คุณเคยสังเกตไหมว่าเวลาขี่จักรยาน ตอนเริ่มออกตัวจึงลำบากกว่า
เทียบกับเมื่อตอนที่จักรยานแล่นฉิวแล้ว?
หรือ เคยสงสัยไหมว่าอะไรทำให้จักรยานคุณเคลื่อนที่ได้?
หรือ ทำไมมันถึงแล่นไปข้างหน้า แทนที่จะถอยหลังหรือแล่นไปด้านข้างแทน?
ถ้าเกิดไม่รู้ ก็ไม่ใช่แค่คุณคนเดียวหรอก
ไม่จนกระทั่ง ศตวรรษที่ 17
เมื่อไอแซก นิวตัน (Isaac Newton)ได้อธิบาย ถึงกฏการเคลื่อนที่ของวัตถุ
จนเราเข้าใจคำตอบของคำถามทั้ง 3 ข้อนั้น
สิ่งที่นิวตันค้นพบก็คือ วัตถุต่างๆจะรักษาสภาวะ
ของสิ่งที่มันกำลังทำอยู่ ถ้าเกิดจักรยานคุณหยุดอยู่กับที่
มันก็จะยังคงหยุดอยู่กับที่อย่างนั้น และเมื่อมันเคลื่อนที่
มันก็จะคงเคลื่อนที่ไปเรื่อยๆ
วัตถุที่เคลื่อนที่มีจะรักษาสภาวะการเคลื่อนที่เอาไว้
วัตถุที่หยุดนิ่งก็จะรักษาสภาวะที่หยุดนิ่งต่อไป
นี่คือกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันข้อที่ 1
นักฟิสิกส์เรียกมันเท่ๆว่า กฎของความเฉื่อย (Law of Inertia)
โดยธรรมชาติแล้ว วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ จะไม่เพิ่ม/ลดความเร็ว หรือเปลี่ยนทิศทางเอง
โดยคุณต้องเอาชนะแรงเฉื่อยนี่เอง ในการทำให้จักรยานคุณแล่น
ทีนี้คุณรู้แล้วนะว่าคุณต้องเอาชนะแรงเฉื่อย เพื่อทำให้จักรยานแล่นได้
แต่อะไรที่ทำให้คุณเอาชนะแรงเฉื่อยได้ล่ะ?
คำตอบถูกอธิบายโดย กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันข้อที่ 2
ซิ่งกล่าวไว้ในรูปของสมการคณิตศาสตร์ว่า
แรงเป็นผลมาจาก มวลคูณกับความเร่ง
การทำให้วัตถุเกิดความเร่ง หรือเพิ่มความเร็ว
คุณต้องออกแรง
ยิ่งออกแรงมากเท่าไร
ความเร่งก็มากขึ้นเท่านั้น และยิ่งมวลของรถจักรยานมีมากเท่าไร
ซึ่งรวมถึงมวลตัวคุณด้วย
ก็ยิ่งต้องออกแรงมากขึ้น ในการทำให้เกิดความเร่งที่อัตราเดียวกัน
นี่จึงเป็นเหตุผลว่า ทำไมจักรยานหนัก 10,000ปอนด์จึงถีบได้ยากนัก
ซึ่งแรงจากขาคุณตอนที่ถีบบันไดจักรยานนี่แหละ
ที่ทำให้คุณเอาชนะแรงเฉื่อยของนิวตันได้
เกียร์ยิ่งหนักมากเท่าไร แรงที่ออกก็ยิ่งมากเท่านั้น
และก็ยิ่งออกตัวเร็วขึ้นเช่นกัน
ทีนี้ก็มาดูคำถามสุดท้าย:
เมื่อคุณถีบจักรยาน
ทำไมมันถึงแล่นไปข้างหน้า?
จากกฎการเคลื่อนที่ข้อ3ของนิวตัน สำหรับทุกแรงกิริยา (action)
ก็จะเกิดแรงปฏิกิริยา(reaction)ที่มีขนาดเท่ากัน ในทิศตรงกันข้าม
เพื่อให้เข้าใจ ลองนึกถึงเวลาคุณปล่อยลูกบอลตกลงมา
ขณะที่บอลกระทบกับพื้น
มันทำให้เกิดแรงกระทำต่อพื้น(ทิศลง)
นี่คือแรงกิริยา
ส่วนพื้นก็จะตอบสนองโดยการ ผลักบอลกลับด้วยแรงเท่ากัน
แต่ในทิศตรงกันข้าม(ทิศขึ้น)
ทำให้บอลกระเด้งกลับมาที่คุณ
แรงทั้งสองรวมกันทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า คู่แรงกิริยา/แรงปฏิกิริยา
เมื่อเอามามันใช้กับจักรยานคุณ มันจะยุ่งยากเล็กน้อย
โดยขณะที่ล้อจักรยานหมุนตามเข็มนาฬิกา
หน้ายางที่สัมผัสกับพื้น
ก็จะออกแรงผลักพื้นโลกไปทางข้างหลัง
หรือก็คือ แรงกิริยา ส่วนพื้นโลกจะออกแรงผลักไปข้างหน้า
กระทำต่อล้อแต่ละอัน หรือก็คือ แรงปฏิกิริยา
เพราะว่าจักรยานคุณมีสองล้อ ซึ่งแต่ละล้อก็จะเกิดคู่แรงกิริยา/ปฏิกิริยากับพื้นโลก
และเนื่องจากโลกนั้นมีขนาดใหญ่มากๆ
เมื่อเทียบกับจักรยาน โลกจึงแทบไม่ขยับ
จากแรงที่ล้อจักรยานผลักมันไปด้านหลัง
แต่เป็นคุณนั่นแหละ ที่เคลื่อนที่ไปข้างหน้า