สรุปเนื้อหา แรงและกฏการเคลื่อนที่ คืออะไร
แรง (Force, F) คือ สิ่งที่กระทำต่อวัตถุ แล้วทําให้วัตถุเปลี่ยนแปลงจากสภาพเดิม โดยอาจจะสัมผัสกับวัตถุหรือไม่สัมผัสวัตถุก็ได้ แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ มีทั้งขนาดและทิศทาง หน่วยของแรง คือ นิวตัน ( N ) ซึ่งแรงมีหลายชนิด ได้แก่
- แรงดึง ที่ทำให้วัตถุยืดออกหรือแยกจากกัน
- แรงอัดหรือแรงกด ที่ทำให้วัตถุถูกบีบตัว
- แรงบิด ที่ทำให้วุตถุบิดเป็นเกลียว
- แรงเฉือน ที่ทำให้วัตถุขนานกับแรงที่กระทำ
ซึ่งผลของแรงเมื่อกระทำต่อวัตถุจะเปลี่ยนสภาพนิ่ง ให้การเป็นเคลื่อนที่ไดเและมีความเร็ว ทำให้สิ่งที่กำลังเคลื่อนที่ เปลี่ยนทิศทางและเปลี่ยนอัตราเร็ว หรืออาจะเปลี่ยนสภาพรูปร่างไป
หมายเหตุ :
- แรงที่กระทำไปในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ จะทำให้วัตถุมีความเร็วเพิ่มขึ้น
- แรงที่กระทำไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ จะทำให้วัตถุมีความเร็วลดลง
แรงลัพธ์คืออะไร มีวิธีการหายังไงบ้าง
แรงลัพธ์ คือ การรวมหรือผลบวกของแรงย่อยทั้งหมด มีขนาดจากจุดเริ่มต้นถึงหัวลูกศรของแรงสุดท้าย และมีทิศจากจุดเริ่มต้นถึงจุดสุดท้าย การหาแรงลัพธ์สามารถทำได้ 2 วิธี ได้แก่
มวล แรง และกฎการเคลื่อนที่
มวล ( mass ; m ) ของวัตถุ คือ ปริมาณที่บอกให้ทราบว่าวัตถุใดมีความเฉื่อยมากหรือน้อย มีหน่วยเป็นกิโลกรัม ( kg )
นํ้าหนัก ( Weight ; W) ของวัตถุ คือ แรงที่โลกดึงดูดวัตถุ และทิศลงในแนวดิ่ง มีหน่วยเป็นนิวตัน (N) โดยการคำนวณน้ำหนัก สามารถหาได้จากสูตร
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันเกี่ยวกับแรงทำกระทำต่อวัตถุ การพิจารณาจะได้จากกฎของนิวตัน 3 ข้อ ได้แก่
1. การเคลื่อนที่ ข้อที่ 1 ของนิวตัน
“ถ้าแรงลัพธ์กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์ วัตถุนั้นจะคงสภาพอยู่นิ่ง หรือสภาพเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ในแนวเส้นตรง นั่นคือ วัตถุจะไม่เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่”
∑F = 0
สำหรับกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 ของนิวตัน มีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า กฎแห่งความแห่งความเฉื่อย (Law of Inertia) ซึ่งเป็นกฎที่ใช้อธิบายกฎการเคลื่อนที่ข้อ 1 จากคุณสมบัติที่ใช้ต้านต่อการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุนั่นเอง
หมายเหตุ กฎข้อที่ 1 ของนิวตันก็คือ กฎแห่งการดุลต่อการเลื่อนตำแหน่งนั่น มักจะถูกใช้ต่อไปในเรื่องสมดุลนั่นเอง
2. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 2 ของนิวตัน
“ถ้ามีแรงลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์มากระทำต่อวัตถุจะทำให้วัตถุนั้นเคลื่อนที่ด้วยความเร่งซึ่งมีทิศเดียวกับแรงลัพธ์ที่มากระทำขนาดความเร่งนี้จะแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์และแปรผกผันกับมวลของวัตถุ”
∑F = ma
3. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3 ของนิวตัน
“ถ้าแรงกิริยา (Action Force) กระทำต่อวัตถุย่อมทำให้เกิดแรงปฏิกิริยา (Reaction Force) ขึ้นโดยมีขนาดเท่ากับกิริยาแต่มีทิศตรงกันข้าม”
F action = F reaction
ทุกครั้งที่วัตถุสิ่งหนึ่งออกแรงกระทำต่อวัตถุอีกสิ่งหนึ่งวัตถุที่ถูกกระทำออกแรงโต้ตอบเสมอ เช่น ถ้าเรายืนอยู่บนสเก็ตแล้วใช้มือดันกำแพงกำแพงจะออกแรงผลักมือเราในทิศตรงกันข้ามทำให้เราเคลื่อนที่ถอยหลัง โดย
- แรงที่มากระทำต่อวัตถุเรียกว่าแรงกิริยา (Action Force)
- แรงที่โต้ตอบกับเราเรียกว่าแรงปฏิกิริยา (Reaction Force)
- ทั้งคู่รวมเรียกว่าแรงคู่กิริยา-ปฏิกิริยา
หมายเหตุ :
- แรงคู่กิริยา-ปฏิกิริยา จะเกิดได้ทั้งกรณีที่วัตถุสัมผัสกัน หรือไม่สัมผัสกันก็ได้
- แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยากระทำต่อวัตถุคนละก้อน เราจะหาลัพธ์ของแรงทั้งสองไม่ได้
- แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยามีขนาดเท่ากันเสมอ ไม่ว่าระบบจะอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ก็ตาม
แรงเสียดทาน (Friction)
แรงเสียดทาน คือ แรงที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัส 2 ผิว พยายามต่อต้านไม่ให้ผิวทั้งสองเคลื่อนที่ผ่านกัน แรงเสียดทานมีผลต่อการเคลื่อนที่ คือ พยายามต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ ค่าของแรงเสียดทานจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะของผิวสัมผัส แรงกดวัตถุลงบนพื้นสัมผัส และชนิดของวัตถุที่สัมผัส
แรงเสียดทาน แบ่งเป็น 2 ชนิด ได้แก่
- แรงเสียดทานสถิต เป็นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในขณะที่วัตถุอยู่นิ่งจนถึงเริ่มต้นเคลื่อนที่
- แรงเสียดทานจลน์ เป็นแรงเสียดทานขณะวัตถุกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว ซึ่งจะมีค่าน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิต
สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน คืออะไร
สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน คือ อัตราส่วนของแรงเสียดทานต่อแรงปฏิกิริยาในแนว ตั้งฉากจากนิยามของสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน โดยแบ่งออกเป็น 2 ชนิด ได้แก่
- สัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิต คือ อัตราส่วนของแรงเสียดทานสถิตต่อแรงปฎิกิริยาในแนวตั้งฉาก
- สัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ คือ อัตราส่วนของแรงเสียดทานจลน์ต่อแรงปฏิกิริยาในแนวตั้งฉาก
ตัวอย่างข้อสอบเรื่อง แรงและกฏการเคลื่อนที่
1. วัตถุอยู่ในสภาพนิ่ง เมื่อออกแรง 2 นิวตัน กระทำในแนวขนานกับพื้นราบเป็นเวลานาน 3 วินาที วัตถุก้อนนี้เคลื่อนไปได้ไกล 27 เมตร มวลของวัตถุเป็นเท่าใด
ก. 0.33 kg
ข. 0.66 kg
ค. 3.33 kg
ง. 6.66 kg
2. เมื่อตกต้นไม้ลงมากระทบพื้นจะรู้สึกเจ็บ เหตุที่เจ็บอธิบายได้ด้วยกฎทางฟิสิกส์ข้อใด
ก. กฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน
ข. กฎข้อที่สองของนิวตัน
ค. กฎข้อที่สามของนิวตัน
ง. กฎแรงดึงดูดระหว่างมวลของนิวตัน
3. เมื่อเชื้อเพลิงของจรวดถูกเผาไหม้แล้วพ่นแก๊สออกไปทําให้เกิดแรงขับเคลื่อนจรวดคงตัว ความเร่งของจรวดจะเป็นอย่างไร
ก. มีขนาดลดลง เพราะเชื้อเพลิงเหลือน้อยลง
ข. มีขนาดมากขึ้น เพราะนํ้าหนักของจรวดลดลง
ค. มีขนาดเป็นศูนย์ เพราะแรงขับดันคงตัวทําให้ความเร็วคงที่
ง. มีขนาดคงตัว เพราะแรงขับดันคงตัวตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 2 ของนิวตัน
4. วางลังไม้บนกระบะรถบรรทุกที่หยุดนิ่ง ถ้ารถบรรทุกออกตัวด้วความเร่งมากกว่า 7 เมตร/(วินาที)2 ไปตามถนนราบ จะทําให้ลังไม้เริ่มไถลพอดี สัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิตระหว่างลังไม้กับกระบะรถบรรทุกมีค่าเท่าใด
ก. 0.5
ข. 0.6
ค. 0.64
ง. 0.7
5. ข้อใดต่อไปนี้สรุปเกี่ยวกับแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสคู่หนึ่งได้ถูกต้อง
ก. สัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิตมากกว่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์เสมอ
ข. แรงเสียดทานสถิตมีขนาดมากกว่าแรงเสียดทานจลน์เสมอ
ค. แรงเสียดทานสถิตมีขนาดน้อยกว่าแรงเสียดทานจลน์เสมอ
ง. มีคําตอบถูกมากกว่า 1 ข้อ
