e-book การเคลื่อนที่และแรง

3หน่วยการเรียนรูท้ ่ี การเคลื่อนท่ีและแรง ตวั ช้ีวดั • พยากรณ์การเคลอ่ื นทขี่ องวตั ถุท่ีเป็นผลของแรงลพั ธ์ทเ่ี กดิ จากแรงหลายแรงที่กระทาตอ่ วัตถุในแนวเดยี วกนั จากหลกั ฐานเชงิ ประจักษ์ • เขยี นแผนภาพแสดงแรงและแรงลัพธ์ท่เี กิดจากแรงหลายแรงทกี่ ระทาตอ่ วัตถุในแนวเดยี วกนั • ออกแบบการทดลองและทดลองดว้ ยวธิ ีท่เี หมาะสมในการอธบิ ายปจั จัยทมี่ ีผลตอ่ ความดันของของเหลว • วเิ คราะห์แรงพยงุ และการจม การลอยของวัตถุในของเหลวจากหลกั ฐานเชงิ ประจกั ษ์ • เขยี นแผนภาพแสดงแรงที่กระทาต่อวัตถุในของเหลว • อธิบายแรงเสยี ดทานสถิตและแรงเสียดทานจลน์จากหลักฐานเชิงประจักษ์ • ออกแบบการทดลองและทดลองด้วยวธิ ที ่เี หมาะสมในการอธิบายปัจจยั ท่มี ผี ลต่อขนาดของแรงเสียดทาน • เขยี นแผนภาพแสดงแรงเสยี ดทานและแรงอ่นื ๆท่ีกระทาต่อวตั ถุ

3หน่วยการเรยี นรูท้ ี่ การเคลื่อนที่และแรง ตัวช้ีวดั • ตระหนักถึงประโยชน์ของความรเู้ รื่องแรงเสียดทาน โดยวเิ คราะห์สถานการณ์ปัญหาและเสนอแนะวธิ ีการลดหรอื เพ่มิ แรงเสยี ดทานทเี่ ปน็ ประโยชน์ตอ่ การทากจิ กรรมใน ชวี ิตประจาวนั • ออกแบบการทดลองและทดลองด้วยวิธีทเ่ี หมาะสมในการอธบิ ายโมเมนต์ของแรง เมอื่ วตั ถอุ ยูใ่ นสภาพสมดลุ ต่อการหมนุ และคานวณโดยใช้สมการ M = Fl • เปรียบเทยี บแหล่งของสนามแม่เหลก็ สนามไฟฟ้า และสนามโนม้ ถว่ ง และทศิ ทางของแรงทกี่ ระทาต่อวตั ถทุ ี่อยูใ่ นแตล่ ะสนามจากข้อมูลทร่ี วบรวมได้ • เขยี นแผนภาพแสดงแรงแม่เหล็ก แรงไฟฟ้า และแรงโนม้ ถว่ งทก่ี ระทาต่อวัตถุ • วเิ คราะห์ความสมั พันธ์ระหวา่ งขนาดของแรงแมเ่ หลก็ แรงไฟฟา้ และแรงโน้มถว่ งทก่ี ระทาตอ่ วัตถทุ ่อี ยูใ่ นสนามน้นั ๆ กบั ระยะห่างจากแหล่งของสนามถึงวัตถุจากขอ้ มูล ทร่ี วบรวมได้ • อธิบายและคานวณอตั ราเรว็ และความเร็วของการเคลอ่ื นท่ีของวตั ถุ โดยใช้สมการ v = s และ v = s จากหลกั ฐานเชงิ ประจักษ์ • t t เขยี นแผนภาพแสดงการกระจัดและความเรว็

แรง แรง คือ ปริมาณท่ีกระทาต่อวัตถุแล้วทาให้วัตถุเกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพการเคล่ือนท่ี หรือเปล่ียนแปลงรูปร่าง เช่น การออกแรงเข็นรถเข็น ทาให้รถเข็นท่ีอยู่น่ิงเกิดการเคล่ือนท่ี การออกแรงปนั ดนิ น้ามนั ทาให้ดนิ นา้ มนั เปล่ยี นแปลงรปู รา่ ง แรงเป็นปริมาณเวกเตอรจ์ ึงต้องระบทุ ง้ั ขนาดและทศิ ทาง ซงึ่ เขียนแทนดว้ ยสัญลกั ษณล์ กู ศร ความยาว แทน ขนาดเวกเตอร์ หัวลูกศร แทน ทศิ ทางขยายเวกเตอร์ F

แรง แรงเสียดทาน แรงท่ีเกิดข้นึ ระหวา่ งผิวสมั ผสั ของวัตถเุ พ่ือตา้ นความพยายามในการเคลื่อนทีข่ องวตั ถุ ประเภทของแรงเสยี ดทาน 2. แรงเสียดทานจลน์ (kinetic frictional force; fk) 1. แรงเสียดทานสถิต (static frictional force; fs) แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในขณะท่ีวัตถุกาลังเคล่ือนท่ีไปบนผิว ของอีกวัตถุหนึ่ง เป็นแรงเสียดทานท่ีพยายามต้านการเคล่ือนท่ี แรงเสียดทานท่ีเกิดข้ึนในขณะท่ีวัตถุอยู่นิ่งหรือกาลัง ธรรมชาติของแรงเสียดทานจลน์ จะมที ศิ ทางตรงขา้ มกับทิศทางการ เริ่มเคล่ือนท่ี ขนาดของแรงเสียดทานสถิตจะเพ่ิมขึ้นตาม เคลอ่ื นทีข่ องวตั ถุ ทาใหว้ ัตถนุ นั้ เคลือ่ นท่ชี ้าลงหรอื หยุดนง่ิ ขนาดของแรงท่ีกระทาต่อวัตถุจนมีค่ามากท่ีสุดขณะท่ีวัตถุ เร่ิมจะเคล่ือนที่ เรียกว่า แรงเสียดทานสถติ สูงสดุ

แรง แรงเสียดทาน แรงเสยี ดทานสถิตสูงสดุ แรงเสยี ดทานจลน์ มีหนว่ ยเป็น นิวตัน (N) fs,max fk มหี น่วยเปน็ นวิ ตนั (N) สัมประสทิ ธ์ิความเสียดทาน fs,max = μsN แรงปฏกิ ริ ยิ าตง้ั ฉาก โดย μs คือ สมั ประสทิ ธ์ิความเสียดทานสถิต fk = μkN มีหนว่ ยเป็น นวิ ตนั (N) μk คอื สมั ประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ μN

แรง การนาความรเู้ รอื่ งแรงเสยี ดทานมาใชใ้ นชีวิตประจาวนั การปูกระเบ้ืองหอ้ งนา้ ดว้ ยกระเบอ้ื งทม่ี ีผิวขรขุ ระ สไลเดอรถ์ กู ทาให้มีพ้ืนผิวเรยี บลืน่ ชว่ ยเพิม่ แรงเสยี ดทาน ใหพ้ ืน้ ห้องน้าไม่ล่ืนเกินไป เพอ่ื ลดแรงเสยี ดทาน ทาให้ผเู้ ลน่ ลน่ื ไถล ไดอ้ ยา่ งรวดเร็ว ดอกยางชว่ ยเพ่ิมแรงเสยี ดทาน การเล่นสกีตอ้ งเล่นบนพื้นเรียบลืน่ ระหวา่ งรถกบั ถนน เพ่อื ลดแรงเสียดทาน ทาให้ผเู้ ลน่ เคลอื่ นไหวได้งา่ ย

แรง แรงดนั ในของเหลว เม่อื วตั ถอุ ยใู นของเหลวจะมแี รงทข่ี องเหลวกระทาตอวัตถุในทกุ ทศิ ทาง โดยแรงทีข่ องเหลว กระทาตั้งฉากกับผวิ ของวัตถตุ อหน่งึ หนวยพื้นท่ี เรียกวา ความดนั ของของเหลว ความดัน มหี นวยเปน นิวตนั ตอตารางเมตร N/m2 P F F ขนาดของแรงทีก่ ระทาตงั้ ฉากกับผวิ ของวัตถุ หรือพาสคัล (Pa) A มหี นวยเปน นวิ ตนั (N) P = A พื้นทผ่ี ิวของวตั ถุ มีหนวยเปน ตารางเมตร m2 นักดาน้าจะรู้สึกอดึ อดั เมื่อดาน้าลงไปในระดบั ความลึกเพ่มิ ขึ้น เนอ่ื งจากเม่ือลึกมากความดันของเหลวจะมีค่ามาก

แรง แรงพยุง FB W แรงพยงุ คือ แรงเนือ่ งจากของเหลวกระทาตอวัตถทุ ี่อยใู นของเหลวซ่งึ มีทิศขึ้นในแนวดิ่ง ขนาดของแรงพยุง = ขนาดของนา้ หนักของของเหลวที่ถูกวตั ถุแทนท่ี ขนาดของแรงพยุง FB ρ ความหนาแนน่ ของของเหลว มหี น่วย มีหนว่ ยเป็น นวิ ตนั (N) เป็นกโิ ลกรมั ต่อลกู บาศก์เมตร kg/m3 FB = ρVg ปริมาตรของของเหลวที่ V g ความเร่งเนื่องจากแรงโนม้ ถ่วงของโลก ถูกแทนท่ี มีหน่วยเป็น ลกู บาศก์เมตร m3 มหี นว่ ยเปน็ เมตรต่อวินาที2 m/s2

แรง โมเมนตข์ องแรง โมเมนตของแรง คอื ปริมาณท่บี อกถึงความสามารถของแรงท่ีทาใหวัตถุหมนุ รอบจดุ หมุนหรอื แกนใดๆ โดยคา่ ของโมเมนต์หาไดจ้ าก M = Fl MF โมเมนต์ของแรงสามารถแบง่ ตามทศิ ของการหมนุ ได้เป็น 2 ลักษณะ M = Fl โมเมนต์ทวนเข็มนาฬกา (counter-clockwise moment; Mทวน) l ผลของแรงทก่ี ระทาตอ่ วัตถุ โดยไมผ่ ่านจดุ หมนุ แลว้ ทาใหว้ ัตถหุ มุนทวนเข็มนาฬกิ า F M โมเมนตข์ องแรง มีหน่วยเป็น นวิ ตนั เมตร N m F แรงทมี่ ากระทากับวัตถุในแนวต้ังฉาก มีหนว่ ยเปน็ นิวตนั (N) โมเมนต์ตามเขม็ นาฬกา (clockwise moment; Mตาม) ผลของแรงทีก่ ระทาตอ่ วตั ถุ โดยไม่ผา่ นจดุ หมุน แล้วทาให้วตั ถุหมนุ ตามเข็มนาฬกิ า ระยะทางจากจุดหมุนไปต้ังฉากกบั แนวแรงมี หน่วยเป็น เมตร m Fl

แรง โมเมนตข์ องแรง ผลรวมของโมเมนตท์ วนเขม็ นาฬกิ า Σ������ทวน Σ������ทวน = Σ������ตาม Σ������ตาม ผลรวมของโมเมนต์ตามเขม็ นาฬิกา ������1������1 = ������2������2 F1 F2 F1 F2

แรง สนามของแรง สนามโนม้ ถว่ ง สนามของแรง สามารถแบ่งได้เปน็ 3 ประเภท สนามแม่เหลก็ สนามไฟฟ้า สนามโน้มถ่วง ทาให้เกิดแรงดงึ ดดู ของโลกกระทาต่อวตั ถุและตัวเรา ซ่ึงมีทศิ พ่งุ เขา้ สู่ศนู ยก์ ลางโลก แรงดงึ ดดู น้ี เรียกวา่ แรงโนม้ ถว่ ง (gravitational force) วัตถตุ กจากทส่ี งู ลงสูท่ ีต่ า่ สนามโน้มถว่ งของโลก มีทิศพุ่งสศู่ นู ยก์ ลางโลก

แรง สนามของแรง สนามโน้มถว่ ง สนามของแรง สามารถแบง่ ได้เปน็ 3 ประเภท สนามแมเ่ หล็ก สนามไฟฟ้า ประจุไฟฟ้ามี 2 ชนิด คือ ประจุไฟฟ้าบวก (positive charge) และประจุไฟฟ้าลบ (negative charge) เมื่อประจุไฟฟ้าอยู่ใกล้กันประจุไฟฟ้าจะออกแรงกระทาซึ่งกันและกัน โดยแรงกระทาระหว่างประจุไฟฟ้า เรียกว่า แรงไฟฟ้า (electric force) ประจุเหมือนกันจะผลักกัน ประจตุ ่างชนิดกัน จะดึงดดู กัน สนามไฟฟา้ ท่ีเกิดจากประจบุ วกและประจลุ บ

แรง สนามของแรง สนามโน้มถว่ ง สนามของแรง สามารถแบง่ ได้เป็น 3 ประเภท สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟา้ เม่ือนาวัตถุท่ีมีสมบัติเป็นแม่เหล็ก หรือสารแม่เหล็กมาวางในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงแม่เหล็ก (magnetic force) ถา้ มขี ัว้ เหมอื นกนั จะเกิดแรงผลกั แต่ถ้ามขี ้วั ต่างกนั จะเกดิ แรงดึงดดู ลักษณะเสน้ แรงแม่เหล็กรอบ ๆ แทง่ แม่เหลก็ แรงผลกั ทเ่ี กิดจากแมเ่ หลก็ 2 แทง่ แรงดงึ ดูดที่เกิดแทง่ แมเ่ หล็ก 2 แท่ง หันขั้วชนิดเดียวกันเขา้ หากัน หนั ขว้ั ชนิดตา่ งกนั เขา้ หากนั

การเคล่อื นท่ี การเคลอ่ื นที่ เป็นการเปล่ยี นตาแหนง่ ของวตั ถุในช่วงเวลาหนง่ึ เทียบกบั ตาแหนง่ อ้างอิง คนวิ่ง รถแลน่ คนปั่นจกั รยาน

การเคล่ือนที่ การเคล่ือนที่ของวตั ถจุ าเปน็ ต้องรตู้ าแหน่งของวตั ถุ ณ เวลาตา่ ง ๆ ซึ่งการบอกตาแหนง่ ของวตั ถุต้องอ้างอิงจุดใดจุดหน่ึง “เรียกจดุ นี้วา่ จดุ อา้ งองิ (reference point) ” ให้จดุ 0 ทต่ี น้ ไม้เป็นจุดอา้ งองิ เมอ่ื เวลา 8.30 น. เด็กชายยืนอยู่ห่างจากจุด 0 ไปทางทิศตะวนั ออกเป็นระยะทาง 25 เมตร ตอ่ มาเม่ือเวลา 8.45 น. น้องจนิ ยืนอยทู่ ่ีตาแหนง่ ห่างจากจุด 0 ไปทางทศิ ตะวันออกเปน็ ระยะทาง 55 เมตร (8.30) (8.45) 0 10 20 30 40 50 60 ระยะทาง (เมตร)

การเคลือ่ นที่ ระยะทางและการกระจัด ระยะทาง (distance) คือ ความยาวตามเสน้ ทางที่วัตถเุ คล่ือนท่ไี ปไดท้ งั้ หมด ระยะทาง เปน็ ปริมาณสเกลาร์ ให้สญั ลักษณ์(s) การกระจัด การกระจัด (displacement) คือตาแหน่งเริ่มต้นไปยังตาแหน่ง สุดท้าย และมีขนาดเท่ากับระยะในแนวเส้นตรงท่ีส้ันท่ีสุดระหว่างตาแหน่ง เริ่มต้นและตาแหน่งสุดท้าย เป็นปริมาณเวกเตอร์ โดยท่ัวไปเขียนแบบ เวกเตอรเ์ ปน็ s

การเคล่อื นท่ี ระยะทางและการกระจัด A รถยนต์เคล่ือนท่ีจากตาแหน่ง A ไปยงั B เป็นระยะทางเท่ากับ 150 เมตร และจากตาแหน่ง B ไปยงั C เป็นระยะทางเท่ากับ 100 เมตร ดังน้ัน วัตถุจะ 60 เมตร 150 เมตร เคลอ่ื นที่จากตาแหนง่ A ไปยัง C เป็นระยะทางเทา่ กบั 250 เมตร 100 เมตร B การกระจัดของรถยนต์จากตาแหน่ง A ไปยัง B มีขนาดเท่ากับ 60 เมตร และจากตาแหน่ง B ไปยัง C มีขนาดเท่ากับ 90 เมตร และจากตาแหน่ง A ไป ยงั C มขี นาดเท่ากบั 100 เมตร 90 เมตร C 100 เมตร

การเคลอ่ื นที่ อัตราเรว็ v s s อัตราเร็ว มีหนว่ ยเป็น เมตรต่อวนิ าที (m/s) อัตราเร็ว (speed) คือ ระยะทางที่วัตถุ t ระยะทางทว่ี ัตถุเคล่ือนท่ีได้ มีหนว่ ยเปน็ เมตร (m) เคลื่อนที่ได้ในหน่ึงหน่วยเวลา หรืออัตราการ v = เวลา มีหนว่ ยเป็น วนิ าที (s) เปลี่ยนแปลงระยะทางโดยไม่กาหนดทิศทาง เปน็ ปรมิ าณสเกลาร์ เขยี นแทนด้วยสัญลักษณ์ v t มหี นว่ ยเป็น เมตรตอ่ วินาที (m/s) ความเร็ว (velocity) การกระจัดที่ ความเร็ว มีหนว่ ยเปน็ เมตรตอ่ วนิ าที (m/s) v s s เปลี่ยนแปลงในหนึ่งหน่วยเวลา เป็นปริมาณ การกระจัด มหี น่วยเป็น เมตร (m) t เวกเตอร์ เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ v ซ่ึง เวลา มหี นว่ ยเป็น วินาที (s) v = ค ว า ม เ ร็ ว มี ทิ ศ ท า ง เ ดี ย ว กั บ ทิ ศ ข อ ง ก า ร t กระจดั มีหนว่ ยเป็น เมตรตอ่ วินาที (m/s)

การเคลื่อนทขี่ องวตั ถุ การเปลย่ี นตาแหนง่ ของวัตถใุ นชว่ งเวลาหน่งึ ซึ่งอธบิ ายด้วยการกระจัด ระยะทาง ความเรว็ อตั ราเรว็ รวมทง้ั ความเรง่ และอตั ราเรง่ ปริมาณการเคลื่อนท่ี 1. ระยะทาง ������ คือ ระยะทง้ั หมดที่เคลือ่ นท่ี 2. การกระจดั ������ คือ ระยะหา่ งต้นไปจบเปน็ เส้นตรง 3. อัตราเรว็ เฉล่ีย ������������������ สตู ร vav = s t 4. ความเร็วเฉลี่ย ������������������ สตู ร vav = s t