หน่วยการเรียนรู้ที่ 4 แรงและการเคลื่อนที่

บทนำ กำรกด กำร กจิ กรรมใน กำร ลำก ชีวติ ประจำ ผลัก วัตถุ วนั เก่ยี วข้อง กับแรงเสมอ กำรดึง 1

บทนำ 2

บทนำ แรงและกำรเคลอ่ื นท่จี ะมคี วำมสมั พันธก์ ันอยำ่ งไร 1. ปริมาณทางวิทยาศาสตร์ 2. แรง 3.การเคล่ือนท่ีของวัตถุ 3

1. ปรมิ ำณทำงวทิ ยำศำสตร์ ปรมิ ำณในควำมหมำยทำงวิทยำศำสตร์แบ่งออกเป็น 2 ชนดิ 1. ปริมำณสเกลำร์ ( Scalar Quantity) 2. ปรมิ ำณเวกเตอร์ ( Vector Quantity) ปรมิ ำณทบ่ี อก ปรมิ ำณท่บี อก เฉพำะขนำด ท้ังขนำดและ อย่ำงเดยี ว ทศิ ทำง เชน่ มวล เวลำ ปรมิ ำตร อัตรำเร็ว อุณหภูมิ ระยะทำง เชน่ แรง ควำมเร็ว กำรกระจัด นำ้ หนัก ควำมเรง่ 4 พน้ื ที่ งำน พลังงำน เป็นต้น โมเมนตัม สนำมแมเ่ หล็ก เปน็ ตน้

2. แรง 5 คือ อำนำจอย่ำงหนึง่ ทส่ี ำมำรถทำให้วัตถเุ ปล่ยี นสภำพกำรเคล่อื นท่ไี ด้ ทำให้วตั ถุท่ีอย่นู ิ่งเคลื่อนท่ไี ด้ ทำให้วัตถเุ คลือ่ นที่อยู่แล้วเคล่อื นทเ่ี ร็วหรอื ชำ้ ทำใหว้ ตั ถเุ ปลี่ยนทศิ ทำง ทำให้วัตถเุ ปลย่ี นรูปร่ำงไปจำกเดิมได้ แรงเปน็ ปรมิ ำณเวกเตอร์ ( มีทงั้ ขนำดและทิศทำง ) หน่วยของแรงในระบบเอสไอ คอื นิวตนั (N)

2. แรง 2.1 ชนดิ ของแรง 2.2 การหาแรงลัพธ์ 6

2.1 ชนิดของแรง แบง่ ออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ 2.1.1 แรงในธรรมชำติ 2.1.2 แรงที่เกดิ จำกกำรกระทำของสง่ิ ตำ่ งๆ แรงที่เกิดข้ึนเองตามธรรมชาติ แบง่ ออกเป็ น 4 ชนิด แรงท่ีเกิดจากการกระทาจากสิ่งต่างๆ ท่ีไปกระทา (มีหลายชนิด) แรงที่สาคัญๆ มี ดังน้ี แรงดงึ แรงโนม้ ถ่วงของโลก แรงแม่เหล็ก แรงเสียดทำน แรงไฟฟำ้ สถิต แรงจำกสปรงิ 7

2.1.1 แรงในธรรมชำติ 1. แรงโนม้ ถว่ งของโลก (Gravitation Force) - เป็นแรงดงึ ดูดทีม่ วลของโลกกระทำต่อมวลของวัตถุ - โลกมแี รงดึงดูดวัตถทุ ุกชนดิ เข้ำสู่ศูนยก์ ลำงโลก - วัตถุทีม่ มี วล 1 กก. จะมแี รงโนม้ ถว่ งของโลกดึงดดู ดว้ ยแรง 9.8 นิวตัน - มวลมำกแรงดงึ ดูดของโลกทมี่ ีต่อวัตถจุ ะมีค่ำมำกข้นึ - แรงโนม้ ถ่วงของโลก = ผลคูณระหวำ่ งมวลของวตั ถุ กบั แรงโนม้ ถว่ งของโลกทม่ี ตี อ่ มวล 1 กิโลกรมั 8

2.1.1 แรงในธรรมชำติ 2. แรงแมเ่ หลก็ (Magnetic Force) - แรงที่เกิดข้นึ จำกแท่งแม่เหล็กที่ทำมำจำก แรแ่ มกนไี ทต์ เป็นออกไซด์ของเหล็ก - เกิดแรงดดู และผลักกับแท่งแม่เหล็กดว้ ยกัน - แรงแม่เหลก็ ทก่ี ระทำต่อประจไุ ฟฟำ้ ท่ีวง่ิ เข้ำไปใน สนำมแม่เหล็กรอบๆ แทง่ แมเ่ หล็กจะมสี นำมแม่เหลก็ เกดิ ขึ้น - สนำมแม่เหล็กจะแสดงทศิ ทำงของแรงแม่เหล็กที่ 9 กระทำต่อสำรแมเ่ หลก็

2.1.1 แรงในธรรมชำติ 3. แรงไฟฟำ้ สถติ (Electrostatic Force) - เป็นแรงทกี่ ระทำตอ่ วตั ถดุ ้วยไฟฟ้ำ - มีทงั้ แรงผลกั และแรงดงึ ดูดกัน - ประจุท่ีเกิดมี 2 ชนิด คือ ประจบุ วก ประจลุ บ - ประจบุ วกเปน็ ประจทุ อี่ ยบู่ นอนภุ ำคโปรตรอน - ประจลุ บเปน็ ประจุทอ่ี ย่บู นอนุภำคอิเล็กตรอน 10

2.1.1 แรงในธรรมชำติ 4. แรงนิวเคลยี ร์ (Nuclear Force) - แรงผลักที่มำกระทำเม่ือประจุชนดิ เดียวกัน 2 ประจุ ทตี่ ้องอยูร่ ่วมกันเพ่อื ให้ ประจุท้ัง 2 ไม่แยกออกจำกกนั - แรงนิวเคลียร์เกิดที่บรเิ วณนิวเคลยี สของ ธำตุ 11

2.1.2 แรงท่เี กิดจำกกำรกระทำของสิ่งต่ำงๆ 1. แรงดงึ (Tention Force) - เป็นแรงทเี่ กิดจำกกำรเกรง็ ตวั เพือ่ ตอ่ ตำ้ น แรงกระทำของวตั ถุ - เช่น แรงดึงกลบั ในเส้นเชือกต้ำนแรง กระทำ (ถำ้ แรงดงึ กลับในเสน้ เชอื กนอ้ ยกว่ำค่ำ น้ำหนักของวัตถุจะทำใหว้ ตั ถตุ กลงพื้น) 12

2.1.2 แรงท่เี กดิ จำกกำรกระทำของส่ิงต่ำงๆ 2. แรงเสยี ดทำน (Friction Force) - แรงท่ีตอ่ ต้ำนกำรเคล่อื นทขี่ องวตั ถุ - แรงเสยี ดทำนเกดิ ขนึ้ ระหวำ่ งผิวสมั ผสั ของวัตถุทีส่ มั ผัสกนั - มีทศิ ทำงตรงกันขำ้ มกบั ทิศทำงกำร เคลอ่ื นทข่ี องวตั ถุ 13

2.1.2 แรงทีเ่ กิดจำกกำรกระทำของสิง่ ตำ่ งๆ 3. แรงจำกสปรงิ (Elastic Force) - เป็นแรงทเ่ี กิดจำกกำรยดื และหดของสปรงิ จำกตำแหนง่ สมดลุ ของสปริง - เมอื่ อกแรงดงึ สปริงให้ยดื ออกเปน็ ระยะทำงคูณสปริงจะออกแรงดึงมวล m ให้กลับมำท่ีในตำแหนง่ สมดุล 14

2.1.2 แรงท่ีเกิดจำกกำรกระทำของสงิ่ ตำ่ งๆ 4. แรงส่ศู นู ยก์ ลำง (Centripetal Force) - เป็นแรงที่มีทิศทำงเขำ้ ส่ศู ูนยก์ ลำงของ วงกลมหรือทรงกลม - เมอ่ื วัตถเุ คล่อื นที่เปน็ วงกลม 15

2.2 กำรหำแรงลัพธ์ แรงเป็นปริมำณเวกเตอร์ (มีทั้งขนำดและทศิ ทำง) กำรรวมหรือหักลำ้ งแรงจึงต้องเป็นไปตำม แบบเวกเตอร์ ถ้ำมแี รงหลำยๆแรงมำกระทำต่อวัตถดุ ียวกัน 16 ในเวลำเดียวกนั ผลรวมของแรงหลำยๆแรงที่ กระทำต่อวัตถุ เรยี กวำ่ แรงลัพธ์

2.2 กำรหำแรงลพั ธ์ วิธหี ำแรงลพั ธม์ ี 2 วิธี 2.2.1 กำรเขียนรปู 2.2.2 กำรคำนวณ 17

2.2 กำรหำแรงลพั ธ์ 2.2.1 กำรเขยี นรปู - แทนแรงด้วยลูกศรใชห้ ำงตอ่ หัว 18 - เอำหำงของลูกศรที่แทนแรงท่ี 2 มำต่อหวั ลกู ศร วธิ หี ำงต่อหัว ทแ่ี ทนแรงที่ 1 แลว้ เอำหำงที่แทนแรงที่ 3 มำ ตอ่ หัวลูกศรท่ีแทนแรงที่ 2 ต่อกนั ไปจนหมด - ทศิ ของลกู ศรท่ีแทนแรงเดมิ ไม่เปลย่ี นแปลง - ขนำดของแรงลพั ธ์ คือ ควำมยำวลกู ศรทีล่ ำก จำกจดุ เร่มิ ต้นไปยังจุดสดุ ทำ้ ย มที ศิ ทำงจำก จุดเริม่ ตน้ ไปจุดสดุ ท้ำย

2.2.1 กำรเขยี นรปู 19

2.2 กำรหำแรงลัพธ์ 2.2.1 กำรคำนวณ กรณที ่ี 1 - เมอื่ แรงมุม 0 องศำ (แรงไปทิศทำงเดียวกนั ) - แรงลพั ธ์ = ขนำดแรงทัง้ สองบวกกัน (ทิศของแรงลัพธ์มีทิศเดมิ ) 20

2.2 กำรหำแรงลพั ธ์ 2.2.1 กำรคำนวณ กรณีท่ี 2 21 - เมื่อแรงมุม 180 องศำ (แรงไปทิศทำงตรงกันข้ำม) - แรงลพั ธ์ = ขนำดแรงมำกลบดว้ ย ขนำดแรงนอ้ ย (ทศิ ของแรงลัพธม์ ีทิศ เดียวกับแรงมำก)

2.2 กำรหำแรงลพั ธ์ 2.2.1 กำรคำนวณ กรณีที่ 3 - มแี รงหลำยๆ แรงมำกระทำตอ่ วัตถุ - หำแรงลพั ธ์ ได้โดยวธิ ีกำรแตกแรง เข้ำสู้แกน x และแกน y - คำนวณโดยใชส้ มกำร (ค่ำ cos และ sin ) 22

2.2 กำรหำแรงลัพธ์ ตัวอย่ำง ชำยคนหน่งึ ออกแรงลำกลงั ไม้ ดงั รปู ด้วยแรง 100 นิวตนั จงหำ 1. แรงดงึ ในแนวดง่ิ 2. แรงดงึ ในแนวระดบั 23

3 กำรเคลือ่ นท่ีของวตั ถุ กำรยำ้ ยตำแหนง่ วัตถจุ ำกตำแหน่ง 3.1 กำรเคล่ือนท่ใี นแนวเสน้ ตรง เดิมไปสูต่ ำแหน่งใหม่ 3.2 กำรเคลอื่ นท่แี บบโพรเจกไทล์ 3.3 กำรเคลอื่ นท่ีแบบฮำรม์ อนกิ อย่ำงงำ่ ย (เนื่องจำกแรงมำกระทำ) 3.4 กำรเคล่อื นทแี่ บบวงกลม 24

3 กำรเคล่ือนทขี่ องวัตถุ 3.1 กำรเคลือ่ นทีใ่ นแนวเส้นตรง เปน็ กำรเคลอื่ นที่ซ่งึ ไม่เปลยี่ น ทศิ ทำง มี 2 แบบ ในกำรเคล่อื นที่ของวตั ถุ ตำแหน่งของวตั ถจุ ะมกี ำร 25 เปลี่ยนแปลง ดงั นน้ั จึงต้องมกี ำรบอกตำแหนง่ ของวตั ถุ โดยเทยี บกับจดุ อำ้ งองิ

3 กำรเคลอื่ นทข่ี องวัตถุ 26 ระยะทำง คอื เสน้ ทำงหรอื ควำมยำวตำมเส้นทำงกำรเคล่ือนท่ี จดุ เริม่ ตน้ – จุดสุดทำ้ ย /หนว่ ย (เมตร) กำรกระจัด คอื ควำมยำวเสน้ ตรงที่เชื่อมโยงระหว่ำงจดุ เริม่ ตน้ และจดุ สดุ ทำ้ ยของกำรเคลื่อนที่ อตั รำเรว็ คือ ระยะทำงทวี่ ตั ถเุ คลื่อนทีไ่ ด้ 1 หน่วยเวลำ / หนว่ ย (เมตร/วินำที) ควำมเร็ว คอื อัตรำกำรกระจดั ของวตั ถุหรอื เป็นกำรกระจัดตอ่ 1 หน่วยเวลำ / (เมตร/วินำที) ควำมเรง่ คอื ควำมเรว็ ทีเ่ ปลีย่ นไปใน 1 หนว่ ยเวลำหรอื อัตรำกำรเปล่ยี นควำมเรว็ / (เมตร/วนิ ำท2ี )

3 กำรเคลื่อนที่ของวัตถุ 3.2 กำรเคล่ือนทแ่ี บบโพรเจกไทล์ วตั ถุทข่ี วำ้ งหรอื ยงิ ออกไป โดย กำรยงิ ปืนในสนำมแขง่ ขัน สงั เกตไดว้ ่ำมีแนวกำรเคล่ือนท่เี ปน็ กำรยงิ ปืนใหญ่ วถิ โี ค้ง นักฟุตบอลเตะลูกฟตุ บอล นกั กฬี ำเปตองโยนลูกเปตอง 27

3 กำรเคลื่อนทข่ี องวตั ถุ 3.3 กำรเคลอ่ื นที่แบบฮำรม์ อนิกอย่ำงง่ำย เปน็ กำรเคล่อื นทแ่ี บบกลบั ไปมำซำ กำรออกแบบระบบป้องกำรสั่นสะเทอื น ทำงเดมิ โดยผำ่ นตำแหนง่ สมดลุ ของรถยนต์ เรียกว่ำ โชกอัป ลกู ต้มุ นำฬิกำ/ยำนไวก้ิงในสวนสนกุ 28

3 กำรเคลอ่ื นทีข่ องวตั ถุ 3.4 กำรเคล่ือนท่แี บบวงกลม เปน็ กำรเคลือ่ นที่โดยมแี รงกระทำเขำ้ กำรยกขอบถนนเอยี งบนทำงโคง้ ใหส้ งู ข้ึน สู่ศูนย์กลำงของวงกลม เครอื่ งเล่นรถไฟเหำะตลงั กำจะมรี ำงเป็นวงกลม กำรคล่ืนทขี่ องดำวเทยี ม กำรเลี่ยวโค้งของเครอื่ งบิน 29