Physics

ฟิ สิกส์ 1 (Physics I) เรียบเรียงโดย ศักดเิ ดช สังคพฒั น์ ศิริพร จรรยา ภาควชิ าวยิ าศาสตร์และเทคโนโลยี คณะศิลปศาสตร์และวทิ ยาศาสตร์ มหาวทิ ยาลยั กาฬสินธ์ุ (นามน)

คาํ นํา หนงั สือเล่มนีเป็นการเรียบรียงเอกสารทีใชส้ าํ หรับการสอนวิชาฟิ สิกส์ 1 สาํ หรับนกั ศึกษา คณะวิชาครุศาสตร์ วิชาเอกวิทยาศาสตร์ทวั ไป และนกั ศึกษาคณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ สาขาวิชาสิงแวดลอ้ ม และสาขาวิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์ ซึงเนือหาสาระมีทังหมด 10 บท อนั ประกอบไปด้วย เวกเตอร์ แรงและการเคลือนที โมเมนตัมและพลงั งาน ระบบอนุภาค การเคลือนทีของวตั ถแุ ข็งเกร็ง การเคลือนทีแบบออสซิลเลต สมบตั ิเชิงกลของสสาร กลศาสตร์ของไหล ความร้อนและเทอร์โมไดนามิกส์ และบทสุดทา้ ยคือ คลนื และคลนื เสียง ผเู้ รียบเรียงขอขอบพระคุณผแู้ ต่งหนงั สือทางฟิ สิกส์ทีผเู้ รียบเรียงอา้ งไวใ้ นเลม่ และทา้ ยเลม่ และหากท่านผอู้ ่านหรือศึกษาจากหนังสือนีพบขอ้ บกพร่องใด ๆ ก็ตาม ขอความกรุณาแจง้ ต่อ ผเู้ รียบเรียงดว้ ย จกั ขอบพระคุณ เป็ นอย่างสูง และผเู้ รียบเรียงหวงั ว่าตาํ รานีจะช่วยใหน้ ักศึกษา ไดเ้ ขา้ ใจและรู้หลกั การทางฟิ สิกส์อยา่ งมคี ุณภาพ ศกั ดิเดช สงั คพฒั น์ ศริ ิพร จรรยา ธนั วาคม 2559

สารบญั หน้า เรือง 1 1 บทที 1 เวกเตอร์ 1 บทนาํ 1 1.1 พีชคณิตของเวกเตอร์ 1 1.1.1 ปริมาณสเกลาร์ 3 1.1.2 ปริมาณเวกเตอร์ 4 1.1.3 องคป์ ระกอบของเวกเตอร์ 5 1.2 การรวมเวกเตอร์ 9 1.2.1 การคณู เวกเตอร์ดว้ ยสเกลาร์ 9 1.2.2 การหาเวกเตอร์ลพั ธโ์ ดยการสร้างรูป 10 1.2.3 การหาเวกเตอร์ลพั ธโ์ ดยการคาํ นวณและการแยกเวกเตอร์ 10 1.3 การคณู เวกเตอร์ 14 1.3.1 ผลคูณสเกลาร์ 18 1.3.2 ผลคูณเวกเตอร์ 19 แบบฝึ กหดั 19 19 บทที 2 แรงและการเคลือนที 20 บทนาํ 20 2.1 จลน์ศาสตร์ของการเคลือนที 22 2.1.1 เวกเตอร์บอกตาํ แหน่ง 23 2.1.2 ความเร็ว 29 2.1.3 ความเร่ง 33 2.1.4 สมการการเคลือนที 39 2.2 กฎการการเคลือนทีของนิวตนั 45 2.2.1 การประยกุ ตก์ ฎการเคลือนทีของนิวตนั 54 2.2.2 การเคลอื นทีในสนามสมาํ เสมอ 57 2.2.3 การเคลอื นทีบนเสน้ โคง้ 2.3 การเคลอื นทีสมั พทั ธ์ แบบฝึ กหดั

เรือง หน้า บทที 3 โมเมนตมั และพลงั งาน 60 บทนาํ 60 3.1 โมเมนตมั 60 3.1.1 ทฤษฎีการดล-โมเมนตมั 61 3.1.2 หลกั การคงตวั ของโมเมนตมั 63 3.2 งาน 67 3.2.1 งานเนืองจากแรงไมค่ งที 68 3.2.2 งานเนืองจากแรงคงที 69 3.2.3 กาํ ลงั 70 3.3 พลงั งาน 72 3.3.1 พลงั งานจลน์ 73 3.3.2 พลงั งานศกั ย์ 74 3.3.3 แรงอนุรักษแ์ ละแรงไม่อนุรักษ์ 80 3.3.4 หลกั การคงตวั ของพลงั งาน 83 แบบฝึ กหดั 87 บทที 4 ระบบอนุภาค 90 บทนาํ 90 4.1 จุดศนู ยก์ ลางมวล 90 4.1.1 การเคลือนทีของจุดศนู ยก์ ลางมวลของระบบอนุภาคของระบบโดดเดียว 97 4.1.2 การเคลอื นทีของจุดศนู ยก์ ลางมวลของระบบอนุภาค ทีมแี รงภายนอกกระทาํ 96 4.1.3 มวลลดทอน 99 4.2 โมเมนตมั และพลงั งานของระบบอนุภาค 102 4.2.1 โมเมนตมั เชิงมมุ ของระบบอนุภาค 105 4.2.2 พลงั งานจลนข์ องระบบอนุภาค 111 แบบฝึ กหดั 121

เรือง หน้า บทที 5 การเคลอื นทีของวตั ถแุ ขง็ เกร็ง 123 บทนาํ 123 5.1 วตั ถแุ ข็งเกร็ง 123 5.1.1 จุดศนู ยก์ ลางมวลของวตั ถแุ ข็งเกร็ง 124 5.1.2 โมเมนตมั เชิงมุมของวตั ถแุ ขง็ เกร็ง 126 5.2 โมเมนตค์ วามเฉือย 131 5.2.1 ทฤษฎีแกนขนานและแกนตงั ฉาก 133 5.2.2 สมการการหมนุ ของวตั ถุแขง็ เกร็ง 137 5.2.3 พลงั งานจลนข์ องการหมนุ ของวตั ถแุ ข็งเกร็ง 139 5.2.4 หลกั การคงตวั ของโมเมนตมั เชิงมุม 145 5.2.5 สมดุลของวตั ถุแขง็ เกร็ง 152 แบบฝึ กหดั 155 158 บทที 6 การเคลอื นทีแบบออสซิลเลต 158 บทนาํ 158 6.1 การเคลอื นทีแบบ SHM 162 6.1.1 แรงและพลงั งานของการเคลอื นทีแบบ SHM 166 6.1.2 การเคลือนทีของมวลตดิ สปริงและลกู ตุม้ นาฬกิ าอยา่ งง่าย 173 6.2 หลกั การรวมกนั การเคลือนทีแบบ SHM 181 6.2.1 การออสซิลเลตแบบแอนฮาร์โมนิก 182 6.2.2 การออสซิลเลตแบบแดมพ์ 185 6.2.3 การออสซิลเลตเมือมีแรงกระทาํ 189 แบบฝึ กหดั 193 193 บทที 7 สมบตั ิเชิงกลของสสาร 193 บทนาํ 194 7.1 สถานะของสสาร 195 7.1.1 ความหนาแน่น 7.1.2 ความถว่ งจาํ เพาะ

เรือง หน้า 7.2 ความเคน้ ความเครียด และโมดูลสั 197 7.2.1 ความเคน้ ความเครียด และโมดลู สั เชิงปริมาตร 201 7.2.2 ความเคน้ เฉือนและความเครียดเฉือน 204 7.2.3 สภาพยดื หยนุ่ และสภาพพลาสติก 205 208 แบบฝึ กหดั 210 บทที 8 กลศาสตร์ของไหล 210 210 บทนาํ 210 8.1 สถิตศาสตร์ของของไหล 217 219 8.1.1 ความดนั ของของไหลและกฎของปาสคาล 225 8.1.2 แรงลอยตวั และหลกั ของอาร์คิมดี ิส 225 8.1.3 ความตึงผวิ 228 8.2 พลศาสตร์ของของไหล 230 8.2.1 ความหนืด 237 8.2.2 สมการต่อเนือง 241 8.2.3 สมการเบอร์นูลี 241 แบบฝึ กหดั 241 บทที 9 ความร้อนและเทอร์โมไดนามิกส์ 242 บทนาํ 247 9.1 อณุ หภูมิและความร้อน 254 9.1.1 การขยายตวั ตามอุณหภมู ิ 255 9.1.2 การส่งผา่ นความร้อน 258 9.2 กฎของกา๊ ซ 266 9.2.1 กฎของบอยลแ์ ละกฎของชาร์ล 266 9.2.2 ทฤษฎีจลนข์ องกา๊ ซ 278 9.3 กฎของเทอร์โมไดนามกิ ส์ 282 9.3.1 กฎขอ้ ทีหนึงของเทอร์โมไดนามกิ ส์ 9.3.2 กฎขอ้ ทีสองของเทอร์โมไดนามกิ ส์ 9.3.3 วฏั จกั รคาร์โนต์

เรือง หน้า แบบฝึ กหดั 287 บทที 10 คลืนและคลืนเสียง 289 289 บทนาํ 289 10.1 คลนื 290 300 10.1.1 คลืนดล 308 10.1.2 คลนื ฮาร์โมนิก 309 10.2 คลืนเสียง 318 10.2.1 สมบตั ิของคลนื เสียง 328 10.2.2 ปรากฏการณ์ทางเสียง 331 แบบฝึ กหดั เอกสารอา้ งอิง