มวลและน้ำหนัก

           มวลเป็นคุณสมบัติของสะสาร ซึ่งสามารถใช้เปรียบเทียบการต่อต้านการเคลื่อนที่เมื่อมีแรงมากระทำ ซึ่งมวลนี้เป็นปริมาณสัมบูรณ์ คือไม่ว่าจะทำการวัดที่ใดก็ตาม จะต้องมีค่าเท่ากัน
           เมื่อมีมวลมาวางอยู่ในผิวโลก กฎของแรงโน้มถ่วงกำหนดให้มีแรงดึงดูดของโลกกระทำต่อมวลนั้น ขนาดของแรงที่โลกกระทำต่อมวลนั้นเราเรียก น้ำหนัก และเนื่องจากแรงโน้มถ่วงจะขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างมวล ดังนั้นน้ำหนักจึงเป็นปริมาณสัมพัทธ์ สถานที่ใช้วัดน้ำหนักมีผลต่อค่าน้ำหนักที่วัดได้ ความสัมพันธ์ระหว่างมวลและน้ำหนักคือ

เมื่อค่า  คือค่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก แม้ว่าน้ำหนักจะเปลี่ยนแปลงไปตามสถานที่ แต่การเปลี่ยนแปลงก็ไม่มากนัก ดังนั้นหลายๆครั้งเราจึงประมาณว่าค่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงนั้นคงที่ และหากเราต้องการความถูกต้องถึงทศนิยมตำแหน่งที่สอง เราจะให้

และในระบบหน่วย SI แรงจะมีหน่วยเป็น newton , โดย

นั่นคือมวล 1kg จะมีน้ำหนัก 9.81N นั่นเอง
            ความแตกต่างระหว่างน้ำหนักและมวล (Weight vs. Mass)
ความเดิมตอนที่แล้ว มวลทุกอย่างจะดึงดูดมวลอื่นๆไม่มากก็น้อย โลกของเราเป็นวัตถุที่มีมวลใหญ่มาก จึงมีพลังดึงดูดมหาศาล ซึงเราเรียกแรงนี้ว่า “แรงดึงดูดของโลก” (Gravity) แรงดึงดูดจะดึงวัตถุทุกอย่างเข้าหาโลก ด้วยอัตราความเร่งประมาณ 10 เมตรต่อนาทีต่อนาที แรงดึงดูดที่กระทำกับวัตถุมวล 100 กรัมนั้นจะเรียกว่า 1 นิวตัน (Newton) และต่อไปเราจะเรียนกันเรื่อง “ความแตกต่างระหว่างน้ำหนักและมวล” (Weight vs. Mass) ครับ
            ถ้ามีคนถามคุณว่า “นิวตัน” คืออะไร คุณอาจจะยื่นลูกแอ๊ปเปิ้ลไปให้เขาก็ได้ หรือไม่ก็ลูกกอล์ฟสักสองลูก หรือไม่ก็ถ่านไฟฉายสักก้อน เพราะสิ่งเหล่านี้ล้วนมีมวลประมาณ 100 กรัมทั้งนั้น และเมื่อแรงดึงดูดกระทำกับวัตถุเหล่านี้ด้วยความเร่ง 10 เมตรต่อนาทีต่อนาที เราจะพูดได้ว่าแรงดึงดูดของโลกที่กำลังกระทำกับวัตถุตอนนี้จะเท่ากับ 1 นิวตัน หรือโลกกำลังดึงวัตถุเหล่านี้ลงมาด้วยแรง 1 นิวตันนั่นเอง
           แล้วแรงที่กำลังดึงคุณลงมาตอนนี้เป็นแรงกี่นิวตันล่ะ วิธีง่ายที่สุดในการวัดแรงดึงดูดนั้น คือการใช้เครื่องวัดแบบนิวตัน ถ้าเราแขวนลูกแอ๊ปเปิ้ลไว้กับเครื่องวัดนี้ เราจะเห็นได้ว่าโลกกำลังดึงแอ๊ปเปิ้ลลงมาด้วยแรง 1 นิวตัน และถ้าเราแขวนคุณไว้กับเครื่องวัด เราก็จะรู้ว่าโลกกำลังดึงคุณลงมาด้วยแรง... อืม... ไหนดูสิ... ประมาณ 600 นิวตัน ตอนนี้เราก็รู้น้ำหนักคุณแล้ว พูดอย่างง่ายแล้ว น้ำหนักก็หมายความว่าแรงดึงดูดกำลังดึงคุณลงมาด้วยแรงเท่าไหร่นั่นเอง น้ำหนักก็คือสิ่งนี้ล่ะ น้ำหนักจะสัมพันธ์กับแรงดึงดูด
            จำได้ไหมว่านักฟิสิกส์ชอบใช้คำภาษาลาตินกันขนาดไหน ภาษาอังกฤษของคำว่า “แรงดึงดูด” ก็คือ “Gravity” ซึ่งมาจาก “Gravitas” คำภาษาลาตินที่แปลได้ว่า “น้ำหนัก” นั่นเอง แต่คุณคงคิดว่าน้ำหนักต้องเป็นหน่วยกิโลกรัมใช่ไหม ในชีวิตประจำวันแล้วก็ถูกอยู่นะ แต่ในวิชาฟิสิกส์แล้วไม่ใช่หรอก ระวังสับสนด้วย
           ในวิชาฟิสิกส์ หน่วยกิโลกรัม (Kilogram) นั้นมีไว้วัดมวล (Mass) ของวัตถุ แต่น้ำหนัก (Weight) นั้นจะต้องใช้เครื่องวัดสปริงวัดเป็นหน่วยนิวตัน (Newton) เท่านั้น ถึงตอนนี้คุณก็คงพอจะรู้แล้วว่าคุณจะหาค่านิวตันได้โดยเอาจำนวนกิโลกรัมมาคูณสิบ ดังนั้น 100 กรัม หรือ 1/10 ของกิโลกรัมนั้น ก็จะเท่าๆกับ 1 นิวตันพอดี และ 60 กิโลกรัมก็จะเท่ากับ 600 นิวตัน
           แต่ถ้า 1 กิโลกรัมนั้นเท่ากับ 10 นิวตัน ทำไมเราต้องแยกความแตกต่างระหว่างมวลหนัก 60 กิโลกรัมกับน้ำหนัก 600 นิวตันด้วย ในเมื่อสุดท้ายแล้วมันก็คือสิ่งเดียวกันนั่นแหละ เพื่อที่จะหาคำตอบ เราต้องไปดวงจันทร์กันครับ
           พออยู่บนดวงจันทร์ คุณไม่ได้รู้สึกว่าตัวหนักเท่าบนโลกใช่ไหมล่ะ เรามาดูกันว่าบนดวงจันทร์มีแรงดึงดูดกี่นิวตัน แค่ร้อยเดียวเอง ทำไมถึงเป็นอย่างนั้นล่ะ ก็เพราะว่าดวงจันทร์นั้นเล็กกว่าโลกมาก มันจึงมีมวลน้อยกว่ามาก ดังนั้นแรงดึงดูดของดวงจันทร์จึงน้อยกว่าโลกมากเช่นกัน ที่จริง ดวงจันทร์มีแรงดึงดูดคิดเป็น 1/6 ของโลกเท่านั้น นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมคุณจึงมีน้ำหนักบนดวงจันทร์คิดเป็นแค่ 1/6 ของน้ำหนักบนโลก
           แล้วมวลของคุณล่ะ บนโลกคุณมีมวลหนัก 60 กิโลกรัม แล้วถ้าบนดวงจันทร์จะหนักเท่าไหร่ ก็หนัก 60 กิโลกรัมเท่ากันครับ แน่นอนว่าเท่ากันเป๊ะเลย คุณไม่ได้ตัวเล็กลงเมื่ออยู่บนดวงจันทร์ “ตัวคุณ” ไม่ได้เปลี่ยน มีแค่แรงดึงดูดเท่านั้นที่เปลี่ยน ซึ่งส่งผลให้น้ำหนักของคุณเปลี่ยนไปด้วย 
           นั่นล่ะข้อแตกต่างระหว่างมวลและน้ำหนัก ไม่ว่าคุณจะอยู่ที่ไหนในจักรวาล มวลของคุณจะยังเท่าเดิม มีแต่น้ำหนักเท่านั้นที่จะเปลี่ยน เพราะฉะนั้นถ้าคุณเกิดรู้สึกว่าไม่ได้ผอมเท่าที่ต้องการ ก็อย่ากินเยอะ และไปเข้าชมรม “ผู้ควบคุมมวล” ซะ เพราะคุณกำลังมีปัญหาเรื่อง “มวล” ของร่างกาย แต่ถ้าคุณแค่อยากได้น้ำหนักตัวที่น้อยลง แค่ไปดวงจันทร์ก็ได้แล้วครับ