การชั่งน้ำหนักและแรงกระทำในลิฟต์

การช่งั น้าหนักและแรงกระท้าในลิฟท์

การช่งั นา้ หนกั และแรงกระทา้ ในลิฟท์ผ้เู รียบเรียง นางสาวกฤติมา ชชั วาลรัตน์นางสาวพรรษมน สุขมากสนินายณัฏฐ์์ธรดล กลุ ธชั นภสั สริ ินางสาวกรองกาญจน์ ทองแสงนางสาวพิมพ์พชิ ญา ไชยเสโนนางสาวสจุ รรยา พยงุ ธรรรม

ค้าน้า หนงั สอื เรยี นรวู้ ชิ าฟิสกิ ส์ เรือ่ ง การชั่งน้าหนักและแรงกระทา้ ในลิฟท์ ส้าหรับนกั เรียนชันมัธยมศกึ ษาปที ่ี 4 นีสร้างขนึ มาเพอื่ ใชใ้ นการจัด การเรียนรู้รายวิชาฟิสิกส์ชันมัธยมศึกษาปีท่ี 4ภาคเรียนท่ี 1 เพื่อการสอนในห้องเรียนเป็นสา้ คัญ คณะผู้จัดท้าจึงได้ศึกษาค้นคว้าจาก ตา้ ราหลายเล่มและได้เรียบเรียง ขนึ ใหม่เพือ่ ใหเ้ หมาะสมกบั ผู้เรียนตามบริบทของ ผู้เรียน สามารถนา้ เอาความรู้ไปใช้อธิบายปรากฏฐการณบ์ างอย่างทเ่ี กดิ ขนึ ในชีวติ ได้ อย่างสมเหตผุ ล ขอขอบคณุ ผู้ท่มี ีสว่ นเกี่ยวขอ้ งทกุ ทา่ น ทใ่ี หค้ ้าแนะน้าปรกึ ษาอ้านวยความสะดวกและให้กา้ ลังใจในการจัดท้าชุดกิจกรรมการเรียนรวู้ ชิ าฟิสิกส์ สา้ เรจ็ ลุลว่ ง ด้วยดี ข้าพเจา้ หวงั เปน็ อยา่ งยิ่งวา่หนงั สอื วิชาฟิสกิ ส์ นี จะเอือประโยชน์ต่อครูผู้สอน นักเรยี น ซึง่ จะสง่ ผลใหก้ ารเรยี นการสอนบรรลุตาม วตั ถปุ ระสงคข์ องหลักสตู ร เพอื่ บงั เกิดผลต่อชุมชน สงั คม และประเทศชาตติ อ่ ไป คณะผู้จัดทา้

สารบัญ หนา้ เรอื่ ง 1 2แนวคดิ หลกั 5การดงึ มวลแนวดิ่งและการช่งั นา้ หนกั ในลฟิ ท์ 12ตัวอยา่ งการแก้โจทยป์ ัญหาบรรณานุกรม

1 แนวคิดหลัก 1. คา่ น้าหนกั ของวัตถทุ ่ีอา่ นจากตาช่ังสปรงิ จะเทา่ กบั คา่ แรงตึงเชือกในสปรงิหรอื แรงตึงในเสน้ เชอื ก(แรง ������ ) ทผ่ี ูกระหวา่ งวตั ถกุ ับสปริง โดยต้องใชส้ ปรงิ เบาค่านา้ หนกั ของวัตถทุ ่ีอา่ นได้จากตาชั่งสปริงจะเทา่ กับค่าแรงปฏฐิกิริยา (แรง ������ ) ทต่ี าช่ังสปรงิ กระท้าต่อวัตถุ 2. วัตถทุ ว่ี างอยู่ในลฟิ ท์ หรอื การช่ังน้าหนักวตั ถุโดยใช้ตาชั่งสปรงิ ในลิฟท์ ถ้าตอ้ งการหาแรงทก่ี รทา้ ต่อวตั ถใุ ห้ใสแ่ รงทก่ี ระท้าต่อวัตถนุ นั ใหค้ รบแล้วพจิ ารณาทิศ การเคลอ่ื นท่ีของวัตถุ โดยแรงใดมีทิศทางเดยี วกับการเคลอ่ื นท่ี ใหม้ ีคา่ เป็น บวก (+) ส่วนแรงใดทม่ี ที ศิ ทางตรงขา้ มกับทิศการเคลอ่ื นทใ่ี ห้ มีคา่ เปน็ ลบ (-) แล้วใช้กฎการ เคลอ่ื นทีข่ องนวิ ตนั แก้โจทย์ปัญหานนั

2 การดึงมวลแนวดิง่ และการชั่งนา้ หนกั ในลฟิ ท์ วัตถทุ ว่ี างอยู่ในลิฟท์ หรอื การชั่งนา้ หนกั วตั ถโุ ดยใช้ตาช่ังสปรงิ ในลฟิ ท์ จะมีแรงกระทา้ ตอ่ วัตถุ ซึง่ ในแตล่ ะสถานการณ์ จะมีค่าของนา้ หนกั ทอ่ี า่ นได้แตกต่างกันรูปท่ี 1 แสดงแรงที่กระทาต่อวตั ถใุ นลิฟท์ รูปท่ี 2 แสดงลงิ กาลงั ไต่เชือกหลักการแก้ปัญหา ถ้าต้องการหาแรงท่ีกระทาตอ่ วตั ถใุ ห้ใสแ่ รงท่ีกระทาต่อวตั ถนุ นั ้ ให้ครบ แล้วดกู ารเคล่อื นท่ี แรงใดมีทศิ ทางเดียวกบั ทิศการเคลื่อนท่ี ให้แรงนนั ้ เป็นบวก (+) และแรงใดมที ศิ สวนทางกบั ทิศการเคลือ่ นที่ให้แรงนนั ้ เป็นลบ (-) และใช้สมการ Σ F = ma หาความสมั พนั ธ์

3กรณีการดึงมวลขึนในแนวดิ่งเมื่อมวลอยนู่ ิ่ง หรือเคลือ่ นที่ด้วยความเร็วคงที(่ ���റ���= 0 )���റ��� = 0 ������ ∑���റ��� = m���റ��� m���റ��� ������ − m���റ��� = 0 ������ = m���റ���เมื่อมวลเคลือ่ นทีข่ ึนดว้ ยความเรง่ ( ���റ��� )���റ��� ������ ∑���റ��� = m���റ��� ������ − m���റ��� = m���റ���m���റ���เมื่อมวลเคลือ่ นทีล่ งดว้ ยความเร่ง( ���റ��� ) ������ ∑���റ��� = m���റ��� m���റ��� − ������ = m���റ��� ���റ��� m���റ���

4เมื่อมวลเคลื่อนที่ลงดว้ ยความหน่วง(���റ���) ������ ∑���റ��� = m���റ��� m���റ��� − ������ = m(−���റ���) -���റ��� m���റ���การพิจารณากรณีตา่ งๆ ➢ หากลฟิ ท์ขาดให้ ������ = 0 จะเปน็ การตกอสิ ระ ภายใตค้ ่า ���റ��� ➢ ถา้ ลิฟทเ์ คลอ่ื นทีล่ งดว้ ยความเร่ง ������ = ���റ��� ตาชั่งอา่ นนา้ หนกั ได้ เท่ากับ 0 (เสมือนไรน้ ้าหนกั ) ➢ หากเป็นการช่ังนา้ หนักในลฟิ ท์ ก็ใช้การค้านวณเหมอื นการดึงมวล เพียงแต่เปลย่ี น ค่าแรงดึงเชือก ������ เป็นค่าน้าหนักทอ่ี ่านได้จากตาช่ัง ������ เท่านนั

5ตวั อยา่ งการแกโ้ จทยป์ ัญหาการดึงมวลแนวดิง่ และการช่ังน้าหนักในลิฟท์1. ชายคนหน่ึงถือเชอื กเบา ผกู ติดกบั วตั ถมุ วล 2 กิโลกรัม ใหห้ าแรงตงึ เชือกทด่ี งึ วัตถุขนึ ด้วยความเรง่ 5 เมตรตอ่ วินาที2วิธที ้า ดงึ เชือกขนึ ดว้ ยความเร่ง 5 เมตร/วนิ าที2 ������ ���റ��� = 5 ������Τ������2จาก Σ F = ma T – mg = maT – (2×10) = (2×5)T = 10+20T = 30 N m���റ���ตอบ แรงทใ่ี ชด้ งึ เชอื กขนึ เท่ากับ 30 นวิ ตนั (ขอ้ สงั เกต เมื่อดึงวตั ถขุ นึ แรงดึงต้อง มากกว่านา้ หนักของมวลทด่ี ึงขนึ

62. สมหญงิ มีมวล 60 กิโลกรมั ยนื ชั่งนา้ หนักในลฟิ ท์ จงหาน้าหนักทอ่ี า่ นไดจ้ ากตาช่ังเมื่อ (ให้ g = 10 m/s2) ก. ลฟิ ท์อยู่น่ิง ข. ลิฟท์เคลอ่ื นทีข่ นดว้ ยความเร่ง 2 เมตร/วินาที2 ค. ลฟิ ท์เคลอ่ื นทีล่ งดว้ ยความเรง่ 2 เมตร/วินาที2 ง. ลิฟท์ขาดวธิ ที า้ เขยี นรูปใส่แรงกระท้าต่อสมหญิงแล้วดกู ารเคล่ือนทใ่ี นแต่ละกรณี แล้วใช้กฎการเคลอ่ื นท่ีของนวิ ตันแก้ปัญหาก. เมือ่ ลฟิ ทอ์ ยู่น่ิง (ไม่มีการเคลอ่ื นท)ี่ จาก Σ F = 0 N = mg = 60 × 10 ดังนนั N = 600 Nตอบ เมือ่ ลิฟทอ์ ยู่น่งิ อา่ นน้าหนักได้ 600 นิวตัน

7ข. ลฟิ ท์เคลอ่ื นทีข่ นึ ดว้ ยความเร่ง 2 เมตร/วนิ าที2จาก Σ F = ma N – mg = ma N– (60 × 10) = 60 × 2 N – 600 = 120 N = 120 + 600 ดงั นนั N = 720 Nตอบ เมื่อลฟิ ทเ์ คล่อื นทข่ี ึนอ่านนา้ หนกั ได้ 720 นวิ ตนั

8ค. ลิฟท์เคลอ่ื นทีล่ งดว้ ยความเร่ง 2 เมตร/วนิ าที2 จาก Σ F = ma mg – N = ma (60 × 10) – N = 60 × 2 600 – N = 120 N = 600 - 120 ดังนนั N = 480 Nตอบ เมื่อลฟิ ทเ์ คล่อื นทีลงอ่านน้าหนักได้ 480 นวิ ตันจาก

9ง. ลฟิ ท์ขาด (ลฟิ ท์จะเคลอ่ื นท่ีลงด้วยความเรง่ = 10 m/s2) จาก Σ F = ma mg – N = ma (60 × 10) –N = 60 × 10 600 –N = 600 N = 600 – 600 ดงั นนั N = 0 N ตอบ เมื่อลิฟท์ขาดอา่ นน้าหนักได้ 0 นวิ ตัน

103. ลิงตวั หน่งึ มีมวล 30 กิโลกรมั โหนเถาวลั ย์เบาอยู่ดังรูป เมื่อลงิ ตัวนีไตเ่ ชือกลงมา ด้วยความเรง่ 4 เมตร/วนิ าที2 จะมีแรงดึงเชอื กเท่าใด ( ให้ g = 10 m/s2 )วิธที า้ เขยี นรูปแลว้ ใสแ่ รงกระทา้ ให้ครบ กา้ หนดทศิ ทางการเคล่ือนท่ีของลงิ ใสท่ ศิ a ให้ถูกตอ้ ง แลว้ ใชสม้ การ Σ F = ma แก้ปญั หาจาก Σ F = ma mg – T = ma (30 × 10) – T = 30 × 4 300 – T = 120 T = 300 – 120 ดงั นนั T = 180 Nตอบ แรงดงึ เชอื ก เท่ากบั 180 นิวตัน

114. จากโจทย์ตัวอย่างขอ้ 2 ถ้าลงิ ไต่เชือกขนึดว้ ยความเร่ง 4 เมตร/วินาที 2 จะมีแรงดงึ เชือกเท่าใด ( ให้ g = 10 m/������2)วธิ ีทา้ เขยี นรปู แลว้ ใสแ่ รงกระท้าให้ครบแลว้ ใช้สมการ Σ F = ma แก้ปัญหา จาก Σ F = ma T– mg = ma T– (30 ×10) = 30 × 4 T – 300 = 120 T = 300 + 120 ดังนนั T = 420 Nตอบ แรงดงึ เชือก เท่ากบั 420 นิวตนั

12 บรรณานุกรมชว่ ง ทมทิตชงคแ์ ละคณะ. (มปป.). คมู่ ือเตรยี มสอบฟิสกิ ส์ ม.4-6 สาระการเรยี นรู้ พนื ์านและเพิ่มเติม กลุ่มสาระการเรยี นรวู้ ิทยาศาสตร์. กรงุ เทพฯ : ไฮเอ็ด พับลชิ ชิ่ง จ้ากัด.นรนิ ทร์ เนาวประทีป. (2546). ส่อื เสริมสาระการเรยี นรวู้ ทิ ยาศาสตร์ ม.4 – 6. กรงุ เทพฯ : ฟิสกิ สเ์ ซ็นต์เตอร์นิรนั ดร์ สวุ รตั น.์ (มปป.). คมู่ ือสาระการเรียนรพู้ ืน์านและเพิม่ เตมิ กลุ่มสาระการ เรยี นรวู้ ทิ ยาศาสตร์ ฟิสกิ สม์ . 4 กลศาสตร์ 1. กรงุ เทพฯ : ส้านกั พมิ พ์พัฒนา ศกึ ษา.ศึกษาธกิ าร, กระทรวง. (2549). หนงั สือเรียนสาระการเรียนรพู้ ืน์านและเพมิ่ เติม ฟิสกิ ส์ เล่ม 1 กลุ่มสาระการเรยี นรวู้ ทิ ยาศาสตร์ ชันมธั ยมศกึ ษาปที ่ี 4 ตาม หลักสตู รการศึกษาขนั พืน์าน พุทธศักราช 2544. กรงุ เทพฯ : โรงพิมพ์คุรุ สภาลาดพร้าว. . (2553). หนังสือเรียนสาระการเรียนรพู้ ืน์านและเพมิ่ เติม ฟิสกิ ส์ เล่ม 1 กลุ่มสาระการเรยี นรวู้ ทิ ยาศาสตร์ ชันมธั ยมศกึ ษาปที ่ี 4 ตาม หลกั สตู รการศกึ ษาขนั พืน์าน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์ครุ ุ สภาลาดพร้าว.มหาวิทยาลยั เทคโนโลยีราชมงคล. (มปป.). กฎการเคลอ่ื นทข่ี องนิวตนั . (ออนไลน)์ . แหลง่ ทม่ี า :www. rmutphysics.com/physics 1/ My Webs/ Chap4/ Chap4- IE/index.htm. (สบื คน้ เมือ่ วนั ที่ 25 พฤศจกิ ายน 2555)อดชิ าต บว้ นกยี าพันธ์ุ. (มปป.). ฉบบั พิชิตข้อสอบ O-NET, A-NET ฟิสิกส์ ม. 4- 6. กรงุ เทพฯ :บริษทั ภมู ิบัณฑิตการพิมพ์ จ้ากัด