ใบความรู้ปริมาณและหน่วยทางฟิสิกส์

1 รายวชิ า ฟิ สิกส์เพ่ิมเติม 1 ใบความรู้ 1 แผนจัดการเรียนรู้ท่ี 1 รหัสวชิ า ว 31201 ช้ัน มัธยมศึกษาปี ท่ี 4 ใช้ประกอบแผนจัดการเรยี นรู้ท่ี 1 หวั ข้อเร่ือง วิชาฟิสิกส์ ปริมาณและหน่วยทางฟิสิกส์ 1. ความหมายของวทิ ยาศาสตร์ วทิ ยาศาสตร์ ( Science ) หมายถงึ การศกึ ษาหาความจริงเก่ียวกบั ปรากฏการณ์ธรรมชาติ รอบๆตวั เรา ท้งั ท่ีมชี ีวิตและไมม่ ีชีวติ อยา่ งมีข้นั ตอนและระเบียบแบบแผน วิทยาศาสตร์แบ่งออกได้ ดงั น้ี วิทยาศาสตร์ชีวภาพ พฤกษศาสตร์ สัตวศาสตร์ อน่ื ๆ วิทยาศาสตร์บริสุทธ์ิ วิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์กายภาพ ฟิ สิกส์ เคมี วทิ ยาศาสตร์ประยกุ ต์ วศิ วกรรมศาสตร์ อุตุนิยมวทิ ยา แพทยศาสตร์ ธรณีวทิ ยา สถาปัตยกรรมศาสตร์ อ่ืน ๆ อนื่ ๆ 1. วิทยาศาสตร์บริสุทธ์ิ ( pure science ) หรือ วทิ ยาศาสตร์ธรรมชาติ ( natural science ) เป็นการศกึ ษาหาความจริงใหมๆ่ เกี่ยวกบั ปรากฏการณธ์ รรมชาติ เพอ่ื นาไปสู่กฎเกณฑแ์ ละทฤษฎี ต่างๆทางวิทยาศาสตร์ เช่น กฎการเคลือ่ นท่ีของนิวตนั กฎของโอหม์ ทฤษฎีสมั พทั ธภาพของของ ไอน์สไตน์ ทฤษฎีคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าของแมกซเ์ วลล์ เป็นตน้ วทิ ยาศาสตร์บริสุทธ์ิแบง่ ออกเป็น 2 สาขาคือ ก. วทิ ยาศาสตร์กายภาพ ( physical science ) ศึกษาคน้ ควา้ เกี่ยวกบั สิ่งไม่มีชีวติ เช่น ฟิสิกส์ เคมี ดาราศาสตร์ ธรณีวิทยา เป็นตน้ ข. วิทยาศาสตร์ชีวภาพ ( biological science ) ศกึ ษาคน้ ควา้ เก่ียวกบั สิ่งมชี ีวติ เช่น พฤกษศาสตร์ สัตวศาสตร์ เป็นตน้

2 2. วิทยาศาสตร์ประยุกต์ ( applied science ) เป็นการนาความรู้จากกฎเกณฑห์ รือทฤษฎี ของวิทยาศาสตร์บริสุทธ์ิ มาประยกุ ตเ์ ป็นหลกั การทางเทคโนโลยี เพอื่ นาไปใชใ้ หเ้ กิดประโยชนแ์ ก่ สังคม เช่น วศิ วกรรมศาสตร์ แพทยศาสตร์ สถาปัตยกรรมศาสตร์ เป็นตน้ 2. การค้นคว้าหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ การค้นคว้าหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ความรู้ทางวทิ ยาศาสตร์เป็นการคน้ ควา้ หาความจริง จากปรากฎการณธ์ รรมชาติ ซ่ึงสามารถทาได้ 3 แนวทางคอื 1. จากการสังเกตปรากฏการณ์ธรรมชาติ 2. จากการทดลองในหอ้ งปฏบิ ตั ิการ 3. จากการสร้างแบบจาลอง ( model ) ทางความคดิ 3. ฟิ สิกส์ เป็นวทิ ยาศาสตร์แขนงหน่ึง ศกึ ษาธรรมชาติของสิ่งไม่มชี ีวติ ซ่ึงไดแ้ ก่ การเปลยี่ นแปลงทาง กายภาพและปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดข้ึนรอบตวั เรา การคน้ ควา้ หาความรู้ทางฟิ สิกส์ทาได้โดยการ สงั เกต การทดลอง และการเก็บขอ้ มูลมาวิเคราะห์เพ่ือสรุปผลเป็ นทฤษฎี หลกั หรือกฎ ความรู้เหล่าน้ี สามารถนาไปใช้อธิบายปรากฎการณ์ธรรมชาติ หรือทานายสิ่งที่อาจเกิดข้ึนในอนาคตและความรู้น้ี สามารถนาไปใชเ้ ป็นพ้นื ฐานในการแสวงหาความรู้ใหมเ่ พ่ิมเติม และพฒั นาคุณภาพชีวติ ของมนุษย์ ความสาคญั ของการศึกษาทางดา้ นฟิสิกส์ คอื ขอ้ มลู ท่ีมีผลตอ่ การเปลีย่ นแปลงกฎและทฤษฎี ที่มอี ยเู่ ดิม ขอ้ มูลท่ไี ดน้ ้ีแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คอื ข้อมูลเชิงคุณภาพ ( qualitative data ) เป็นขอ้ มูลที่ไม่เป็ นตัวเลข ไดจ้ ากการสังเกตตาม ขอบเขตของการรับรู้ เช่น รูปร่าง ลกั ษณะ กลนิ่ สี รส เป็นตน้ ข้อมูลเชิงปริมาณ ( quantitative data ) เป็ นข้อมูลท่ีเป็ นตัวเลข ได้จากการวดั ปริมาณ ต่างๆโดยใชเ้ คร่ืองมือวดั และวธิ ีการวดั ทถ่ี ูกตอ้ ง เช่น มวล ความยาว เวลา อณุ หภมู ิ เป็นตน้ 4. เทคโนโลยี เป็นวิทยาการที่เกี่ยวขอ้ งกบั ศิลปะ ในการสร้าง การผลิต หรือการใชอ้ ุปกรณ์ เพื่อก่อให้เกิด ประโยชน์กบั มนุษยโ์ ดยตรง

3 5. ปริมาณกายภาพ ปริมาณกายภาพ ( physical quantity ) เป็ นปริมาณทางฟิ สิกส์ที่ไดจ้ ากขอ้ มูลเชิงปริมาณ เช่น มวล แรง ความยาว เวลา อณุ หภูมิ เป็นตน้ ปริมาณกายภาพแบง่ ออกเป็น 2 ชนิด คอื 1. ปริมาณฐาน ( base unit ) เป็นปริมาณหลกั ของระบบหน่วยระหว่างชาติ มี 7 ปริมาณ ดงั น้ี ปริมาณฐาน ช่ือหน่วย สัญลกั ษณ์ ความยาว เมตร m มวล กิโลกรัม kg เวลา วินาที s กระแสไฟฟ้า แอมแปร์ A อณุ หภูมิอุณหพลวตั ิ เคลวนิ K ปริมาณสาร โมล mol ความเขม้ ของการส่องสว่าง แคนเดลา cd 2. ปริมาณอนุพทั ธ์ ( derived unit ) เป็นปริมาณทีไ่ ดจ้ ากปริมาณฐานต้งั แต่ 2 ปริมาณข้ึน ไปมาสัมพนั ธ์กนั ดงั ตวั อยา่ งต่อไปน้ี ปริมาณอนุพทั ธ์ ช่ือหน่วย สญั ลกั ษณ์ เทียบเป็ นหน่วยฐาน ความเร็ว เมตรต่อวินาที m/s ความเร่ง เมตรต่อวินาที2 m /s2 และอนุพทั ธอ์ น่ื แรง N นิวตนั 1m/s = 1m 1s 1m 1 m / s2 = 1s x1s 1 N = 1 kg. m /s2 งาน พลงั งาน จลู J 1 J = 1 N.m กาลงั วตั ต์ W 1 W = 1 J /s ความดนั พาสคาล Pa 1 Pa = 1 N / m2 ความถ่ี เฮิรตซ์ Hz 1 Hz = 1 s – 1

4 6. ระบบหน่วยระหว่างชาติ ในสมยั กอ่ นหน่วยทีใ่ ชส้ าหรบั วดั ปริมาณต่างๆ มหี ลายระบบ เช่น ระบบองั กฤษ ระบบ เมตริกและระบบของไทย ทาใหไ้ มเ่ ป็นมาตรฐานเดียวกนั ดงั น้นั ปัจจบุ นั หลายๆประเทศ รวมท้งั ประเทศไทยดว้ ยไดใ้ ชห้ น่วยสากลทเ่ี รียกว่า ระบบหน่วยระหวา่ งชาติ ( The Internation System of Unit ) เรียกยอ่ วา่ ระบบเอสไอ ( SI Units ) ซ่ึงประกอบดว้ ยหน่วยฐาน และหน่วยอนุพทั ธ์ ดงั น้ี 1. หน่วยฐาน ( base unit ) เป็นปริมาณหลกั ของระบบหน่วยระหว่างชาติ มี 7 ปริมาณ ดงั น้ี ปริมาณฐาน ชื่อหน่วย สญั ลกั ษณ์ ความยาว เมตร m มวล กิโลกรมั kg เวลา วินาที s กระแสไฟฟ้า แอมแปร์ A อณุ หภมู ิอุณหพลวตั ิ เคลวนิ K ปริมาณสาร โมล mol ความเขม้ ของการส่องสว่าง แคนเดลา cd 2. หน่วยอนุพทั ธ์ ( derived unit ) เป็นปริมาณทไ่ี ดจ้ ากปริมาณฐานต้งั แต่ 2 ปริมาณข้นึ ไป มาสัมพนั ธ์กนั ดงั ตวั อยา่ งตอ่ ไปน้ี ปริมาณอนุพทั ธ์ ช่ือหน่วย สญั ลกั ษณ์ เทียบเป็ นหน่วยฐาน ความเร็ว เมตรตอ่ วินาที m/s ความเร่ง เมตรตอ่ วนิ าที2 m /s2 และอนุพทั ธ์อื่น แรง N นิวตนั 1m/s = 1m 1s 1m 1 m / s2 = 1s x1s 1 N = 1 kg. m /s2 งาน พลงั งาน จลู J 1 J = 1 N.m กาลงั วตั ต์ W 1 W = 1 J /s ความดนั พาสคาล Pa 1 Pa = 1 N / m2 ความถี่ เฮิรตซ์ Hz 1 Hz = 1 s – 1

5 7. การบันทกึ ปริมาณทมี่ ีค่ามากหรือน้อย ผลทไ่ี ดจ้ ากการวดั ปริมาณทางวิทยาศาสตร์ บางคร้ังมีคา่ มากกวา่ หรือนอ้ ยกว่า 1 มากๆทา ให้เกิดความยงุ่ ยากในการนาไปใชง้ าน ดงั น้นั การบนั ทึกปริมาณดงั กล่าว เพอื่ ให้เกิดความสะดวกใน การนาไปใชส้ ามารถทาได้ 2 วิธี คือ 7.1 เขียนให้อย่ใู นรูปของจานวนเตม็ หน่ึงตาแหน่ง ตามด้วยเลขทศนิยม แล้วคูณด้วยเลข สิบยกกาลังบวกหรือลบ ดงั น้ี จานวนเต็ม 1 ตาแหน่ง เท่ากบั จานวนตวั เลขหลงั จดุ 0.000 x10  n หรือตวั เลขระหว่างจดุ ตัวอย่าง จงเขียนปริมาณต่อไปน้ีในรูปเลขยกกาลงั ก. 360,000,000 เมตร ข. 6,539,000 กิโลเมตร ค. 0.00048 กิโลกรัม ง. 0.00127 วินาที วธิ ีทา ก. 360,000,000 เมตร = 360,000,000 = 3.6x108 เมตร ข. 6,539,000 กิโลเมตร = 7,539,000 = 6.5x106 กิโลเมตร ค. 0.00038 กิโลกรมั = 0.00038 = 3.8x10 – 4 กิโลกรมั ง. 0.00117 วนิ าที = 0.00117 = 1.17x10- 5 วินาที 7.2 เขียนโดยใช้คา “อุปสรรค ( prefix)” คาอุปสรรค คือ คาทีใ่ ชเ้ ตมิ หนา้ หน่วย SI เพ่ือทาใหห้ น่วย SI ใหญข่ ้ึนหรือเล็กลง ดงั แสดงในตาราง คาอุปสรรค สญั ลกั ษณ์ ตวั พหุคณู คาอุปสรรค สญั ลกั ษณ์ ตวั พหุคูณ เทอรา T 10 12 พโิ ค P 10 -12 จิกะ G 10 9 นาโน n 10 - 9 เมกะ M 10 6 ไมโคร  10 – 6 กิโล k 10 3 มิลลิ m 10 – 3 เฮกโต h 10 2 เซนติ c 10 – 2 เดคา da 10 เดซิ d 10- 1

6 ตวั อย่าง จงเขียนปริมาณต่อไปน้ี โดยใชค้ าอุปสรรค ก. ความยาว 12 กิโลเมตร ให้มีหน่วยเป็น เมตร ข. มวล 0.00035 เมกะกรมั ใหม้ หี น่วยเป็น มิลลกิ รมั วิธที า ก. เปล่ียน กิโล → เมตร ข. เปลยี่ น เมกะ → กิโล → กรมั → มลิ ลิ = 12 x 10 3 = 0.00035 x 10 3 x 10 3 x 10 3 = 1.2 x 10 4 เมตร = 0.00035 x 10 9 = ( 3.5 x 10 – 4 ) x 10 9 = 3.5 x 105 มลิ ลกิ รมั ######################