411-21 ชนาภา อ้นมี เตรียม File PowerPoint

ฟิสกิ ส์ แรงและกฎการเคลือ่ นที่ โดยนางสาวชนาภา อ้นมี ม.4/11 เลขท2่ี 1

คำนำ เทคโนโลยสี ำรสนเทศในหนงั สือออนไลน์ (e-book) ผู้จัดทำ จดั ทำขน้ึเพ่ือเป็นสว่ นหนง่ึ ของกำรศึกษำเรื่องแรงและกฎกำร วชิ ำฟิสกิ ส์ (ว31201) หวงั วำ่เทคโนโลยีสำรสนเทศในหนงั สือออนไลน์ (e-book) จะเป็นแหล่งควำมรู้สำหรับท่ีผสู้ นใจไมม่ ำกก็น้อย หำกมีข้อผิดพลำดประกำรใดขออภยั มำ ณ ท่ีนี้ นำงสำวชนำภำ อน้ มี ผจู้ ดั ทำ ก

แรง คือสงิ่ ทก่ี ระทำตอ่ วตั ถุในรูปของกำรพยำยำมดึงหรือดนั ใหว้ ตั ถุนั้นเคลอื่ นทโี่ ดยที่วตั ถุอำจเคลื่อนท่หี รอื ไมก่ ไ็ ด้ เพรำะมแี รงอืน่ กระทำต่อวัตถุอยู่ดว้ ย แรงถอื เปน็ ปรมิ ำณเวคเตอร์ทต่ี อ้ งกำหนดด้วยขนำดและทิศทำงวธิ กี ำรหำแรงลัพธ์ มี 2 วิธี1..กำรเขียนรูป (โดยแทนแรงด้วยลกู ศร ) ใช้หำงต่อหัว คอื เอำหำงของลูกศรท่แี ทนแรงท่ี 2 มำต่อหวั ลูกศรที่แทนแรงที่ 1 แลว้ เอำหำงลกู ศรท่ีแทนแรงที่ 3 มำต่อหัวลกู ศรทแ่ี ทนแรงที่ 2 ต่อกนั ไปจนหมด โดยทิศของลูกศรท่แี ทนแรงเดมิ ไมเ่ ปลย่ี นแปลง ขนำดของแรงลพั ธค์ ือ ควำมยำวลกู ศรทล่ี ำกจำกจดุ เร่ิมต้น ไปยังจดุ สดุ ท้ำย มีทิศจำกจดุ เรมิ่ ตน้ไปจดุ สดุ ท้ำยหำแรงลัพธโ์ ดยกำรเขยี นรปู ไดด้ ังน้ีขนำดของแรงลพั ธ์ = D 1

2. โดยกำรคำนวณ 2.1. เม่ือแรงทำมุม 0 องศำ (แรงไปทำงเดียวกัน) แรงลัพธ์ = ขนำดแรง ทง้ั สองบวกกัน และทิศของแรงลัพธ์ มีทิศเดิม 2.2. เมือ่ แรงทำมมุ กัน 180 องศำ (ทศิ ทำงตรงข้ำม) แรงลพั ธ์ = แรงมำกลบด้วยแรงนอ้ ย ทิศของแรงลพั ธ์มีทิศเดยี วกับแรงมำก 2.3. เมอ่ื แรงทำมุมกัน 90 องศำ หำแรงลัพธ์โดยใชท้ ฤษฎบี ทของพที ำโกรสั 2

2.4.มีสองแรงทำมมุ θ หำขนำดของแรงลัพธ์โดยใช้สเี่ หลีย่ มดำ้ นขนำนใหแ้ รงทั้งสองเปน็ ด้ำนประกอบของสเ่ี หล่ียมด้ำนขนำน เสน้ ทแยงมมุ คือ หำทิศแรงลัพธ์ ( มมุ ที่แรงลพั ธท์ ำกบั สง่ิ อำ้ งองิ ) แต่ถ้ำแรง P และ Q ทำมุมดงั รูป ( P และ Q สลับกบั รูปเดมิ ) 3

2.5 ถำ้ มีแรงหลำย ๆแรงมำกระทำกบั วัตถุ กำรหำแรงลพั ธ์ หำได้โดยวิธกี ำรแตกแรงเข้ำสู่แกนตง้ั ฉำก ข้ันตอนกำรหำแรงลัพธม์ ดี งั น้ี 1.เขียนแกนตงั้ ฉำกอำ้ งองิ 2.แตกแรงเข้ำสแู่ กนตง้ั ฉำก ( 1 แรงต้องแตกเขำ้ แกนต้งั ฉำกทงั้ สองแกนเสมอ)3. หำแรงลัพธใ์ นแกน X ได้ ∑Fx ∑Fx = F1xcosθ1+F2xcosθ24.หำแรงลพั ธใ์ นแกน Y ได้ ∑Fy ∑Fy = F1ysinθ1-F2ysinθ2 4

กฎกำรเคลื่อนที่ของนวิ ตนั กฎข้อท่ี 1 ถ้ำแรงลพั ธ์ท่กี ระทำกบั วัตถเุ ป็นศนู ยว์ ัตถจุ ะรักษำสภำพกำรเคลือ่ นทเ่ี ดมิ ถ้ำเดิมวัตถหุ ยุดน่ิงกจ็ ะหยุดนงิ่ อยู่อย่ำงนน้ั หรอื ถำ้ เดมิเคล่อื นทีก่ จ็ ะเคลอ่ื นทต่ี อ่ ไปด้วยควำมเร็วคงท่ใี นแนวเส้นตรง จะได้สมกำร ∑F=0 กฎข้อท่ี 2 ถ้ำมีแรงลพั ธท์ ไ่ี ม่เป็นศนู ย์มำกระทำกบั วัตถุ วตั ถุจะเคลอ่ื นทีด่ ว้ ยควำมเรง่ ในทศิ เดียวกบั แรงลพั ธ์โดยควำมเร่งจะมขี นำดแปรผันตรงกบั ขนำดของแรงลัพธ์ และแปรผกผันกับมวลของวัตถุ จะได้สมกำร ∑F=ma กฎขอ้ ท่ี 3 ทุก ๆ แรงกริ ยิ ำ (Action Force) จะมีแรงปฏกิ ริ ิยำ(Reaction Force) ที่มีขนำดเทำ่ กนั และมที ิศทำงตรงกันขำ้ มกันเสมอจะได้สมกำร Action=Reaction นำ้ หนกั คอื แรงดงึ ดูดของโลกซง่ึ กระทำต่อวัตถุอยู่ตลอดเวลำ คำนวณได้จำก W=mg 5

โดยที่ W = นำ้ หนักของวัตถุ มหี น่วยเป็นนวิ ตัน (N) m = มวลของวตั ถุ มีหนว่ ยเป็นกโิ ลกรัม (kg) g = ควำมเรง่ เนอื่ งจำกแรงโน้มถว่ งของโลก มหี นว่ ยเปน็ เมตรตอ่ วนิ ำที2(m/s2)คำ่ g ในบรเิ วณต่ำงๆ ทวั่ โลกมีค่ำไมเ่ ท่ำกนั โดยทัว่ ไปมักให้ใช้คำ่ g =10m/s2กฎแรงดึงดูดระหว่ำงมวลของนิวตัน จำกกฎข้อท่ี 3 นวิ ตันไดเ้ สนอกฎแรงดงึ ดดู ระหวำ่ งมวลซง่ึ มีใจควำมว่ำวตั ถุทง้ั หลำยในเอกภพจะออกแรงดงึ ดดู ซ่งึ กันและกนั โดยขนำดของแรงดงึ ดดู ระหวำ่ งวตั ถุคู่หนงึ่ ๆจะแปรผนั ตรงกับผลคูณระหว่ำงมวลวัตถุทง้ั สองและจะแปรผกผนั กบั กำลังสองของระยะทำงระหว่ำงวัตถทุ ้งั สองนัน้ ถ้ำมีมวลM1และM2วำงห่ำงกนั เป็นระยะ R จะมีแรงดึงดดู ซงึ่ กันและกนั (หนว่ ยเปน็ นิวตนั ) แรงนจ้ี ะแปรผนั ตรงกบั ผลคณู ของM1และM2และแปรผกผนั ไปกับ R2จะได้สมกำรโดยที่คำ่ คงตวั โน้มถ่วงสำก](6.7x10-11 x 6x1024 x m)/(6.4x106 )2 = 9.8 m(universal gravitational constant )จำกหลักกำรดังกล่ำวแรงดึงดูดระหว่ำงมวลของโลกกับมวลของวัตถกุ ็คือ น้ำหนักของวตั ถุนั่นเอง 6

แรงเสียดทำน (frictional force) คือ แรงท่ตี ้ำนกำรเคลอ่ื นทข่ี องวตั ถซุ ง่ึเกิดขึ้นระหว่ำงผิววัตถุกับพ้ืนที่สัมผัสและมีทศิ ตรงกนั ขำ้ มกบั ทิศกำรเคล่อื นท่ีของวตั ถุเสมอ แรงเสียดทำนแบ่งเปน็ 2 ชนิด คอื 1. แรงเสียดทำนสถิต เป็นแรงเสยี ดทำนทเ่ี กิดขึ้นในขณะท่วี ตั ถอุ ยู่น่งิจนถงึ เริม่ ตน้ เคลื่อนท่ี มคี วำมสัมพนั ธ์ตำมสมกำร fS = μSNfs= แรงเสยี ดทำนสถติ หน่วยเป็นนวิ ตนัμSเรียกว่ำ สมั ประสิทธิค์ วำมเสยี ดทำนสถติ ไม่มีหนว่ ยN= แรงปฏกิ ิรยิ ำในแนวตงั้ ฉำกกับผวิ สัมผัส หนว่ ยเป็นนิวตัน 2. แรงเสียดทำนจลน์ เป็นแรงเสียดทำนขณะวตั ถกุ ำลงั เคล่อื นทีด่ ว้ ยควำมเรว็ คงตัว ซ่ึงจะมคี ำ่ นอ้ ยกวำ่ แรงเสยี ดทำนสถิต มีควำมสมั พันธต์ ำมสมกำร fk = μkNfk= แรงเสียดทำนสถิต หนว่ ยเปน็ นวิ ตนัμkเรยี กวำ่ สัมประสทิ ธิ์ควำมเสียดทำนสถิต ไม่มหี นว่ ยN= แรงปฏกิ ริ ิยำในแนวตั้งฉำกกบั ผวิ สมั ผัส หน่วยเป็นนิวตัน 7

กรำฟแรงเสยี ดทำน เม่ือออกแรง F กระทำกบั วัตถุ วัตถยุ งั คงอย่นู งิ่ ไม่ขยบั เพรำะมแี รงเสียดทำนสถิตFsต้ำนอยู่ แต่เมือ่ ออกแรงมำกข้นึ เร่ือยๆจนกระทงั่ แรง F มีค่ำเทำ่ กบั Fsmaxวตั ถุจะอยู่ในสภำพกำลังจะเคลื่อนทซ่ี ึ่งเปน็ จุดที่มีแรงเสียดทำนสูงสุด (ทีต่ ำแหน่งA) และเมอื่ เรำออกแรงมำกขนึ้ วตั ถจุ ะเคลอ่ื นที่โดยมีแรงเสียดจลน์Fkเกิดข้ึน แตจ่ ะมคี ่ำนอ้ ยกว่ำFsmaxลักษณะของแรงเสยี ดทำน 1. ไม่ข้ึนกบั จำนวนพ้ืนทผ่ี ิวสัมผัส 2. ไม่ข้ึนกับควำมเร็วท่ีวัตถุเคลือ่ นที่ และมที ิศตรงขำ้ มกำรเคลอื่ นทขี่ องวัตถุ 3. ขน้ึ อยกู่ บั แรงที่วตั ถกุ ดพน้ื ในแนวตั้งฉำก หรอื แรงปฏกิ ิริยำของ พื้นในแนวต้ังฉำก 4. ขน้ึ กับพื้นผิวสัมผัส เช่น ขรุขระ หรอื เรียบ 5. สำหรบั ผวิ สมั ผสั คู่หนึ่งμsมีคำ่ มำกกวำ่ μkเสมอ 8

ตวั อยำ่ งประโยชน์ของแรงเสยี ดทำน1. ทำให้ยำนพำหนะเคลอ่ื นทไี่ ปในทิศทำงที่ตอ้ งกำรได้ เช่น ในขณะที่รถแลน่ลอ้ กับถนนต้องมแี รงเสยี ดทำน ถ้ำไม่มีแรงเสยี ดทำนรถจะแลน่ ไมไ่ ด้ ล้อรถจะหมนุ อยูก่ บั ที่2. แรงเสยี ดทำนช่วยไม่ให้รถลน่ื โดยเฉพำะเวลำฝนตก3. ยำนพำหนะแตล่ ะชนิด ต้องมีทง้ั กำรลดแรงเสยี ดทำนในอปุ กรณบ์ ำงสว่ นและเพมิ่ แรงเสยี ดทำนในบำงส่วนเพื่อใหย้ ำนพำหนะมีประสิทธภิ ำพและปลอดภยัเชน่ รถ เรือ หรอื เครอื่ งบิน ตอ้ งใหห้ วั แหลมเพอื่ ลดควำมเสยี ดทำนของอำกำศหรอื นำ้ 9