วันอาทิตย์ที่ 9 สิงหาคม พ.ศ. 2552

แรงและการเคลื่อนที่

แรงและการเคลื่อนที่

1. เวกเตอร์ของแรง

แรง (force) หมายถึง สิ่งที่สามารถทำให้วัตถุที่อยู่นิ่งเคลื่อนที่หรือทำให้วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่มีความเร็วเพิ่มขึ้นหรือช้าลง หรือเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุได้

ปริมาณทางฟิสิกส์ มี 2 ชนิด คือ 1. ปริมาณเวกเตอร์ (vector quality) หมายถึง ปริมาณที่มีทั้งขนาดและทิศทาง เช่น แรง ความเร็ว ความเร่ง โมเมนต์ โมเมนตัม น้ำหนัก เป็นต้น 2. ปริมาณสเกลาร์ (scalar quality) หมายถึง ปริมาณที่มีแต่ขนาดอย่างเดียว ไม่มีทิศทาง เช่น เวลา พลังงาน ความยาว อุณหภูมิ เวลา พื้นที่ ปริมาตร อัตราเร็ว เป็นต้น

2. การเคลื่อนที่ในหนึ่งมิติ

2.1 การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง แบ่งเป็น 2 แบบ คือ

1. การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงที่ไปทิศทางเดียวกันตลอด เช่น โยนวัตถุขึ้นไปตรงๆ รถยนต์ กำลังเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง

2. การเคลื่อนที่ในแนวเส้นเส้นตรง แต่มีการเคลื่อนที่กลับทิศด้วย เช่น รถแล่นไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง เมื่อรถมีการเลี้ยวกลับทิศทาง ทำให้ทิศทางในการเคลื่อนที่ตรงข้ามกัน

2.2 อัตราเร็ว ความเร่ง และความหน่วงในการเคลื่อนที่ของวัตถุ

1. อัตราเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุ คือระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ใน 1 หน่วยเวลา

2. ความเร่งในการเคลื่อนที่ หมายถึง ความเร็วที่เพิ่มขึ้นใน 1 หน่วยเวลา เช่น วัตถุตกลงมาจากที่สูงในแนวดิ่ง

3. ความหน่วงในการเคลื่อนที่ของวัตถุ หมายถึง ความเร็วที่ลดลงใน 1 หน่วยเวลา เช่น โยนวัตถุขึ้นตรงๆ ไปในท้องฟ้า

3. การเคลื่อนที่แบบต่างๆ ในชีวิตประจำวัน

3.1 การเคลื่อนที่แบบวงกลม หมายถึง การเคลื่อนที่ของวัตถุเป็นวงกลมรอบศูนย์กลาง เกิดขึ้นเนื่องจากวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่จะเดินทางเป็นเส้นตรงเสมอ แต่ขณะนั้นมีแรงดึงวัตถุเข้าสู่ศูนย์กลางของวงกลม เรียกว่า แรงเข้าสู่ศูนย์กลางการเคลื่อนที่ จึงทำให้วัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบศูนย์กลาง เช่น การโคจรของดวงจันทร์รอบโลก

3.2 การเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวราบ เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุขนานกับพื้นโลก เช่น รถยนต์ที่กำลังแล่นอยู่บนถนน

3.3 การเคลื่อนที่แนววิถีโค้ง เป็นการเคลื่อนที่ผสมระหว่างการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งและในแนวราบ


กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน นิวตัน ได้สรุปหลักการเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุทั้งที่อยู่ในสภาพอยู่นิ่งและในสภาพเคลื่อนที่ ดังนี้
กฎข้อที่ 1 วัตถุถ้าหากว่ามีสภาพหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่ มันยังจะคงสภาพเช่นนี้ต่อไป หากไม่มีแรงที่ไม่สมดุลจากภายนอกมากระทำ
กฎข้อที่ 2 ถ้าหากมีแรงที่ไม่สมดุลจากภายนอกมากระทำต่อวัตถุ แรงที่ไม่สมดุลนั้นจะเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงโมเมนต์ตัมเชิงเส้นของวัตถุ
กฎข้อที่ 3 ทุกแรงกริยาที่กระทำ จะมีแรงปฏิกิริยาที่มีขนาดที่เท่ากันแต่มีทิศทางตรงกันข้ามกระทำตอบเสมอ
กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 และข้อที่ 3 เราได้ใช้ในการศึกษาในวิชาสถิตยศาสตร์ มาแล้วสำหรับในการศึกษาพลศาสตร์ เราจึงสนใจในกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองมากกว่า


แรงในแบบต่างๆ

1. ชนิดของแรง

1.1 แรงย่อย คือ แรงที่เป็นส่วนประกอบของแรงลัพธ์
1.2 แรงลัพธ์ คือ แรงรวมซึ่งเป็นผลรวมของแรงย่อย ซึ่งจะต้องเป็นการรวมกันแบบปริมาณเวกเตอร์
1.3 แรงขนาน คือ แรงที่ที่มีทิศทางขนานกัน ซึ่งอาจกระทำที่จุดเดียวกันหรือต่างจุดกันก็ได้ มีอยู่ 2 ชนิด
- แรงขนานพวกเดียวกัน หมายถึง แรงขนานที่มีทิศทางไปทางเดียวกัน
- แรงขนานต่างพวกกัน หมายถึง แรงขนานที่มีทิศทางตรงข้ามกัน
1.4 แรงหมุน หมายถึง แรงที่กระทำต่อวัตถุ ทำให้วัตถุเคลื่อนที่โดยหมุนรอบจุดหมุน ผลของการหมุนของ เรียกว่า โมเมนต์ เช่น การปิด-เปิด ประตูหน้าต่าง
1.5 แรงคู่ควบ คือ แรงขนานต่างพวกกันคู่หนึ่งที่มีขนาดเท่ากัน แรงลัพธ์มีค่าเป็นศูนย์ และวัตถุที่ถูกแรงคู่ควบกระทำ 1 คู่กระทำ จะไม่อยู่นิ่งแต่จะเกิดแรงหมุน
1.6 แรงดึง คือ แรงที่เกิดจากการเกร็งตัวเพื่อต่อต้านแรงกระทำของวัตถุ เป็นแรงที่เกิดในวัตถุที่ลักษณะยาวๆ เช่น เส้นเชือก เส้นลวด
1.7 แรงสู่ศูนย์กลาง หมายถึง แรงที่มีทิศเข้าสู่ศูนย์กลางของวงกลมหรือทรงกลมอันหนึ่งๆ เสมอ
1.8 แรงต้าน คือ แรงที่มีทิศทางต่อต้านการเคลื่อนที่หรือทิศทางตรงข้ามกับแรงที่พยายามจะทำให้วัตถุเกิดการเคลื่อนที่ เช่น แรงต้านของอากาศ แรงเสียดทาน
1.9 แรงโน้มถ่วงของโลก คือ แรงดึงดูดที่มวลของโลกกระทำกับมวลของวัตถุ เพื่อดึงดูดวัตถุนั้นเข้าสู่ศูนย์กลางของโลก
- น้ำหนักของวัตถุ เกิดจากความเร่งเนื่องจากความโน้มถ่วงของโลกมากกระทำต่อวัตถุ
1.10 แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา
- แรงกิริยา คือ แรงที่กระทำต่อวัตถุที่จุดจุดหนึ่ง อาจเป็นแรงเพียงแรงเดียวหรือแรงลัพธ์ของแรงย่อยก็ได้
- แรงปฏิกิริยา คือ แรงที่กระทำตอบโต้ต่อแรงกิริยาที่จุดเดียวกัน โดยมีขนาดเท่ากับแรงกิริยา แต่ทิศทางของแรงทั้งสองจะตรงข้ามกัน

2. แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยากับการเคลื่อนที่ของวัตถุ

2.1 วัตถุเคลื่อนที่ด้วยแรงกิริยา เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุตามแรงที่กระทำ เช่น การขว้างลูกหินออกไป

2.2 วัตถุเคลื่อนที่ด้วยแรงปฏิกิริยา เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุเนื่องจากมีแรงขับดันวัตถุให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม เช่น การเคลื่อนที่ของจรวด

แบบทดสอบ

1) ข้อใดเป็นปริมาณเวกเตอร์ทั้งหมด
ก. แรง ความเร็ว น้ำหนัก ข. โมเมนต์ ความยาว ความเร็ว ค. น้ำหนัก มวล ความหนาแน่น ง. แรง ความยาว มวล


2) ปริมาณในข้อใดที่ทำให้วัตถุเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่
ก. มวล ข. น้ำหนัก ค. แรง ง. ปริมาตร


3) เดินออกจากบ้านไปทางทิศเหนือ 40 เมตร แล้วเดินไปทางทิศตะวันออกอีก 30 เมตรถึงตลาด อยากทราบว่าระยะทางตรงจากบ้านถึงตลาดมีค่าเท่าไร และอยู่ในทิศใด
ก. 50 เมตร ทิศตะวันออกเฉียงเหนือ ข. 50 เมตร ทิศตะวันตกเฉียงใต้ ค. 70 เมตร ทิศตะวันตกเฉียงเหนือ


ง. 70 เมตร ทิศตะวันออกเฉียงใต้


4) การที่เราทุบโต๊ะอย่างแรง ทำให้มือเราเจ็บ เป็นเพราะกฎข้อใดของนิวตัน
ก. กฎข้อที่ 1 ข. กฎข้อที่ 2 ค. กฎข้อที่ 3 ง. กฎข้อที่ 4


5) เมื่อผลักวัตถุให้เคลื่อนที่บนพื้นที่ขรุขระ ลักษณะวัตถุเคลื่อนที่ช้าลงเป็นเพราะแรงชนิดใด
ก. แรงลัพธ์ ข. แรงเสียดทาน ค. แรงกิริยา ง. แรงปฏิกิริยา


6). สัมประสิทธ์ความเสียดทาน เกิดจากอัตราส่วนระหว่างแรงชนิดใด
ก. แรงกิริยากับแรงปฏิกิริยา ข. แรงเสียดทานกับแรงพื้นที่กระทำต่อวัตถุ ค. แรงดึงวัตถุให้เคลื่อนที่กับแรงเสียดทาน ง. แรงลัพธ์กับแรงปฏิกิริยา


7). แรงเสียดทานจะมีค่ามากหรือน้อยไม่ขึ้นกับสิ่งใด

ก. น้ำหนักของวัตถุ ข. ลักษณะของผิวสัมผัส ค. ชนิดของผิวสัมผัส ง. ความเร็วของวัตถุ


8). ข้อใดคือข้อแตกต่างระหว่างความเร็วกับอัตราเร็ว

ก. อัตราเร็วเป็นปริมาณสเกลาร์ ความเร็วเป็นปริมาณเวกเตอร์ ข. อัตราเร็วเป็นปริมาณเวกเตอร์ ความเร็วเป็นปริมาณสเกลาร์
ค. อัตราเร็วเกิดจากระยะทางต่อเวลา ส่วนความเร็วเกิดจากการกระจัดต่อเวลา ง. ข้อ 1 และข้อ 3


9). ข้อใดเป็นลักษณะการเคลื่อนที่ในแนววิถีโค้ง

ก. เด็กลื่นลงจากไม้ลื่น ข. เครื่องร่อนกำลังร่อนลง ค. ลูกบาสกำลังลอยเข้าห่วง ง. เครื่องบินกำลังบินขึ้น


10). ในการยิงวัตถุให้เคลื่อนที่แบบโพรเจกโทล์ ถ้าต้องการให้วัตถุเคลื่อนที่ได้ระยะทางในแนวราบไกลที่สุด วัตถุจะต้องเอียงทำมุมเทาไรกับแนวราบ

ก. 30 องศา ข. 45 องศา ค. 60 องศา ง. 75 องศา












1 ความคิดเห็น:

  1. เนื้อหาใช้ได้

    มีแบบฝึกหัดพร้อม

    แต่....น่าจะมีรูปภาพประกอบด้วย

    น่าจะทำให้น่าสนใจมากขึ้น

    ตอบลบ