Force and immobility

นางสาว อลสิ า สมหมาย 61941900129 กลมุ่ 1

ตอนที่ 1 1. แรงสามารถเปล่ียนรูปร่างและขนาดของวัตถุ แตไ่ มส่ ามารถเปลีย่ นมวลสารของวตั ถุ แรง สามารถเคลอื่ นย้ายวัตถุหรือทาให้วัตถุหยุดนิง่ แรงสามารถเปลี่ยนความเรว็ ของวัตถุ และเปลยี่ นทิศ ทางการเคลื่อนทีข่ องวัตถไุ ด้ ตวั อยา่ งการออกแรงในชีวติ ประจาวนั เช่น ยกส่งิ ของ บบี มะนาว ดงึ ยาง รัด หรอื ดันรถเขน็ 2. เครอ่ื งช่ังสปริงเป็นเครอ่ื งมอื พน้ื ฐานสาหรับวดั แรงในระบบเอสไอ (SI Unit) แรงมีหน่วย เปน็ นิวตัน (Newton: N) 3. แรงโน้มถว่ งของโลกเปน็ แรงท่ีเกิดจากโลกออกแรงดึงดดู วตั ถตุ า่ ง ๆ ให้ไปยงั จดุ ศนู ย์กลาง ของโลก โดยทแี่ รงนีจ้ ะกระทาต่อวัตถตุ ่าง ๆ อยู่ตลอดเวลา 4. น้าหนกั คอื แรงเน่อื งจากแรงดงึ ดดู ของโลกทก่ี ระทาตอ่ วตั ถหุ รือเกิดจากแรงดึงดูดระหว่าง มวลของวตั ถแุ ละโลก 5. แรงแม่เหล็ก คือ แรงทเี่ กิดจากสารแม่เหล็กดงึ ดูดวตั ถทุ ม่ี สี มบตั เิ ปน็ แมเ่ หลก็ ตอนท่ี 2 1. การอธบิ ายตาแหนง่ ของวัตถุนิยมอธิบายด้วยการเปรยี บเทยี บตาแหน่งทวี่ ตั ถุอยู่กบั จุดอ้างองิ เสมอ และการบอกตาแหนง่ ใหมข่ องวตั ถนุ ิยมบอกตาแหน่งของวตั ถแุ ละการเปลย่ี นตาแหนง่ ของวตั ถุ 2. ระยะทางเปน็ ระยะไกลหรือใกล้ท่ีเราเดินทาง โดยมีการเปลี่ยนตาแหน่งบนเสน้ ทางขณะ เคลอ่ื นที่ หรือระยะทางเป็นระยะท่ีวตั ถุเคลื่อนทไ่ี ด้จริงตามเส้นทางท้งั หมด เป็นปรมิ าณสเกลาร์ มแี ต่ ขนาดอยา่ งเดียวมหี น่วยเป็นเมตร (metre: m) 3. การกระจดั เป็นระยะห่างจากตาแหน่งเริม่ ตน้ ถงึ ตาแหน่งสดุ ท้าย เป็นปริมาณเวกเตอร์ มที ั้ง ขนาดและทศิ ทาง 4. อัตราเร็ว คอื อัตราสว่ นระหว่างระยะทางท่ีเคลอ่ื นที่กบั เวลาที่ใช้ 5. ความเร็ว คือ อัตราส่วนระหวา่ งการกระจัดกบั เวลาที่ใช้ 6. อัตราเรว็ เฉลยี่ คือ อัตราสว่ นระหว่างระยะทางที่เคล่ือนที่กับเวลาท่ใี ช้ 7. ความเร็วเฉลี่ย คอื อัตราสว่ นระหว่างการกระจดั กับเวลาที่ใช้ 8. ความเร็วสัมพัทธเ์ ป็นความเรว็ ของวัตถุที่กาหนดจากจุดหรือกรอบอ้างองิ ของวตั ถอุ ืน่

แรงและการเคลื่อนที่ ตอนที่ 1 แรง แรงรอบตวั ความหมายของแรง การออกแรงเป็นการกระทาต่าง ๆ เช่น การยก การดึง การยดื การงอ การบิด การบบี การคน้ั การรดี หรือการเขน็ แลว้ ทาให้เกิดการดึงหรือการดันวัตถุ ขนาดและทศิ ทางของแรง แรง (force) หมายถงึ ส่ิงที่ทาให้วตั ถเุ ปลี่ยนแปลงลกั ษณะหรอื สภาพการเคลอ่ื นที่ เช่น ทาให้ วตั ถุเกดิ การเคลื่อนท่ี หรือทาให้วตั ถุท่กี าลงั เคล่ือนที่มคี วามเร็วเพ่ิมขน้ึ ช้าลง หยุดนิ่ง รวมทั้งยังทาให้ วัตถเุ ปล่ยี นแปลงรูปร่างได้ เนอ่ื งจากแรงเปน็ ปริมาณทมี่ ที ัง้ ขนาดและทิศทาง

ปรมิ าณทางวทิ ยาศาสตร์จาแนกออกได้เป็น 2 ประเภท คอื ปริมาณสเกลาร์ (scalar quantity) เปน็ ปรมิ าณท่มี แี ตข่ นาดอยา่ งเดยี ว เชน่ ความ ยาว มวล อุณหภมู ิ เวลา ปริมาตร พลังงาน ระยะทาง และความหนาแนน่ ปรมิ าณเวกเตอร์ (vector quantity) เป็นปรมิ าณที่มที ง้ั ขนาดและทิศทาง เช่น การกระจดั ความเรว็ ความเรง่ แรง นา้ หนกั โมเมนต์ และโมเมนตมั การบอกค่าของปริมาณเวกเตอร์ ตอ้ งบอกทง้ั ขนาดและทศิ ทาง เราสามารถเขียนแผนภาพแสดงแรงไดโ้ ดยใชเ้ ส้นตรงที่มีลกู ศรแสดงทิศทางของแรงทก่ี ระทา ได้ โดยปกตแิ ล้วแรงมีมากกว่า 1 แรงท่ีกระทากบั วัตถชุ ิน้ หน่งึ วางอยู่บนโต๊ะ วตั ถนุ ้นั จะมีแรงดงึ ลง ดา้ นล่าง โดยนา้ หนัก (W) และมีแรงดนั ขน้ึ ข้างบนซึง่ เป็นแรงอันเน่ืองมาจากโต๊ะกระทากับวตั ถุ (R) เมื่อพิจารณาวตั ถุขณะหยดุ นิง่ อยกู่ บั ท่ี แรงทงั้ สองนจ้ี ะสมดลุ กัน น่ันคือ แรงอนั เน่ืองมาจากโต๊ะทก่ี ระทากบั วตั ถุ (R) = นาหนักของวตั ถุ (W)

ผลท่ีเกิดจากแรง การทาให้วตั ถุเปลี่ยนทิศทาง หรือเปลี่ยนความเร็ว หรอื หยดุ นิ่งอยู่กับท่ี เราสามารถสังเกตเหน็ ผลท่เี กิดจากแรงได้ แตห่ ากเราไมส่ ามารถสังเกตเหน็ ผลที่เกิดจากแรงแลว้ เราก็ยงั สรปุ ไม่ไดว้ ่าไมม่ แี รง กระทาตอ่ วัตถุนั้น

สมดุลแรง วัตถตุ ่าง ๆ เมอ่ื มีแรงมากระทามากมาย แต่วัตถุยงั อยูน่ ิง่ อยกู่ บั ท่ีเรียกว่า เกดิ สมดลุ ของแรง แรงรว่ มกัน โดยปกติเมื่อเราออกแรงดงึ วตั ถุไปกับพื้นจะมแี รงหลายแรงมากระทาตอ่ วตั ถุ การวัดแรง นักวิทยาศาสตรจ์ ึงนาความสามารถในการยืดและหดตัวของสปริงมาประดิษฐ์เปน็ เครอ่ื งมือวัด แรง ไดแ้ ก่ เครอื่ งชั่งสปริง ซ่งึ ประกอบด้วยสปริงอยภู่ ายใน โดยมจี ุดคงทีต่ ิดตรึงไว้กบั ตวั สปรงิ หน่วยท่ี ใช้วดั แรง คอื นวิ ตัน (Newton: N) ซ่งึ เปน็ หนว่ ยการวัดในระบบ SI การวดั แรง: ใชส้ มบตั ิการยืดตัวของขดลวดสปรงิ ขดลวดสปรงิ ก็จะยดื ตวั ออกไดร้ ะยะทเ่ี ป็นสดั สว่ นโดยตรงกับขนาดของต้มุ น้าหนกั สมบตั ินน้ี ามาใช้ประดษิ ฐ์เคร่อื งชง่ั สปริงแบบแขวน

ประเภทของแรง แรงดึงดดู ของโลก (earth’s gravity) เกิดจากโลกออกแรงดึงดูดวัตถตุ ่าง ๆ ใหไ้ ปยังจดุ ศูนยก์ ลางของโลก โดยที่แรงนีจ้ ะกระทาตอ่ วัตถุตา่ ง ๆ อยตู่ ลอดเวลา วตั ถตุ า่ ง ๆ จะตกส่พู ืน้ ดินท้งั ส้ิน นาหนกั (weight) เป็นแรงเนอ่ื งจากแรงดงึ ดดู ของโลกทกี่ ระทาตอ่ วตั ถุหรอื เกิดจากแรงดึงดดู ระหว่างมวลของวตั ถุกบั โลก เม่อื กลา่ วถงึ น้าหนักก็จะต้องกลา่ วถึงมวล เพราะมวลและน้าหนักไม่ใช่สิ่ง เดียวกัน โดยมวล คือ ปรมิ าณเนือ้ ของวัตถุซง่ึ มีคา่ คงตวั

ถ้าวัตถมุ มี วลมาก โลกก็จะออกแรงดงึ ดดู วัตถนุ นั้ มากด้วย วตั ถกุ จ็ ะมนี า้ หนักมากตามไปด้วย ในทานองเดียวกนั ถา้ วัตถุมีมวลนอ้ ย กรณีของดวงจนั ทรท์ ่ีมีมวลน้อยกวา่ โลก คือ มีแรงดึงดดู เปน็ 1/6 ของโลก ดงั นนั้ วตั ถบุ นโลก เมอ่ื นาไปชงั่ บนดวงจนั ทร์จะหนักเป็น 1/6 เทา่ ของน้าหนักท่ีชัง่ บนโลก แรงแม่เหล็ก แมเ่ หลก็ สามารถดดู วตั ถทุ ่ีมีสมบัตขิ องแมเ่ หลก็ ได้แก่ ส่ิงของทท่ี าจากเหล็กและโลหะได้ รวมท้ังยังสามารถออกแรงดันแมเ่ หล็กแทง่ อืน่ ใหเ้ คลื่อนท่ไี ปยังทศิ ทางหรือตาแหน่งทีต่ ้องการได้ นน่ั แสดงวา่ มี แรงแม่เหล็ก (magnetic force) กระทาตอ่ กัน แมเ่ หลก็ 2 แท่งจะออกแรงผลักกนั ถ้าเราหันขัวทเี่ หมอื นกันของแมเ่ หลก็ เขา้ หากัน และ แม่เหลก็ 2 แทง่ จะออกแรงดึงดูดกนั เมอื่ เราหันขวั ทต่ี ่างกันของแมเ่ หล็กเข้าหากนั

แรงแมเ่ หล็กสามารถนาไปใชป้ ระโยชน์ไดม้ ากมาย เชน่ ในโรงงานอุตสาหกรรมเหลก็ ใช้แรง แมเ่ หลก็ ในการยกและขนส่งชิน้ ส่วนหรือวัสดุทเี่ ปน็ เหลก็ ในขอบประตตู เู้ ย็น การประดิษฐเ์ ข็มทศิ โดย อาศยั แรงแมเ่ หลก็ ของโลกดงึ ดูดเข็มทศิ นน่ั เอง

ตอนท่ี 2 การเคลอ่ื นที่ การเคลอื่ นท่ขี องวัตถุ การเคลือ่ นทีข่ องวัตถเุ ป็นการเล่อื นจากตาแหนง่ เดมิ ไปยังตาแหนง่ ใหม่ ซงึ่ ระยะทางของการ เคล่อื นท่ีวดั ได้จนถึงตาแหนง่ สดุ ท้าย ตาแหนง่ ของวตั ถุ เมื่อวัตถมุ ีการเคลื่อนท่ีหรอื เปล่ียนตาแหน่ง เราจะต้องมีวธิ ีในการบอกตาแหนง่ ใหมข่ องวัตถุให้ ถกู ต้องและชดั เจนซ่ึงสามารถกระทาไดด้ ังนี้ 1. การบอกตาแหนง่ ของวตั ถุ เราจะต้องกาหนดจุดอา้ งองิ และบอกตาแหน่งของวัตถุ โดยระบรุ ะยะหา่ งและทิศทางของวัตถเุ ทียบกบั จดุ อ้างอิง ซึ่งจุดอ้างอิงควรจะเป็นจุดทอ่ี ยู่นิง่ อยไู่ มไ่ กล จากวตั ถแุ ละสงั เกตได้ชดั เจน เชน่ ตน้ ไม้ แมน่ า้ อาคาร สะพาน หรือหลกั กิโลเมตร 2. การเปล่ยี นตาแหนง่ ของวัตถุ เมื่อวัตถมุ กี ารเปล่ยี นตาแหน่ง ระยะทวี่ ดั ได้จริงตาม การเคลื่อนทข่ี องวตั ถกุ บั ระยะทางท่วี ัดในแนวตรงจากตาแหนง่ เรม่ิ ต้นถึงตาแหน่งสุดท้าย

ในสภาพความเป็นจริงเม่ือวัตถุเคลอ่ื นทจี่ ะมปี รมิ าณที่เก่ยี วข้องกับการเคลื่อนท่ี เช่น ระยะทาง เวลา และการกระจดั ระยะทาง ระยะทาง (distance) คอื ระยะทางท่ีวตั ถุเคลอ่ื นท่ไี ด้จริงตามเส้นทางทัง้ หมด เปน็ ปรมิ าณส เกลาร์ มีแต่ขนาดอย่างเดียว ในทางวิทยาศาสตร์ใช้หน่วยของ SI คอื เมตร (metre: m)

การกระจัด (displacement) เปน็ ปริมาณเวกเตอรท์ ีม่ ขี นาดเท่ากับระยะทางในแนวตรง จากตาแหนง่ เร่ิมตน้ ถึงตาแหนง่ สุดท้าย และมีทศิ ทางจากตาแหน่งเรม่ิ ตน้ ถึงตาแหนง่ สดุ ท้าย



อัตราเร็วและความเร็วของวตั ถุ อตั ราเรว็ (speed) เป็นระยะทางทีว่ ัตถเุ คลือ่ นทไ่ี ด้ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ๆ โดยในการ เคล่ือนที่แต่ละครั้งวตั ถุไมไ่ ดเ้ คล่ือนทด่ี ว้ ยอัตราเร็วคงทเี่ สมอไป ถ้าเรานาความหมายของอตั ราเร็วมา เขียนสมการจะไดว้ ่า อตั ราเรว็ = ระยะทางท่เี คล่อื นท่ี / เวลาทีใ่ ช้ หรอื v = s / t ………………………………. (1) เมอ่ื กาหนดให้ v = อัตราเรว็ s = ระยะทางทเ่ี คลื่อนที่ได้ t = เวลาทใ่ี ช้ในการเคล่ือนที่ สรปุ ไดว้ ่า อตั ราเร็ว คอื อตั ราส่วนระหว่างระยะทางที่เคล่ือนท่ไี ด้กบั เวลาทใ่ี ช้ในการเคลอื่ นท่ี

อตั ราเร็วเฉลีย่ การคานวณหาอัตราเร็วเฉลยี่ หาไดจ้ ากสมการตอ่ ไปน้ี อัตราเรว็ = ระยะทางทเี่ คลอ่ื นท่ี / เวลาท่ใี ช้ หรือ v‾ = s / t ………………………………. (2) เม่อื กาหนดให้ v‾ = อตั ราเรว็ เฉลีย่ (“-” ทอ่ี ยบู่ นตัว v อ่านวา่ “บาร์” เป็นสญั ลกั ษณ์ แทนคาวา่ เฉลย่ี ) s = ระยะทางท่เี คลือ่ นทีไ่ ด้ t = เวลาท่ีใช้ในการเคลือ่ นท่ี

ความเร็ว ความเร็ว (velocity) คือ อตั ราส่วนระหวา่ งการกระจัดกบั เวลาทใ่ี ช้ ซ่ึงสามารถเขยี นเปน็ สมการแสดงความสมั พนั ธ์ไดด้ งั น้ี ความเรว็ = การกระจดั / เวลาทีใ่ ช้ ............................... (3) การเคลื่อนที่ของวัตถุตลอดเส้นทางอาจเปลี่ยนแปลงความเร็วตลอดเวลา ดงั น้นั จงึ นิยมบอก ค่าความเร็วในรูปของความเรว็ เฉลีย่ ซง่ึ สามารถเขียนสมการการคานวณความเรว็ เฉล่ียไดด้ ังนี้ ความเร็วเฉลยี่ = การกระจัด / เวลาทใี่ ช้ ............................... (4) ความเร็วเฉลย่ี นั้นจะมคี วามแตกต่างจากอตั ราเร็วเฉลีย่ ซ่ึงสามารถแสดงได้ดังตัวอย่างต่อไปนี้ จากการคานวณพบวา่ ความเรว็ เฉลี่ยมคี ่าไมเ่ ท่าอตั ราเรว็ เฉล่ีย เนอื่ งจากการกระจัดคานึงถึง ทิศทางการเคล่ือนที่ของวัตถดุ ้วย ดงั นนั้ ทศิ ทางจงึ มีผลต่อการคานวณความเร็วเฉล่ีย ขณะทีน่ ักเรยี นนั่งรถทก่ี าลังวิ่งอย่บู นท้องถนน เม่อื มองออกไปนอกหนา้ ต่างจะมคี วามรู้สึกว่า รถทเี่ รานง่ั อยูก่ าลงั เคลื่อนทถี่ อยหลงั แตใ่ นความเปน็ จรงิ แล้ว รถกาลงั เคลอ่ื นที่ไปขา้ งหนา้ เหตุการณ์ ดงั กล่าวน้ีเป็นตัวอย่างของ ความเรว็ สัมพัทธ์ ซง่ึ เปน็ ความเร็วของวัตถุท่ีกาหนดจากจดุ หรอื กรอบ อา้ งองิ ของวัตถุอื่น โดยปกตเิ ราใช้โลกของเราเปน็ กรอบอ้างองิ ในการอธบิ ายการเคล่อื นท่ี

ตวั อยา่ ง

ใบงานที่ 1 การเคลื่อนทขี่ องวตั ถุ ชื่อกลุ่ม………………………………………………………………..…… หอ้ ง…………………………. คำช้ีแจง: ใหน้ กั เรียนศึกษำควำมรู้จำกใบควำมรู้ท่ีแจกให้ แลว้ อภิปรำยและสรุปควำมรู้ในขอ้ ต่อไปน้ี 1. บอกควำมหมำยและหน่วยของคำต่อไปน้ี ตอบ ระยะทาง คือ……………………………………………………………………………………………… หน่วย…………………………………………………………………………………………… การกระจัด คือ……………………………………………………………………………………………… หน่วย…………………………………………………………………………………………… ความเร็ว คือ………………………………………………………………………………………………. หน่วย…………………………………………………………………………………………… อตั ราเร็ว คือ……………………………………………………………………………………………..... หน่วย………………………………………………………………………………………….... 2. คุณพอ่ ของเด็กชำยนดั ขบั รถออกจำกบำ้ นไปส่งเด็กชำยนดั ท่ีโรงเรียนทำงทิศตะวนั ออกเป็นระยะทำง 4 กิโลเมตร และขบั รถไปทำงำนทำงทิศใตเ้ ป็นระยะทำง 3 กิโลเมตร ใชเ้ วลำ 2ชว่ั โมง จงหำ ก. ระยะทำงที่ใชใ้ นกำรเคลื่อนท่ี 4กิโลเมตร ข. กำรกระจดั ค. ควำมเร็ว 3กิโลเมตร ง. อตั รำเร็ว ตอบ ก. ระยะทำง…………………..……………… ข. กำรกระจดั ……………………….………… ค. ควำมเร็ว…………………………………… ง. อตั รำเร็ว…………………………………….

ใบงานท่ี 1 การเคล่ือนทขี่ องวตั ถุ ชื่อกลุ่ม………………………………………………………………..…… หอ้ ง…………………………. คำช้ีแจง: ใหน้ กั เรียนศึกษำควำมรู้จำกใบควำมรู้ท่ีแจกให้ แลว้ อภิปรำยและสรุปควำมรู้ในขอ้ ต่อไปน้ี 1. บอกควำมหมำยและหน่วยของคำต่อไปน้ี ตอบ ระยะทาง คือ……คว…าม…ยา…วท…ว่ี ดั…ตา…ม…แน…วท…างก…าร…กา…รเ…คล…อื่ น…ท่ีข…อง…วตั …ถจุ …าก…ตา…แห…นง่…เด…ิมไ…ปย…งั ต…าแ…หน…ง่ ส…ดุ ท…้าย……… หน่วย……เมต…ร …(m…) ……………………………………………………………………………… การกระจัด คือ……ระ…ยะ…ทา…งท…ว่ี ดั …ได…้ตา…มแ…นว…ตร…งจ…าก…จดุ …เริ่ม…ต้น…ไป…ย…งั จดุ…ส…ดุ ท…้าย…ขอ…งก…ารเ…คล…อื่ น…ท…ี่ ………………… หน่วย……เม…ตร…(m…)……………………………………………………………………………… ความเร็ว คือ……อตั…รา…สว่…นข…อง…ระ…ยะ…กา…รก…ระ…จดั …กบั …เวล…าท…ใี่ ช…้ไป…………………………………………………. หน่วย……เม…ตร…ตอ่ …วนิ …าท…ี (m…/…s)…………………………………………………………………… อตั ราเร็ว คือ……ก…ารเ…คล…อื่ น…ท่ขี…อง…วตั …ถโุ…ดย…วดั …ระ…ยะ…ทา…งท…ว่ี ตั …ถเุ ค…ล…อ่ื น…ทไี่ …ด้ใ…น 1…ห…นว่ …ยเว…ลา………………………..... หน่วย……เม…ตร…ตอ่ …วนิ …าท…ี (m…/…s)…หร…ือ ก…ิโล…เม…ตร…ตอ่ …ชว่ั …โมง…(k…m…/h…r)………………………………….... 2. คุณพอ่ ของเด็กชำยนดั ขบั รถออกจำกบำ้ นไปส่งเดก็ ชำยนดั ท่ีโรงเรียนทำงทิศตะวนั ออกเป็นระยะทำง 4 กิโลเมตร และขบั รถไปทำงำนทำงทิศใตเ้ ป็นระยะทำง 3 กิโลเมตร ใชเ้ วลำ 2ชว่ั โมง จงหำ ก. ระยะทำงที่ใชใ้ นกำรเคลื่อนท่ี 4กิโลเมตร ข. กำรกระจดั ค. ควำมเร็ว 3กิโลเมตร ง. อตั รำเร็ว ตอบ ก. ระยะทำง……7…กิโ…ลเม…ต…ร …..……………… ข. กำรกระจดั …5…ก…ิโล…เมต…ร………….………… ค. ควำมเร็ว……2….5…กิโ…ลเ…มต…รต…อ่ ช…วั่ โม…ง………… ง. อตั รำเร็ว……3….5…กิโ…ลเ…มต…รต…อ่ ช…วั่ โม…ง………….