงโน้มถ่วงจากดวงอาทิตย์ ณ วงโคจรของโลกนั้นมากกว่า 177 เท่าของแรงโน้มถ่วงจากดวงจันทร์) แต่แรงไทดัลซึ่งเป็น gradient ของแรงโน้มถ่วงนั้นแปรผกผันกับระยะห่างยกกำลังสาม ด้วยเหตุนี้เราจึงพบว่าแรงไทดัลจากดวงอาทิตย์บนโลกนั้น อ่อนแรงกว่าแรงไทดัลจากดวงจันทร์ถึงกว่า 1 ใน 3

ซึ่งหากเราเปรียบแรงไทดัลได้กับการ "บีบ" วงกลมให้กลายเป็นวงรีเช่นดังภาพแล้ว เราจะพบว่าแรงไทดัลจากดวงอาทิตย์และดวงจันทร์จะเปรียบได้เสมือนกับเด็กสองคนที่แย่งกันบีบแก้วน้ำใบเดียวกัน หากเด็กทั้งสองคนนี้กำลังบีบน้ำไปในทิศทางเดียวกัน เช่นในช่วงข้างแรมหรือข้างขึ้น 15 ค่ำ ที่ดวงจันทร์ โลก และดวงอาทิตย์อยู่ในแนวเดียวกันพอดี เราจะพบว่าในช่วงนั้นแรงไทดัลจากวัตถุทั้งสองจะเสริมกัน และเราจะพบปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงที่แกว่งตัวได้แรงที่สุด เราเรียกว่า "น้ำเกิด" (spring tide) ในทางตรงกันข้าม หากเราให้เด็กสองคนบีบแก้วน้ำในมุมตั้งฉากกัน แรงบีบจะหักล้างกันในบางส่วน และในช่วงข้างขึ้นหรือแรม 8 ค่ำ จะเป็นช่วงที่ระดับน้ำขึ้น-น้ำลง มีการแกว่งตัวน้อยที่สุด เราเรียกว่า "น้ำตาย" (neap tide) (ภาพล่าง)

อ้างอิง/อ่านเพิ่มเติม:
[1] https://www.facebook.com/matiponblog/photos/a.255101608033386/1560520504158150

LINEกนก ตอน "สระน้ำอาถรรพ์" กำลังรีรัน บ่าย 3 ตอนนี้ ผมจะเล่าเบื้องหลังที่ไม่มีอยู่ในรายการให้ฟัง!

ผมกับน้องปาล์ม ไปถึงที่วัดแจ้ง ตั้งแต่กลางวัน สัมภาษณ์ทุกคนที่เกี่ยวข้องตั้งแต่ตำรวจจนถึงเจ้าหน้าที่มูลนิธิที่เก็บศพ! แล้วนัดให้ คุณต้อ "คนพูดดวง" มาตรวจสอบอีกด้านหนึ่งตอนกลางคืน และให้ขับรถตามเส้นทาง และเวลาเดียวกันกับที่เกิดเหตุ!

เวลาบ่าย..โปรดิวเซอร์รายการ โทรคุยกับคุณต้อ ที่ไม่เคยมาวัดนี้เลย พออธิบายจบ คุณต้อพูดกับคุณป๊อก โปรดิวเซอร์ว่า... "ผมว่า..ผมเห็นโกศ อยู่ 4 - 5 โกศ อยู่ใกล้ๆสระนะ"

"..และเหมือนมี ศาลาเก่าๆอยู่แถวนั้นด้วยมั๊ย?" คุณป๊อกแปลกใจ เพราะมีโกศอยู่จริง..อยู่ใกล้สระเลย

ตอนที่ผมสัมภาษณ์เจ้าหน้าที่มูลนิธิ เขาบอกว่า ที่เสียชีวิตในวัดเพราะรถจมน้ำเพิ่งมีรายนี้ แต่ก่อนหน้านี้ มีผู้เสียชีวิตลักษณะต่างๆตลอด มีรายนึงแขวนคอตายบนชั้น 2 อาคารศาลาเก่า!

พอคุณต้อมา..ฝนเริ่มตั้งเค้า ฟ้าแลบเป็นระยะ ผมกลับก่อนเพื่อมาจัดรายการกลางคืน ขณะที่คุณต้อ น้องปาล์ม และทีมงาน เดินถ่ายทำมาถึงหน้าอาคารศาลาเก่า.....

หมาระดมหอนกันทุกตัว!...ถ่ายมุมอื่นในวัด..ไม่หอนนะ คุณต้อบอก "...ตรงนี้แหละมี!..มีคนตายอยู่ชั้น 2 .."

คุณป๊อกเสริม "..ใช่เลยครับ มีคนแขวนคอตาย ชั้น 2 เจ้าหน้าที่บอก" แล้วตอนนั้น หมายิ่งระดมหอนเห่ากันเสียงขรมเลย คุณต้อบอก.."ป๊อกไปพูดทักแบบนี้ เดี๋ยวต้องไปซื้อของอะไรมาเซ่นไหว้นะ"

มีพลังปริศนาผลักกล้องช่างภาพ ชื่อเพชร!

แล้วทั้งหมดก็รีบออกจากบริเวณนั้น เตรียมตัวไปขับรถตามเส้นทาง ฝนตกทันที เหมือนเวลาที่เกิดเหตุ ก็มีฝนตก

และเมื่อรถขับเข้ามาในวัด ตามเส้นทางที่คุณต้อบอกว่า ทางนี้..เป็นป่าช้าในสมัยก่อน ไม่ใช่ทางรถวิ่งอย่างทุกวันนี้ เมื่อขับมุ่งตรงเข้ามาตอนกลางคืน จะไม่เห็นองค์พระธาตุ จุดเด่นที่สุดของวัด เหมือนกับว่า วัดนี้ไม่มีพระธาตุ

พอถึงทางแยกที่ครูจะต้องเลี้ยวขวา ไปศาลาสวดศพ แต่ครูกลับเลี้ยวซ้ายมุ่งมาทางลงสระ!...พอคุณต้อเลี้ยวซ้ายมา ภาพที่เห็นทางกระจกหน้ารถคือ.....

ลูกศรสีแดง ชี้ไปทางกราบหลวงพ่อเพชร แต่กลางคืน มันมืด จะไม่เห็นตัวหนังสือบอกทาง เห็นแต่ลูกศรสีแดง..เหมือนชี้ให้ลงสระ!

และมองทะลุไปเห็นศาลาเก่า ที่มีคนแขวนคอตายนั่นเอง

"ผมว่า..เขาเรียกให้มาทางนี้!" คุณต้อพูด พร้อมชี้ไปทางศาลาที่เห็นไกลๆ

เส้นทางป่าช้าเก่านี้ คุณครูไม่เคยใช้เส้นทางนี้เลย มาวัดแจ้งหลายครั้ง แต่จะเข้ามาอีกทาง....

เบรคสุดท้ายยามค่ำคืน โปรดสังเกตคุณปาล์ม พิธีกรของเรา...หน้าเครียด มือเท้าเกร็ง ตอนนั่งหน้ารถ..ก็ไม่กล้ามองกระจก

คืนนั้นกลับถึงบ้าน..หลับไม่ลง! เห็นแต่ภาพต่างๆภายในวัด จนเช้าต้องไปทำบุญ อุทิศส่วนกุศลให้กับคุณครู และผู้ที่เสียชีวิตในวัด...พอกรวดน้ำ..ปาล์มก็ร้องไห้อย่างหนัก โดยไม่ทราบสาเหตุ และหยุดไม่ได้!

เชิญชมรีรัน LINEกนก ตอนนี้เลยครับ.....

www.nationtv.tv/main

รายการLineกนก
ข่าวข้น คนเนชั่น

‎2017‎年‎6‎月‎4‎日撮影

Seibu Shinjuku Line. Seibu 10000 series red arrow arriving at Seibu Shinjuku station.
西武新宿線。 西武10000系列紅色箭頭到達西武新宿站。
세이부 신주쿠 선. 세이부 신주쿠 역에 도착 세이부 10000 계 레드 애로우.
สาย Seibu Shinjuku ลูกศรสีแดง Seibu 10000 series มาถึงสถานี Seibu Shinjuku
Seibu Shinjuku Line. Seibu 10000 siri panah merah tiba di stesen Seibu Shinjuku.
Jalur Seibu Shinjuku. Seibu 10.000 warna merah panah tiba di stasiun Seibu Shinjuku.
Seibu Shinjuku Line. Seibu 10000 series flecha roja llegando a la estación de Seibu Shinjuku.
Seibu Shinjuku Linie. Roter Pfeil der Seibu 10000 Reihe, der an Seibu Shinjuku-Station ankommt.
Ligne Seibu Shinjuku. Flèche rouge Seibu série 10000 arrivant à la station Seibu Shinjuku.
Линия Seibu Shinjuku. Seibu 10000 серия красная стрелка, прибывающая на станцию Seibu Shinjuku.
Seibu Shinjuku Line. Seibu 10000 series seta vermelha chegando à estação de Seibu Shinjuku.
خط سيبو شينجوكو. سيبو 10000 سلسلة الأحمر السهم وصوله في محطة شيبوكو سيبو.