หน่วย3_แรง และกฎการเคลื่อนที่

หนว่ ยการเรียนรทู้ ่ี 1 หน่วยการเรยี นรทู้ ่ี 2 หน่วยการเรยี นร้ทู ี่ 3 ฟสิ กิ ส์ เลม่ 1SlidePPT61-NEW ชนั้ มธั ยมศกึ ษาปีที่ 4 กลุม่ สาระการเรียนรู้วทิ ยาศาสตร์ หนว่ ยการเรียนรูท้ ่ี 4 Slide PowerPoint_สื่อประกอบการสอน โรงเรยี นเทพสถติ วทิ ยาลยั สานกั เขตการศกึ ษาพระปรยิ ตั ธิ รรม แผนกสามญั เขต 9 สานกั งานพระพุทธศาสนาแหง่ ชาติ

3หน่วยการเรยี นร้ทู ่ี แรงและกฎการเคลื่อนท่ี ตัวชวี้ ดั • ทดลองและอธบิ ายการหาแรงลพั ธข์ องแรงสองแรงท่ที ามมุ ตอ่ กนั • เขียนแผนภาพของแรงที่กระทาต่อวัตถอุ สิ ระ ทดลองและอธิบายกฎการเคลอื่ นทข่ี องนวิ ตัน และการใชก้ ฎการเคลอื่ นทีข่ องนวิ ตันกบั สภาพการเคล่ือนท่ขี องวัตถุ รวมทง้ั คานวณปรมิ าณตา่ งๆ ที่เกย่ี วข้อง • อธบิ ายกฎความโนม้ ถ่วงสากลและผลของสนามโน้มถว่ งท่ีทาใหว้ ตั ถุมนี า้ หนัก รวมทงั้ คานวณปริมาณตา่ งๆ ท่เี กี่ยวขอ้ ง • วิเคราะห์ อธบิ าย และคานวณแรงเสยี ดทานระหว่างผวิ สัมผสั ของวตั ถคุ หู่ นึ่งๆ ในกรณีทีว่ ตั ถหุ ยุดนิ่งและวตั ถเุ คล่ือนท่ี รวมทงั้ ทดลองหาสมั ประสิทธ์คิ วามเสยี ดทาน ระหวา่ งผิวสมั ผสั ของวตั ถุคหู่ นงึ่ ๆ และนาความรเู้ รอ่ื งแรงเสยี ดทานไปใช้ในชีวติ ประจาวัน

แรง (force) ส่งิ ทก่ี ระทาต่อวตั ถแุ ล้วทาใหว้ ตั ถุเปล่ยี นสภาพไป ซงึ่ การกระทาน้นั อาจทาให้วตั ถเุ กิดการเคลอ่ื นทห่ี รือเปลยี่ นรูปรา่ ง โดยการเปล่ยี นแปลงนี้จะข้นึ อยู่กับขนาดและทศิ ทางของแรงทม่ี ากระทา แรง เป็นปรมิ าณเวกเตอร์เขียนแทนด้วยสญั ลกั ษณ์ F มีหนว่ ยในระบบเอสไอเปน็ นวิ ตนั (newton ; N) นกั กฬี าออกแรงตีลกู เทนนสิ ใหเ้ คลอื่ นที่ไปข้างหนา้

มวล (mass) มวลเป็นปริมาณของสสารทป่ี ระกอบอยใู่ นวตั ถหุ น่ึงๆ ซึ่งเป็นปริมาณสเกลาร์ เขยี นแทนดว้ ยสัญลักษณ์ m มหี นว่ ยในระบบเอสไอเปน็ กโิ ลกรัม (kilogram ; kg) โดยวตั ถุทม่ี ีมวลมากจะมีความเฉื่อยมาก วตั ถุท่ีมีมวลนอ้ ย จะมีความเฉอ่ื ยนอ้ ย ซึ่งคณุ สมบัตดิ งั กลา่ วเรยี กว่า ความเฉอื่ ย (inertia) รถจักรยานยนต์มคี วามเฉอื่ ย น้อยกว่ารถยนต์ เมื่อเบรกรถ พรอ้ มกนั รถจักรยานยนต์ จะจอดได้ง่ายกวา่ การเปล่ยี นสภาพการเคลอ่ื นทข่ี องรถยนตก์ ับรถจกั รยานยนต์ทว่ี ิ่งมาดว้ ยความเร็วเท่ากนั

กฎการขเอคงลนอื่ วิ นตทนั ี่ข้อท่ี 1 https://www.youtube.com/watch?v=HIdV_PgfAyg มีใจความว่า “ถา้ ไม่มีแรงภายนอกมากระทากบั วัตถุ วัตถจุ ะคงสภาวะเดมิ หรอื คงสภาพการเคล่ือนท่ีเดิมของวตั ถุเอาไว้” ตัวอยา่ งเช่น การท่นี กั บนิ อวกาศลอยเคว้งคว้างในอวกาศเพราะไม่มีแรงภายนอกใดๆ มากระทา

สตู รทใี่ ช ้

ตวั อย่าง โจทยก์ ารเคลอื่ นทใี่ นแนวราบ https://www.youtube.com/watch?v=_Zzk5nGFHnQ





กฎการเคล่อื นที่ขอ้ ท่ี 2 ของนวิ ตนั

กฎการเคล่อื นที่ขอ้ ท่ี 3 ของนวิ ตนั

แรงดงึ ในเสน้ เชือก หากนาวตั ถผุ กู เชือกไปแขวนกบั เพดานในแนวดง่ิ เมอ่ื พิจารณาเสน้ เชือกจะเหน็ ได้ว่า ทุกสว่ นของเส้นเชือกจะมีแรงดึงซึ่งกันและกนั ตลอดท้ังเสน้ เชอื ก เรียกว่า แรงดึงในเส้นเชือกหรือแรงตึงเชอื ก (tension ; T) แบ่งไดเ้ ปน็ 2 กรณี กรณเี ชือกไม่มมี วล กรณเี ชือกมีมวล • แรงดึงในเสน้ เชือกจะเทา่ กันตลอดทั้งเสน้ ไม่ว่า • แรงดงึ ในเสน้ เชือกจะเท่ากนั ทุกจุดตลอดท้งั เสน้ เชือก ถา้ เชอื กถกู ดึง มวลจะถูกลากไปด้วยความเร็วคงท่ี หรือมี ในแนวราบและอยู่ในสภาพหยุดนิ่ง หรอื มีความเร็วคงท่ี (ไมม่ ีความเร่ง) ความเร่งเกิดขน้ึ จะมีแรงดงึ ในเสน้ เชอื กเท่ากัน • แรงดงึ ในเสน้ เชอื กจะไม่เทา่ กันทุกจดุ ตลอดทัง้ เสน้ เชอื กถ้าเชอื กถกู ดงึ ������ ������ ���റ��� ในแนวดิง่ แม้จะอยนู่ งิ่ หรือมีความเรว็ คงท่ี หรือถกู ดงึ ในแนวราบให้ เคลื่อนที่ดว้ ยความเรง่ ������ ���റ��� มคี วามเร่ง ������ ���റ��� แรงดึงในเส้นเชือกกรณเี ชือกไม่มมี วล แรงดึงในเสน้ เชอื กกรณเี ชือกมีมวล

นา้ หนัก (weight) นา้ หนกั ในทางฟิสิกส์ คือ แรงทเี่ กดิ จากการท่โี ลกดึงดดู วตั ถุ และมีทศิ ทางพุ่งลงในแนวดิ่งเขา้ สู่ศนู ยก์ ลางโลก เปน็ ปริมาณเวกเตอร์ และมีหนว่ ยเปน็ นิวตนั (N) จากการศึกษาการตกของวตั ถแุ บบอิสระ วตั ถกุ จ็ ะตกด้วยความเร่งคงท่ีในแนวดง่ิ ซง่ึ มีค่าเท่ากบั 9.8 เมตรต่อวินาที 2 (m/s2) เม่ือพจิ ารณาตามกฎขอ้ ท่สี องของนวิ ตัน สามารถเขียนสมการของแรงทีโ่ ลกดงึ ดดู วตั ถุ (นา้ หนักของวัตถุ) ได้ดงั นี้ ������ = ������������ ������ คือ น้าหนักของวตั ถมุ ีหนว่ ยเปน็ นิวตัน (N) ������ คอื มวลของวัตถุมหี นว่ ยเป็นกโิ ลกรมั (kg) ������ คือ ความเรง่ เนอ่ื งจากแรงโน้มถ่วงของโลก มคี ่าเทา่ กับ 9.8 เมตรต่อวินาที 2 (m/s2)

กฎแรงดงึ ดูดระหว่างมวล (Newton’s law of gravitation) นวิ ตันได้เสนอ กฎแรงดึงดดู ระหวา่ งมวล ไว้วา่ “วัตถุในเอกภพจะออกแรงดงึ ดดู ซึ่งกนั และกนั โดยขนาดของแรงดึงดดู ระหวา่ งวัตถุคู่หนงึ่ ๆ จะแปรผนั ตรงกบั ผลคณู ระหว่างมวลวตั ถทุ ั้งสอง และจะแปรผกผันกับกาลังสองของระยะหา่ งระหวา่ งวตั ถทุ งั้ สองนั้น” ซ่ึงเขยี นเป็นสมการไดด้ งั นี้ ������������������������ วตั ถทุ ่ี 1 วัตถุท่ี 2 ������������ ������������ = ������ FG,21 FG,12 ������������ คอื ขนาดของแรงดงึ ดดู ระหวา่ งวัตถคุ ู่หนงึ่ มีหน่วยเป็น นวิ ตนั (N) ������ แรงดงึ ดูดระหว่างมวลของวัตถุคูห่ นง่ึ ������������, ������������ คอื มวลของวัตถุทั้งสอง มีหนว่ ยเป็น กิโลกรัม (kg) ������ คือ ระยะหา่ งของจดุ ศนู ยก์ ลางของวัตถุทัง้ สอง มีหน่วยเปน็ เมตร (m) ������ คอื ค่าคงตัวความโน้มถว่ งสากล มคี ่าเทา่ กับ 6.674 × 10-14 N·m 2 /kg 2

แรงตั้งฉาก (normal force) เมื่อวัตถถุ กู วางบนพืน้ ผิวหนง่ึ วตั ถุจะกดพ้นื ผิวดว้ ยแรงเนอื่ งจากน้าหนักของวตั ถุเอง โดยพ้นื ผิวมีการออกแรงดนั วัตถนุ ั้นๆ กลับในทศิ ทางต้งั ฉากกับพน้ื ผวิ ของวัตถแุ รงนจี้ ะเรยี กว่า แรงตั้งฉาก โดยจะใช้สญั ลกั ษณ์ N มหี นว่ ยเปน็ นวิ ตัน (N) ������ ������������ ������������ ������ ������ ตัวอย่างแรงต้ังฉากท่เี กดิ ข้ึนระหว่างพืน้ ผวิ ของวตั ถุ

แรงเสียดทาน (friction) แรงทตี่ า้ นการเคลอ่ื นที่ของวัตถุ โดยจะเกดิ ขนึ้ ระหว่างผิวสัมผัสของวตั ถุสองชน้ิ ซ่ึงแรงเสยี ดทานจะตอ้ งขนานกบั ผวิ สมั ผสั และมที ิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนท่ขี องวตั ถุ ตวั อยา่ งเช่น ขณะที่คนเราเดิน ขาของเราจะออกแรงดันพ้นื ไปทางขา้ งหลัง เนื่องจากมวลของพื้นมีขนาดใหญ่ ความเรง่ ของพื้นจงึ เปน็ ศนู ย์ จึงไมเ่ ห็นพ้นื เคล่อื นท่ี แต่จะมีแรงเสยี ดทานมากระทากบั เทา้ ของเราทาให้เราเคลือ่ นที่ไปขา้ งหนา้ ได้ แรงปฏิกิริยา พน้ื ออกแรงผลกั ไปข้างบนและไปข้างหนา้ แรงกริ ิยา เทา้ ออกแรงดันลงข้างลา่ งและไปขา้ งหนา้

แรงเสยี ดทาน แรงเสียดทาน แบง่ ตามลักษณะการเคลอ่ื นที่ของวัตถุ ได้เป็น 2 ประเภท คือ แรงเสียดทานสถติ แรงเสยี ดทานจลน์ (static friction ; ���റ��������� ) (kinetic friction ; ���റ���������) แรงเสยี ดทานท่ตี า้ นการเคลอื่ นท่ีของวตั ถุ แรงเสยี ดทานท่ตี า้ นแรงกระทากบั วตั ถุ เพอื่ ปอ้ งกันไม่ใหว้ ตั ถุเคล่อื นที่ ทศิ ทางทีต่ เู้ คล่อื นที่ ทศิ ทางที่ตู้เคลือ่ นท่ี ���റ��������� การผลกั ตู้ทว่ี างบนพ้ืนไม้ ���റ��������� ออกแรงเบาต้ไู ม่เคลือ่ นที่ ออกแรงมากพอต้ไู ถลไปได้