(คู่มือ) หนังสือเรียนสสวท พื้นฐานวิทยาศาสตร์ ม.2 ล.2

หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน 6 คู่มอื ครูรายวชิ าพืน้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ ทักษะกระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์และทกั ษะแห่งศตวรรษที่ 21 ที่ควรจะไดจ้ ากบทเรยี น ทักษะ เรือ่ งท่ี ทา้ ยบท 12 • ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ • การสงั เกต •• การวัด • • การจำแนกประเภท • การหาความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งสเปซกบั สเปซ •• • และสเปซกบั เวลา • • การใช้จำนวน • การจัดกระทำและสอื่ ความหมายข้อมลู •• • การลงความเหน็ จากข้อมูล • การพยากรณ์ • การต้งั สมมตฐิ าน • การกำหนดนิยามเชิงปฏบิ ัติการ • • การกำหนดและควบคุมตวั แปร การทดลอง การตคี วามหมายข้อมูลและลงข้อสรุป การสร้างแบบจำลอง ทกั ษะแห่งศตวรรษที่ 21 ด้านการคดิ อย่างมวี จิ ารณญาณและการแกป้ ัญหา • • ด้านการสอื่ สารสารสนเทศและการร้เู ท่าทนั ส่อื • ดา้ นความร่วมมือ การทำงานเปน็ ทมี และภาวะผนู้ ำ ด้านการสรา้ งสรรค์และนวตั กรรม ด้านคอมพวิ เตอร์ และเทคโนโลยสี ารสนเทศ • และการส่ือสาร ดา้ นการทำงาน การเรียนรู้ และการพ่งึ ตนเอง • • สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

7 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน ค่มู อื ครรู ายวิชาพนื้ ฐานวิทยาศาสตร์ การนำเข้าสหู่ นว่ ยการเรยี นรู้ ครูดำเนนิ การดังนี้ 1. กระตุ้นความสนใจนักเรียน เพื่อนำเข้าสู่หน่วย ที่ 5 งานและพลังงาน โดยให้นักเรียนสังเกต ภาพนำหน่วยเกี่ยวกับเครื่องเล่นประเภท รถไฟเหาะที่เคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วสูงหรือ อาจใช้สื่อวีดิทัศน์รถไฟเหาะ https://www. youtube.com/watch?v=-xNN-bJQvI พร้อมทั้งอ่านเนื้อหานำหน่วยและร่วมอภิปราย โดยอาจใช้คำถามดังตอ่ ไปน้ี • จากเรื่องทน่ี ักเรยี นอา่ น กล่าวถึงเครือ่ งเล่นชนิดใด (รถไฟเหาะ) • รถไฟเหาะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงโดยอาศัยหลกั การใด (มีเครื่องยนต์ช่วยยกตัวรถไฟขึ้นถึงจุดสูงสุด แล้วปล่อย ให้รถไฟจะเคลื่อนท่ลี งดว้ ยอัตราเร็วสูงไดเ้ อง โดยไมต่ ้องอาศยั พลงั งานภายนอก) • การท่รี ถไฟเคล่อื นทีล่ งด้วยอัตราเร็วสงู ได้เองเก่ียวข้องกับพลงั งานหรือไม่ อยา่ งไร (เกยี่ วข้องกบั พลงั งาน โดยรถไฟ ท่หี ยุดนง่ิ ทจี่ ดุ สูงสุดมพี ลงั งานสะสมอยู่ในรถไฟภายใต้สนามโน้มถว่ งซง่ึ จะทำให้รถไฟเคล่ือนท่ีลงดว้ ยอัตราเร็วสูงได้ เอง เม่อื ปล่อยให้รถไฟเคลอ่ื นทลี่ ง พลังงานน้ันก็จะเปลยี่ นเปน็ พลังงานทอ่ี ยู่ในรถไฟขณะกำลงั เคลอ่ื นท่ี) • เพราะเหตุใดเมื่อปล่อยเครื่องเล่นจากที่สูง เครื่องเล่นสามารถเคลื่อนที่ไปได้เองโดยไม่ต้อง อาศัยพลังงานจาก ภายนอก (นักเรยี นตอบตามความเขา้ ใจของตนเอง) • นกั เรยี นคิดวา่ พลงั งานคอื อะไร พลงั งานสามารถสร้างข้ึนหรือทำใหห้ ายไปได้หรือไม่ (นกั เรียนตอบตามความเข้าใจ ของตนเอง) 2. ให้นักเรียนอ่านคำถามนำหน่วยและองค์ประกอบของหน่วย จากนั้นร่วมกันอภิปรายว่าในหน่วยน้ี นักเรียนจะได้ เรียนร้เู กีย่ วกับเรอ่ื งอะไร สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 8 ค่มู ือครูรายวิชาพืน้ ฐานวิทยาศาสตร์ ความร้เู พม่ิ เติมสำหรบั ครู รถไฟเหาะเป็นเครื่องเล่นที่ผู้เล่นนั่งและรถไฟวิ่งไปตามรางที่มีความชัน ความโค้ง หรือหมุนเป็นเกลียวในแนวตั้ง การออกแบบ รถไฟเหาะต้องใชห้ ลกั การทางวทิ ยาศาสตรท์ ีเ่ ก่ียวขอ้ งกับพลงั งาน การอนุรกั ษพ์ ลังงาน เพอ่ื ทำให้รถไฟเหาะสามารถว่ิงไปได้โดยไม่ ต้องอาศยั พลังงานจากภายนอก 3. ให้นักเรียนอ่านคำถามนำหน่วยและองค์ประกอบของหน่วย จากนั้นร่วมกันอภิปรายว่าในหน่วยนี้ นักเรียนจะได้ เรียนรู้เกีย่ วกบั เรอ่ื งอะไร 4. เชื่อมโยงเข้าสู่บทที่ 1 งาน กำลัง และเครื่องกลอย่างง่าย โดยให้นักเรียนสังเกตภาพนำบทหรืออาจใช้สื่อวีดิทัศน์หรือสอ่ื อืน่ ๆ เพ่มิ เตมิ เก่ียวกับกรรไกรและรถเครน พร้อมทั้งให้นักเรยี นอา่ นเน้ือหานำบทหรืออาจใหน้ กั เรยี นนำกรรไกรมาตัด ผ้าหรือกระดาษตามสิ่งที่ได้อ่านแล้วสังเกตการออกแรง จากนั้นร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับหลักการทำงานของกรรไกร และรถเครนว่าเกี่ยวข้องกับงานทางวิทยาศาสตร์ และกำลงั อย่างไร โดยใช้คำถามต่อไปนี้ • ในภาพแสดงกรรไกรหลายขนาด นักเรียนคิดว่า ขนาดกรรไกรมีผลต่อการนำไปใช้งานหรือไม่ อย่างไร (ขนาดกรรไกรมีผลต่อการนำไปใช้งาน คือ ขนาดกรรไกรต้องเหมาะกับขนาดชิ้นงาน และการออกแรงเพอ่ื ตัดชนิ้ งานสำเร็จ) • เมื่อนำกรรไกรอันหนึ่งตัดสิ่งของ เช่น ผ้า โดย วางไว้ห่างจากจุดหมุนของกรรไกรต่างกัน ผู้ตัด จะออกแรงต่างกันหรือไม่ อย่างไร (การใช้ กรรไกรอันหนึ่งตัดสิ่งของโดยวางสิ่งของนั้นไว้ ห่างจากจุดหมนุ ของกรรไกรตา่ งกันต้องออกแรง ขนาดแตกต่างกัน โดยเมื่อวางสิ่งทีต่ ้องการตัดไว้ ที่ปลายกรรไกรต้องออกแรงมากกว่าเมื่อวางไว้ ใกล้จดุ หมุน) • กรรไกรเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ช่วยผ่อนแรงได้หรือไม่ เพราะเหตุใด (กรรไกรเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ชว่ ยผ่อนแรงได้ เพราะกรรไกรชว่ ยให้เราออกแรงน้อยลงได้ เม่ือวางสิ่งท่ีจะ ตัดในตำแหน่งทเี่ หมาะสม) • รถเครนจะยกของหนกั ๆ ได้หรือไม่ ขึ้นอยกู่ บั อะไรบ้าง (กำลังของรถเครน พลังงานของรถเครน) สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

9 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน คมู่ อื ครูรายวิชาพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ 5. ให้นักเรียนอ่านคำถามนำบท จุดประสงค์ของบทเรียนและอภปิ รายร่วมกนั เพื่อให้ทราบขอบเขตเน้ือหาท่ีนักเรียนจะ ได้เรียนรู้ในบทเรียน รวมทั้งเป้าหมายการเรียนรู้ (นักเรียนจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับความหมายของงานทางวิทยาศาสตร์ วิธคี ำนวณงานและกำลัง หลกั การทำงานของเครื่องกลอย่างง่าย และการนำไปใช้ประโยชนใ์ นชีวติ ประจำวนั ) สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 10 คู่มือครรู ายวิชาพื้นฐานวทิ ยาศาสตร์ เรือ่ งท่ี 1 งานและกำลงั แนวการจัดการเรียนรู้ ครูดำเนนิ การดังน้ี 1. ให้นักเรียนสังเกตภาพนำเรื่อง อ่านเนื้อหา นำเรื่องและร่วมกันอภิปรายโดยใช้คำถาม ต่อไปนี้ • ยกตัวอย่างเครื่องยนต์หรือพาหนะที่ใช้ เครื่องจักรไอน้ำที่นักเรียนรู้จัก (นักเรียน ตอบจากประสบการณ์ของตนเอง นักเรียนอาจตอบว่ารถไฟไอน้ำใน สมยั ก่อน) • เครื่องจักรไอน้ำทำงานอย่างไร (ต้มน้ำให้ เดือด แรงจากไอน้ำจะไปทำให้วัตถุ เคลื่อนท่ไี ด)้ • กำลัง 700 แรงม้า หมายความว่าอะไร (มกี ำลงั เทา่ กับม้า 700 ตวั ) 2. ให้นักเรียนอ่านคำสำคัญ ทำกิจกรรมทบทวน ความรู้ก่อนเรียนเพื่อประเมินความรู้พื้นฐาน ของนักเรียนเกี่ยวกับแรง แล้วร่วมกันอภิปราย เพื่อให้ได้คำตอบที่ถูกต้อง หากพบว่านักเรียนยังมีความรู้พื้นฐานไม่ถูกต้อง ครูควรทบทวนหรือแก้ไขความเข้าใจผิด ของนกั เรียน เพือ่ ให้นกั เรียนมคี วามรพู้ ้ืนฐานท่ถี ูกต้องและเพียงพอทจี่ ะเรยี นเร่ืองงานและกำลังตอ่ ไป สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

11 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน ค่มู ือครูรายวชิ าพน้ื ฐานวิทยาศาสตร์ เฉลยทบทวนความรกู้ อ่ นเรียน จากสถานการณ์ต่อไปนีใ้ หเ้ ขียนลูกศรระบทุ ิศทางของแรงท่คี นกระทำต่อวตั ถุ 1) ผลักโตะ๊ 2) ลากรถเขน็ 3) ออกแรงดึงวตั ถุท่วี างบนโต๊ะล่ืน สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 12 คู่มอื ครรู ายวชิ าพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ 2. ตรวจสอบความรู้เดิมของนักเรียนเกี่ยวกับงาน โดยให้ทำกิจกรรมรู้อะไรบ้างก่อนเรียน นักเรียนสามารถเขียนได้ตาม ความเขา้ ใจของตนเองโดยครไู ม่เฉลยคำตอบ ครูควรรวบรวมแนวคิดคลาดเคลอ่ื นที่พบไปใช้ในการวางแผนการจัดการ เรียนรแู้ ละแก้ไขแนวคิดเหล่านนั้ ให้ถูกตอ้ ง ตวั อย่างแนวคิดคลาดเคลือ่ นซึ่งอาจพบในเรอื่ งน้ี • การแบกวัตถหุ รอื ถือถุงใส่วตั ถุแล้วเดนิ ไปบนพ้นื ราบถือว่าเกิดงาน เพราะวตั ถุมีการเคล่ือนทไี่ ป • การออกแรงผลกั วตั ถแุ ลว้ วัตถุไมเ่ คล่ือนที่หรือพยายามยกส่งิ ของแตย่ กไม่ข้นึ ถือวา่ เกิดงานเพราะมกี าร ออกแรงกระทำกับวัตถุ • คน สตั ว์ หรอื เครอื่ งยนต์ท่ีขนาดใหญม่ กี ำลังมากกวา่ คน สตั ว์ หรอื เครือ่ งยนต์ท่ีมีขนาดเล็กกวา่ เสมอ เพราะน่าจะมีแรงมากกวา่ 3. นำเข้าสู่กิจกรรมที่ 5.1 ทำอย่างไรจึงจะเกิดงาน โดยใช้คำถามว่า งานในความหมายทั่วไปกับงานทางวิทยาศาสตร์ แตกต่างกันหรอื ไม่ อยา่ งไร สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

13 หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน คู่มือครูรายวชิ าพ้นื ฐานวทิ ยาศาสตร์ กจิ กรรมท่ี 5.1 ทำอย่างไรจึงจะเกิดงาน แนวการจัดการเรียนรู้ ครดู ำเนินการดงั นี้ กอ่ นการทำกิจกรรม (10 นาที) 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ตอ่ ไปน้ี • กิจกรรมนเ้ี ก่ยี วกับเร่อื งอะไร (งานในทางวิทยาศาสตร์) • กจิ กรรมนม้ี จี ดุ ประสงค์อะไร (วิเคราะห์และระบุงานทางวทิ ยาศาสตร์ทเ่ี กิดจากแรงท่ีกระทำต่อวัตถุในสถานการณ์ ตา่ ง ๆ) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (อ่านข้อมูลสถานการณ์ที่กำหนดให้ เขียนเวกเตอร์แสดงทิศทางของ แรงที่กระทำต่อวัตถุและทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ วิเคราะห์ว่าในแต่ละสถานการณ์เกิดงานทางวิทยาศาสตร์ หรือไม่ จากนั้นสบื คน้ งานทางวิทยาศาสตร์ แลว้ เปรียบเทยี บกับผลการวิเคราะห์งานทางวิทยาศาสตร์) • นักเรียนต้องสังเกตหรือรวบรวมอะไรบ้าง (ตำแหน่งที่แรงกระทำต่อวัตถุ ทิศทางของแรงที่กระทำต่อวัตถุ และ ทิศทางการเคลือ่ นทข่ี องวัตถุ การเกิดงานทางวิทยาศาสตร์) ระหว่างการทำกจิ กรรม (30 นาที) 2. ให้นักเรียนแต่ละคนทำกิจกรรมโดยครูสังเกตการทำกิจกรรมของนักเรียน พร้อมทั้งให้คำแนะนำหากนักเรียนมี ข้อสงสยั เกี่ยวกบั การเขียนเวกเตอร์แสดงทศิ ทางของแรงที่คนกระทำต่อวตั ถุและทิศทางการเคล่ือนทข่ี องวัตถุ หลงั การทำกจิ กรรม (20 นาที) 3. ใหน้ ักเรียนตอบคำถามท้ายกจิ กรรม จากนัน้ สมุ่ นกั เรยี นเสนอผลการวิเคราะห์และระบุงานทางวิทยาศาสตร์ท่ีเกิดจาก แรงที่กระทำต่อวัตถุในสถานการณ์ต่าง ๆ จากนั้นร่วมกันอภิปรายเพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า งานใน ความหมายทวั่ ไปกับงานทางวิทยาศาสตร์แตกต่างกัน โดยงานทางวิทยาศาสตร์เปน็ ผลของแรงที่กระทำต่อวัตถุ ทำให้ วตั ถุเคล่อื นท่ไี ปในแนวเดียวกบั ทศิ ทางของแรง แตถ่ ้าวตั ถไุ มเ่ คล่อื นทหี่ รือเคลอ่ื นทีต่ ง้ั ฉากกับแนวแรงจะไม่เกดิ งานทาง วทิ ยาศาสตร์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 14 คู่มอื ครูรายวชิ าพนื้ ฐานวิทยาศาสตร์ 4. ให้นกั เรยี นเรยี นรู้เพิ่มเตมิ โดยอา่ นเนือ้ หาในหนังสือเรยี น หน้า 6-7 เพอ่ื ให้ได้ข้อสรุปว่า งานในทางวิทยาศาสตร์เป็น ผลของแรงทีท่ ำใหว้ ัตถุเคล่อื นที่ไปในแนวเดยี วกบั ทิศทางของแรง โดยงานจะมคี ่ามากหรือนอ้ ยขน้ึ อย่กู ับขนาดของแรง และขนาดของการกระจดั ในแนวเดียวกับแรง สามารถคำนวณได้จากสมการ W = Fs เป็นปรมิ าณสเกลาร์ มีหน่วยใน ระบบ SI เป็น นวิ ตนั เมตร หรือจลู (J) การคำนวณงานต้องคำนงึ ถึงทศิ ทางของแรงและทิศทางการเคล่อื นที่ ถา้ ทศิ ทาง ของแรงและทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุเป็นทิศทางเดียวกัน ค่าของงานที่ได้จะกำหนดให้มีค่าเป็นบวก ถ้าทิศทาง ของแรงและทศิ ทางการเคลอื่ นท่ีของวตั ถมุ ที ิศทางตรงกันขา้ ม คา่ ของงานทีไ่ ด้จะกำหนดให้มคี า่ เป็นลบ 5. ให้นกั เรียนเรียนรู้เพ่ิมเติม โดยอ่านเกร็ดความรู้และศึกษาการคำนวณงานทางวิทยาศาสตรจ์ ากตวั อย่างโจทย์ จากน้ัน ตอบคำถามชวนคดิ และรว่ มอภปิ รายเก่ยี วกบั คำตอบของนักเรยี น ความรูเ้ พิ่มเติมสำหรับครู เมอ่ื มแี รงกระทำต่อวตั ถุ ทำให้วตั ถเุ คล่ือนที่ไปโดยทิศทางของแรงทำมมุ กับแนวการเคลื่อนที่ดังรปู จะเกิดงาน ���⃑��� ���⃑��� ������ เม่อื ออกแรง ���⃑��� ลากวตั ถุไปเปน็ ระยะทาง ������ สามารถหางานของแรง ���⃑��� ได้โดยแตกแรง ���⃑��� ออกเป็น 2 แรงท่ตี ั้งฉากกนั คือ ���⃑���x และ ���⃑���y ���⃑���y ���⃑��� ���⃑���y ���⃑��� ���⃑���x ���⃑���x ������ งานที่ได้เกิดจากแรง ���⃑���x เพราะ ���⃑���x และ ������ อยู่ในแนวเดียวกัน ส่วนแรง ���⃑���y ไม่เกิดงาน เพราะแรง ���⃑���y ตั้งฉากกับ ������ ดังนั้น งานของแรง ���⃑��� จะมีค่าเท่ากับ ���⃑���x ������ สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

15 หน่วยท่ี 5 | งานและพลังงาน คู่มอื ครูรายวิชาพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยชวนคดิ • คนลากกลอ่ งด้วยแรง 20 นิวตัน ไปขา้ งหน้า 10 เมตร งานเนอ่ื งจากแรงทล่ี ากกลอ่ งเปน็ เทา่ ใด แนวคำตอบ เม่ือ W คอื งาน F คอื แรงกระทำตอ่ วตั ถุ และ ������ คือ การกระจดั ตามแนวแรง หางานไดจ้ ากในการลากกลอ่ งไปข้างหนา้ จาก A ไป B ดงั รปู 10 m หางานไดจ้ ากความสัมพนั ธ์ W = Fs 20 N 20 N = 20 N x 10 m = 200 N m หรอื 200 J AB ดังนน้ั งานท่ที ำในการลากกลอ่ งเทา่ กบั 200 จลู • คนแบกกล่องหนัก 15 นิวตัน เดินไปทางทิศตะวันออก 5 เมตร แล้วเดินไปทางทิศเหนืออีก 4 เมตร งานเน่อื งจากแรงทแ่ี บกกลอ่ งเปน็ เท่าใด แนวคำตอบ การแบกกล่อง แรงมีทิศขึ้น แต่วัตถุเคลื่อนที่ได้การกระจัดในแนวราบ ทำให้ทิศทางของแรงและ ทิศทางการเคลื่อนทตี่ ง้ั ฉากกนั ดงั นน้ั งานเน่อื งจากแรงทแ่ี บกกลอ่ งจึงมีคา่ เทา่ กับศูนย์ • นักเรียนถือหนังสือเรียนหนัก 20 นิวตัน ขึ้นลิฟท์จากชั้น 1 ไปยังชั้น 4 ซึ่งอยู่สูงจากพื้น 12 เมตร งานเนอื่ งจากแรงทนี่ กั เรยี นถอื หนังสอื เป็นเทา่ ใด แนวคำตอบ หางานได้จากความสมั พนั ธ์ W = Fs 20 N = 20 N x 12 m = 240 N m หรอื 240 J 12 m ชั้น 4 ดงั น้ัน งานเน่ืองจากแรงถือหนงั สือเป็น 240 นิวตัน เมตร หรือ 240 จูล 20 N ชน้ั 1 สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 16 คูม่ อื ครูรายวิชาพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยชวนคดิ • นักเรียนจัดห้องโดยเข็นตู้เก็บของด้วยแรง 50 นิวตัน จากมุมห้องด้านหนึ่งไปยังมุมห้องด้านตรงข้ามได้ ระยะทาง 6 เมตร จากนนั้ นักเรยี นเปลย่ี นใจเข็นต้เู กบ็ ของกลบั มาไว้ทม่ี ุมเดมิ ด้วยแรงเท่าเดิม งานเน่อื งจาก แรงทกี่ ระทำตอ่ ตูเ้ กบ็ ของเป็นเท่าใด แนวคำตอบ หางานไดจ้ ากความสัมพนั ธ์ W = Fs งานทท่ี ำในการเข็นตูต้ อนแรก W = 50 N x 6 m = 300 N m หรือ 300 J 50 N 50 N 6m งานท่ที ำในการเข็นต้ตู อนหลัง W = 50 N x 6 m = 300 N m หรือ 300 J 50 N 50 N 6m นัน่ คือ งานท่ที ำทั้งหมดเปน็ 300 J + 300 J = 600 J ดงั น้ัน งานเนอื่ งจากแรงท่กี ระทำตอ่ ตเู้ กบ็ ของเป็น 600 จูล 6. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายสรปุ เกี่ยวกับงานในทางวิทยาศาสตร์ เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า เมื่อออกแรงกระทำต่อวัตถุทำ ให้วัตถุเคลื่อนที่ตามแนวแรง ทำให้เกิดงาน (Work: W ) ในความหมายทางวิทยาศาสตร์ งานจะมีค่ามากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับขนาดของแรง (Force : F) และขนาดของการกระจัด (s) ในแนวเดียวกับแรง ตามความสัมพันธ์ W = Fs งานมีหน่วยเปน็ นวิ ตนั เมตรหรือจลู 7. ถ้าพบว่านักเรียนมีแนวคดิ คลาดเคลอ่ื นเก่ียวกบั เรื่องน้ีจากการตอบคำถามก่อนเรยี น ระหว่างเรียน หรืออาจตรวจสอบ โดยใชก้ ลวธิ ีต่าง ๆ ให้ครแู ก้ไขแนวคดิ คลาดเคล่ือนนน้ั ใหถ้ กู ตอ้ ง เชน่ สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

17 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน คูม่ ือครูรายวิชาพืน้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ แนวคดิ คลาดเคลอ่ื น แนวคดิ ทีถ่ ูกตอ้ ง การแบกวัตถุหรือถือถุงใส่วัตถุแล้วเดินไปบนพื้นราบ การแบกวัตถุหรือถือถุงใส่วัตถุแล้วเดินไปบนพื้นราบ ถอื วา่ เกดิ งานเพราะวตั ถุมกี ารเคลอ่ื นท่ีไป ถือว่าไม่เกิดงานเพราะวัตถุไม่มีการเคลื่อนที่ไปตามแนว (สสวท, 2561) แรงคือมีทิศทางในแนวดิ่ง แต่วัตถุเคลื่อนที่ไปตาม แนวราบ ทศิ ทางของแรงและทิศทางของการกระจัด ต้ังฉากกนั การออกแรงผลักวัตถุแลว้ วัตถุไม่เคลื่อนท่ีหรือพยายามยก การออกแรงผลักวัตถุแล้ววัตถุไม่เคลอื่ นท่ีหรือพยายามยก สิ่งของแต่ยกไม่ขึ้นถือว่าเกิดงานเพราะมีการออกแรง สิ่งของแต่ยกไม่ขึ้นถือว่าไม่เกิดงานเพราะวัตถุไม่มีการ กระทำกบั วตั ถุ (สสวท, 2561) เคล่ือนทไี่ ปตามแนวแรง 8. เชอ่ื มโยงไปสู่เรื่องกำลัง โดยอาจให้นักเรยี นหวิ้ ของเดนิ ขน้ึ บนั ได 2 ครงั้ โดยใชเ้ วลาตา่ งกัน จากน้ันให้นักเรียนร่วมกัน อภิปรายวา่ งานที่ทำท้งั หมดในการห้ิวของข้นึ บนั ไดและงานท่ีทำได้ต่อหนึ่งหน่วยเวลาแตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร 9. ใหน้ กั เรียนเรยี นร้เู ก่ียวกบั กำลัง โดยครอู าจใชว้ ธิ ีการสอนท่ีหลากหลาย เช่น การกำหนดคำถามให้นักเรียนหาคำตอบ อ่านเกรด็ น่ารู้ ศึกษาการคำนวณกำลงั จากตัวอยา่ งโจทย์ ทำกจิ กรรมชวนคดิ โดยใชเ้ นอ้ื หาในหนังสือเรยี นหนา้ 12-15 ประกอบ จากน้ันรว่ มกันอภปิ ราย เพอ่ื ให้ได้ขอ้ สรุปวา่ งานทีท่ ำในหนึ่งหนว่ ยเวลา เรียกว่า กำลัง (Power : P) โดยมี ความสมั พนั ธด์ ังสมการ P = ������ กำลังมีหนว่ ยในระบบ SI เป็น จลู ตอ่ วินาที (J/s) หรอื วตั ต์ (W) และนอกจากกำลังจะ ������ เกี่ยวขอ้ งกบั การทำงานแล้ว ยังเก่ียวขอ้ งกบั พลงั งานอ่ืน ๆ เชน่ เกย่ี วข้องกับพลังงานไฟฟ้าหรือพลังงานความร้อน สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลังงาน 18 คู่มือครรู ายวชิ าพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยชวนคิด • ชายคนหนึ่งดันรถที่จอดขวางให้เคลื่อนที่ได้ระยะทาง 3 เมตร ใช้เวลา 10 วินาที ถ้าออกแรงดัน 100 นิวตัน ชายคนน้ันมกี ำลงั เทา่ ใด แนวคำตอบ หากำลงั ได้จากความสมั พนั ธ์ ������ = ������ โดยหนว่ ยของเวลาเป็นวินาที������ จะได้ ������ = 100 N x 3 m 10s = 30 J/s หรือ 30 W ดังน้ัน ชายคนน้มี ีกำลังเท่ากับ 30 วัตต์ • รถทดลองคันหนึ่งมีกำลัง 60 วัตต์ ถ้ารถทดลองคันนี้เคลื่อนที่ได้ระยะทาง 3 เมตร ใช้เวลา 2 วินาที แรงขับเนอ่ื งจากเครื่องยนต์ที่ทำใหร้ ถทดลองเคล่อื นท่ีเป็นเทา่ ใด แนวคำตอบ หากำลงั ได้จากความสมั พนั ธ์ ������ = ������ โดยหน่วยของเวลาเป็นวนิ าที ������ แรงท่ขี ับหาได้จาก ������ = ������������ ������ นนั่ คอื ������ = ������������ ������ จะได้ = 60 W x 2 s 3m = 40 N ดังนน้ั แรงขบั เน่ืองจากเคร่อื งยนตท์ ่ีใหร้ ถทดลองเคลือ่ นท่ี เท่ากับ 40 นวิ ตนั • เคร่ืองยกของเคร่ืองหนงึ่ มีกำลัง 500 วตั ต์ ถา้ ยกสิ่งของช้นิ หน่ึงหนัก 600 นิวตนั ไดส้ ูง 3 เมตร จะใช้เวลา ในการยกสิง่ ของชน้ิ นเี้ ท่าใด แนวคำตอบ เวลาทใี่ ชใ้ นการยกสิง่ ของหาไดจ้ าก ������ = ������������ = ������������ ������ นั่นคอื ������ ������ จะได้ = 600 N x 3 m 500 W = 3.6 s ดังน้นั เครื่องยกของเครอื่ งน้ีใชเ้ วลาในการยกส่งิ ของ เทา่ กับ 3.6 วินาที สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

19 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน ค่มู ือครูรายวชิ าพน้ื ฐานวิทยาศาสตร์ 10. ถา้ พบว่านกั เรียนมแี นวคิดคลาดเคล่ือนเกย่ี วกับเร่อื งน้ีจากการตอบคำถามก่อนเรียน ระหวา่ งเรยี นหรืออาจตรวจสอบ โดยใชก้ ลวิธตี า่ ง ๆ ให้ครแู ก้ไขแนวคิดคลาดเคล่ือนน้ันให้ถูกต้อง เช่น แนวคิดคลาดเคลอื่ น แนวคิดทถี่ กู ต้อง คน สัตว์ หรือเครื่องยนต์ที่ขนาดใหญ่มีกำลังมากกว่าคน กำลังของคน สัตว์ หรือเครื่องยนต์จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่ สตั ว์ หรือเคร่อื งยนตท์ ี่มขี นาดเลก็ กวา่ เสมอ เพราะน่าจะมี กับปริมาณงานที่ทำได้ในหนึ่งหน่วยเวลา ไม่ได้ขึ้นกับ แรงมากกว่า (สสวท, 2561) ขนาดของคน สตั ว์ หรอื เครอื่ งยนตว์ ่ามขี นาดใหญห่ รือเลก็ 11. เชื่อมโยงเข้าสู่เรื่องที่ 2 เครื่องกลอย่างง่าย โดยใช้ภาพเกี่ยวกับการยกสิ่งของที่มีน้ำหนักมาก ๆ เช่น ยกรถยนต์ขึ้น รถบรรทกุ หรอื ยกต้สู นิ คา้ ลงจากเรือสินค้า แลว้ ใชค้ ำถามเพื่อให้นักเรียนรว่ มกันอภิปรายว่า การยกส่ิงของที่มีน้ำหนัก มาก ๆ เหล่านี้ทำไดอ้ ย่างไร โดยให้นกั เรียนตอบจากประสบการณเ์ ดมิ และแนวคิดของตนเอง เมอื่ ต้องการยกรถยนต์ข้นึ บนรถบรรทุก ควรใช้ อปุ กรณห์ รือเคร่ืองมือใดชว่ ย เพราะเหตุใด เมือ่ ต้องการยกตสู้ ินคา้ ลงเรือบรรทุก ควรใชอ้ ปุ กรณ์ หรือเคร่ืองมือใดช่วย เพราะเหตุใด สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน 20 คู่มอื ครูรายวิชาพ้นื ฐานวิทยาศาสตร์ เรอื่ งท่ี 2 เครอื่ งกลอย่างง่าย แนวการจดั การเรยี นรู้ ครูดำเนนิ การดังน้ี 1. นักเรียนดูภาพนำเรื่อง อ่านเนื้อหานำเรื่องและ คำสำคัญ ทำกิจกรรมทบทวนความรู้ก่อน เรียนเกี่ยวกับงานทางวิทยาศาสตร์ โดย วิเคราะห์ทิศทางของแรงที่กระทำต่อวัตถุกับ ทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ แล้วร่วมกัน อภิปรายเพือ่ ให้ได้คำตอบที่ถูกต้อง ถ้าครูพบว่า นักเรียนยังทำกิจกรรมทบทวนความรู้ก่อน เรียนไม่ถูกต้อง ครูควรทบทวนหรือแก้ไขความ เข้าใจผิดของนักเรียน เพื่อให้นักเรียนมีความรู้ พื้นฐานที่ถูกต้องและเพียงพอที่จะเรียนเรื่อง เครอ่ื งกลอย่างงา่ ยต่อไป สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

21 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน ค่มู อื ครูรายวชิ าพื้นฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยทบทวนความรกู้ อ่ นเรยี น เขียนเครือ่ งหมาย √ หน้าสถานการณท์ เี่ กดิ งานในทางวทิ ยาศาสตร์ และเขียนเครื่องหมาย × หน้าสถานการณ์ ท่ีไมเ่ กิดงานในทางวิทยาศาสตร์  คนยนื ถอื ถงั นำ้ มีงานเนื่องจากแรงท่ีถอื ถังนำ้  คนนัง่ ท่องหนังสือ มงี านเนื่องจากการอา่ นหนงั สอื เพราะถงั นำ้ ไม่เคล่ือนท่ี เพราะไม่มแี รงกระทำตอ่ หนังสือ หนังสือไมเ่ คลื่อนที่  คนเขน็ รถเขน็ เดนิ ซื้อของในหา้ งมงี าน  คนเดนิ หว้ิ กระเปา๋ มีงานเนอื่ งจากแรงที่หวิ้ กระเปา๋ เนื่องจากแรงทดี่ นั รถเข็น เพราะกระเป๋าไม่เคลื่อนทไ่ี ปตามทศิ ทางของแรงหรอื กระเป๋า เพราะรถเขน็ เคลื่อนที่ไปตามทศิ ทางของแรง เคลอ่ื นที่ไปตามแนวราบ ซึ่งต้ังฉากกับทิศทางของการกระจัด 2. ตรวจสอบความรู้เดิมของนักเรียนเกี่ยวกับเครื่องกลอย่างง่ายโดยให้ทำกิจกรรมรู้อะไรบ้างก่อนเรียน ซึ่งนักเรียน สามารถเขียนได้ตามความเข้าใจของตนเอง โดยที่ครูไม่เฉลยคำตอบ ครูควรรวบรวมแนวคิดคลาดเคลื่อนที่พบเพื่อ นำไปใช้ในการวางแผนการจดั การเรยี นรู้และแก้ไขแนวคดิ เหล่านัน้ ใหถ้ กู ต้อง ตัวอยา่ งแนวคิดคลาดเคล่อื นซง่ึ อาจพบในเร่อื งน้ี • อปุ กรณ์ท่ใี สส่ งิ่ ของเพ่อื เคลอื่ นย้ายไปในที่ต่าง ๆ เช่น ถุงพลาสติกเป็นอุปกรณ์ทีช่ ว่ ยผอ่ นแรง • การใชพ้ ืน้ เอยี งในการลำเลยี งของขึ้นทีส่ งู ย่งิ มีพืน้ เอียงความยาวมากยงิ่ ผ่อนแรงน้อย • การใชค้ านงดั วตั ถคุ วรใช้คานส้ัน ถา้ ต้องการออกแรงน้อย • รอกทุกชนิดช่วยผอ่ นแรงในการยกของข้นึ ทีส่ ูง • ลกู บดิ ประตชู ่วยใหท้ ำงานสะดวกแต่ไมไ่ ดช้ ว่ ยผ่อนแรงเพราะไมม่ สี ่วนประกอบทีท่ ำหนา้ ทีช่ ่วยผอ่ นแรงได้ สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน 22 ค่มู ือครูรายวิชาพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ 3. ครูอาจใช้สื่อวิดีทัศน์แม่แรง https://www.youtube.com/watch?v=ygy_qMZVcHQ หรืออาจนำแม่แรงที่ใช้ใน รถยนต์มาให้นักเรียนทดลองยกสิ่งของที่มีน้ำหนักมาก จากนั้นใช้คำถามเกี่ยวกับการใช้แม่แรงยกรถยนต์หรือสิ่งของ เพอื่ ใหล้ อยพ้นพน้ื ดนิ ว่า แมแ่ รงมปี ระโยชน์อย่างไร เพอ่ื ใหไ้ ดข้ ้อสรุปว่า แมแ่ รงทำใหเ้ ราออกแรงน้อยลง และสามารถ ทำงานไดส้ ะดวกรวดเรว็ ขึ้น โดยแม่แรงจัดเปน็ เครื่องกลอย่างงา่ ยชนิดหนง่ึ 4. ใหน้ กั เรยี นอา่ นเนอ้ื หาเกย่ี วกับการผอ่ นแรงในการเคล่ือนย้ายกล่องหนัก ๆ ในหนังสอื เรยี นหน้า 17 ใหน้ ักเรยี นร่วมกัน อภิปรายจากภาพว่า ในการเคลื่อนย้ายกล่องจากพื้นขึ้นไปไว้บนท้ายรถบรรทุกจะต้องใช้อุ ปกรณ์ใดบ้าง และถ้า เปรียบเทยี บการออกแรงเม่อื ใช้และไม่อปุ กรณ์ดงั กล่าว แรงที่ใช้ในการลากกล่องจะเทา่ กับแรงทย่ี กกล่องหรือไม่ 5. นำเข้าสู่กิจกรรมท่ี 5.2 เครื่องกลอย่างง่ายทำงานอย่างไร โดยตั้งคำถามให้นักเรียนร่วมกันอภิปราย เกี่ยวกับ เครือ่ งกลอย่างงา่ ยในชวี ติ ประจำวันท่ีนกั เรียนรจู้ ักวา่ มีอะไรบา้ ง มีหลักการทำงานอย่างไร จงึ ช่วยผอ่ นแรงของเราและ ชว่ ยใหเ้ ราทำงานสะดวกและรวดเร็วขน้ึ ได้ โดยครยู งั ไม่เฉลยคำตอบ สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

23 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน คมู่ ือครรู ายวิชาพ้นื ฐานวทิ ยาศาสตร์ กจิ กรรมท่ี 5.2 เคร่อื งกลอย่างงา่ ยทำงานอย่างไร ตอนที่ 1 พื้นเอียง แนวการจัดการเรยี นรู้ ครดู ำเนนิ การดงั น้ี http://ipst.me/9888 ก่อนการทำกจิ กรรม (10 นาที) 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดงั ต่อไปนี้ • กิจกรรมน้เี กย่ี วกับเรื่องอะไร (หลกั การทำงานของพนื้ เอียง) • กจิ กรรมนมี้ จี ดุ ประสงค์อะไร (สงั เกตและอธบิ ายหลักการทำงานของพ้ืนเอียง) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (ออกแรงดึงรถทดลองให้สูงขึ้นจากพื้นในแนวดิ่งด้วยความเร็วคงที่ เป็นระยะทาง 30 เซนตเิ มตร อ่านค่าของแรงจากเครื่องชงั่ สปริง จากน้ันออกแรงดึงรถทดลองไปบนพ้ืนเอียงท่ีเป็น ไม้กระดานด้วยความเร็วคงที่เป็นระยะทาง 40 เซนติเมตร และ 80 เซนติเมตร แล้วอ่านค่าของแรงจากเครื่องช่ัง สปริงในการเคลื่อนที่ทั้งสองครั้ง คำนวณงาน และเปรียบเทียบแรงและงานเนื่องจากแรงที่ใช้ดึงรถทดลองใน แนวดิ่งและบนพื้นเอียงเพื่อให้สามารถสรุปได้ว่า แรงที่ใช้และงานที่ทำในการดึงรถทดลองแต่ละกรณีแตกต่างกัน หรอื ไม่ อยา่ งไร และถ้าต้องการออกแรงให้น้อยลงควรทำอย่างไร) • ข้อควรระวังในการทำกิจกรรมมีหรือไม่ อย่างไร (การดึงเครื่องชั่งสปริงบนพื้นเอียงควรให้แนวแรงขนานกับ พ้ืนเอียงตลอดระยะทางท่ีรถทดลองเคลื่อนท่ี เพือ่ ให้ค่าของแรงทอี่ ่านไดม้ ีความเท่ียง) • นกั เรยี นต้องสงั เกตหรือรวบรวมข้อมลู อะไรบา้ ง (ค่าของแรงจากเครื่องชัง่ สปรงิ ช่วงท่ีรถทดลองกำลังเคล่ือนท่ีทั้งใน แนวดิ่งและแนวขนานพื้นเอียง ระยะทางที่ถุงทรายและเครื่องชั่งสปริงเคลื่อนที่ ทิศทางของแรงและทิศทาง การเคลอื่ นท่)ี ระหวา่ งการทำกิจกรรม (20 นาที) 2. ให้นักเรียนวางแผนการทำงานกลุ่ม เพื่อออกแบบตารางบันทึกผลการทำกิจกรรม โดยครูเดินสังเกตการทำกิจกรรม ของนักเรียนแต่ละกลุ่มและให้คำแนะนำหรืออภิปรายร่วมกับนักเรียนในแต่ละกลุ่ม เพื่อปรับปรุงตารางบันทึกผลให้ สามารถบันทึกข้อมูลได้ครบถ้วนและเข้าใจได้ง่าย เมื่อนักเรียนมีข้อสงสัย ครูควรรวบรวมข้อมูลเห ล่านั้นเพื่อใช้ ประกอบการอภิปรายหลงั จากทำกจิ กรรม สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลังงาน 24 คมู่ อื ครรู ายวชิ าพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ หลงั การทำกจิ กรรม (15 นาที) 3. ใหน้ ักเรยี นแตล่ ะกลมุ่ เสนอผลการทำกิจกรรม ตอบคำถามทา้ ยกจิ กรรม และรว่ มกันอภิปรายสรุปผลของกิจกรรมโดยใช้ คำถามท้ายกิจกรรมเป็นแนวทาง เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า ในการดึงรถทดลองให้เคลื่อนที่ขึ้นไปตามพื้นเอียง จะออกแรงน้อยกว่าการดึงรถทดลองข้ึนในแนวดิ่ง โดยยิง่ ระยะทางตามพื้นเอยี งมากข้ึน แรงท่ีใช้ก็จะยิ่งน้อยลง แต่งาน ที่ทำจะเท่ากันไม่ว่าจะดึงรถทดลองขึ้นตรง ๆ หรือดึงตามแนวพื้นเอียง ดังนั้นพื้นเอียงจึงเป็นเครื่องกลอย่างง่ายที่ผ่อน แรงแต่ไมผ่ ่อนงาน 4. ให้นักเรียนร่วมกันยกตัวอย่างเหตุการณ์การใช้งานพื้นเอียงเพื่อช่วยผ่อนแรงในชีวิตประจำวัน พร้อมทั้งอธิบายว่า เพราะเหตใุ ดพื้นเอียงจึงชว่ ยผ่อนแรงในสถานการณ์ดังกลา่ ว จากนั้นนำเข้าสู่กิจกรรมท่ี 5.2 ตอนท่ี 2 คาน โดยอาจใช้ คำถามว่า นักเรียนรู้จักเครื่องกลประเภทคานหรือไม่ ให้ช่วยกันยกตัวอย่าง หรือครูอาจนำที่เปิดขวดน้ำอัดลมมาให้ นักเรียนร่วมกนั อภปิ รายวิธีใช้และประโยชนท์ ่ไี ด้ตามความเขา้ ใจของนักเรียน โดยครูไมเ่ ฉลยคำตอบ ตอนที่ 2 คาน แนวการจดั การเรยี นรู้ ครดู ำเนนิ การดังนี้ http://ipst.me/9887 กอ่ นการทำกจิ กรรม (10 นาที) 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดงั ตอ่ ไปน้ี • กิจกรรมนี้เกย่ี วกบั เรอื่ งอะไร (หลักการทำงานของคาน) • กจิ กรรมน้ีมีจุดประสงคอ์ ะไร (สังเกตและอธบิ ายหลกั การทำงานของคาน) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (ดึงถุงทรายด้วยเครื่องชั่งสปริงให้สูงจากพื้นในแนวดิ่งด้วยความเร็ว คงทเ่ี ปน็ ระยะทาง 10 เซนติเมตร อา่ นคา่ ของแรงจากเคร่ืองชง่ั สปริง จากนั้นแขวนถุงทรายไว้ด้านใดด้านหนึ่งของ ไม้เมตรที่แขวนในแนวระดับ โดยแขวนถุงทรายห่างจุดที่แขนไม้เมตร 20 เซนติเมตร ดึงเครื่องชั่งสปริงที่เกี่ยวกับ เชือกที่บริเวณปลายไม้เมตรด้านตรงข้ามกับถุงทรายเพื่อให้ไม้เมตรอยู่ในแนวระดับ แล้วจึงออกแรงดึงเครื่องชั่ง สปรงิ ใหถ้ งุ ทรายเคลื่อนท่ขี น้ึ ในแนวดิ่งด้วยความเรว็ คงท่ีเปน็ ระยะทาง 10 เซนตเิ มตร อา่ นคา่ ของแรงจากเคร่ืองชั่ง สปริงและระยะทางที่เครื่องชั่งสปริงเคลื่อนที่ได้ ทำซ้ำโดยเปลี่ยนตำแหน่งที่แขวนเชือกสำหรับเกี่ยวกับเครื่องช่ัง สปริง 3 ตำแหน่ง คำนวณงานและเปรียบเทียบแรงและงานเนื่องจากแรงที่ใช้ดึงถุงทรายในแนวดิ่งและดึงโดยใช้ คานเพื่อสรปุ ว่า แรงทใ่ี ช้และงานท่ีทำในการดึงถุงทรายแต่ละกรณีแตกตา่ งกันหรอื ไม่ อย่างไร และถ้าต้องการออก แรงให้นอ้ ยลงควรทำอย่างไร) • ข้อควรระวังในการทำกิจกรรมมีหรือไม่ อย่างไร (การดึงเครื่องชั่งสปรงิ ทุกครั้งควรให้แนวแรงอยู่ในแนวดิ่งและให้ ไมอ้ ยใู่ นระดบั ก่อนจึงอา่ นคา่ เพ่อื ให้ค่าของแรงทอ่ี า่ นไดม้ ีความเที่ยง) สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

25 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน คูม่ ือครรู ายวิชาพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ • นักเรียนต้องสังเกตหรือรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (ค่าของแรงจากเครื่องชั่งสปริงช่วงที่ถุงทรายกำลังเคลื่อนท่ี ระยะทางทถี่ งุ ทรายและเครือ่ งช่ังสปริงเคล่ือนท่ี ทิศทางของแรงและทศิ ทางการเคลื่อนท)ี่ ระหว่างการทำกิจกรรม (30 นาที) 2. ให้นักเรียนวางแผนการทำงานกลุ่ม เพื่อออกแบบตารางบันทึกผลการทำกิจกรรม โดยครูเดินสังเกตการทำกิจกรรม ของนักเรียนแต่ละกลุ่มและให้คำแนะนำหรืออภิปรายร่วมกับนักเรียนในแต่ละกลุ่ม เพื่อปรับปรุงตารางบันทึกผลให้ สามารถบันทึกข้อมูลได้ครบถ้วนและเข้าใจได้ง่าย เมื่อนักเรียนมีข้อสงสัย ครูควรรวบรวมข้อมูลเหล่านั้นเพื่อใช้ ประกอบการอภปิ รายหลงั จากทำกิจกรรม หลงั การทำกิจกรรม (15 นาที) 3. ให้นกั เรียนแตล่ ะกลุม่ เสนอผลการทำกจิ กรรม ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และรว่ มกันอภิปรายสรุปผลของกิจกรรมโดย ใชค้ ำถามท้ายกจิ กรรมเป็นแนวทาง เพ่อื ให้ได้ข้อสรปุ จากกิจกรรมว่า เม่ือใชค้ านดึงถุงทรายให้เคล่ือนที่ข้ึนในแนวด่ิง แรงที่ใช้น้อยกว่าการดึงถุงทรายให้เคลื่อนที่ในแนวดิ่งโดยตรง ถ้าระยะทางที่ออกแรงมากกว่าระยะทางที่ถุงทราย เคลื่อนที่ แรงที่ใช้ก็จะน้อยกว่าน้ำหนักของถุงทรายจัดเป็นการผ่อนแรง แต่งานของแรงที่ทำในการดึงถุงทรายให้ เคล่ือนทีข่ ้นึ จะเทา่ กันไม่ว่าจะดึงถงุ ทรายโดยตรงหรือดึงโดยใช้คาน ดงั นั้นคานจึงเปน็ เคร่ืองกลอย่างง่ายท่ีผ่อนแรงแต่ ไม่ผอ่ นงาน 4. ใหน้ ักเรยี นร่วมกนั ยกตัวอย่างเหตุการณ์การใช้คานเพ่ือชว่ ยผ่อนแรงในชีวิตประจำวนั พร้อมท้งั อธิบายวา่ เพราะเหตุใด คานจงึ ช่วยผอ่ นแรงในสถานการณด์ ังกลา่ ว จากนนั้ เช่อื มโยงสู่กิจกรรมที่ 5.2 ตอนที่ 3 รอก โดยอาจใช้คำถามว่า เม่ือ ต้องการยกวัตถุหนัก ๆ ขึ้นที่สูงนอกจากใช้พื้นเอียงและคานช่วยทำงานผ่อนแรงแล้ว ยังมีอุปกรณ์ใดช่วยผ่อนแรงได้ อีกบ้าง ตอนท่ี 3 รอก แนวการจดั การเรยี นรู้ ครูดำเนินการดังน้ี http://ipst.me/9889 กอ่ นการทำกจิ กรรม (10 นาที) 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดงั ตอ่ ไปน้ี • กจิ กรรมนี้เกย่ี วกับเรือ่ งอะไร (หลกั การทำงานของรอก) • กิจกรรมนม้ี ีจดุ ประสงค์อะไร (สังเกตและอธบิ ายหลักการทำงานของรอก) สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน 26 ค่มู อื ครูรายวิชาพ้ืนฐานวทิ ยาศาสตร์ • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (ดึงถุงทรายด้วยเครื่องชั่งสปริงให้สูงจากพื้นในแนวดิ่งด้วยความเร็ว คงท่ีเป็นระยะทาง 10 เซนติเมตร อ่านค่าของแรงจากเครื่องชั่งสปริง จากนั้นออกแรงดึงเครื่องชั่งสปริงในแนวดิง่ ให้ถุงทรายเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงท่ีเป็นระยะทาง 10 เซนติเมตร โดยใช้รอกแบบที่ 1 ซึ่งแขวนกับเพดานหรือ ขาตั้ง อ่านค่าของแรงจากเครื่องชั่งสปริงพร้อมวัดระยะทางที่เครื่องชั่งสปริงเคลื่อนที่ได้ และออกแรงดึงเครื่องชั่ง สปริงในแนวดิ่งให้ถุงทรายเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่เป็นระยะทาง 10 เซนติเมตร โดยใช้รอกแบบที่ 2 ซึ่งผูกกับ ถุงทราย แล้วอ่านค่าของแรงจากเครื่องชั่งสปริงพร้อมวัดระยะทางที่เครื่องชั่งสปริงเคลื่อนท่ีได้ คำนวณงาน และ เปรียบเทียบแรงและงานเนื่องจากแรงที่ใช้ดึงถุงทรายในแนวดิ่งและเมื่อใช้รอกดึงถุงทรายทั้ง 2 แบบเพื่อให้ สามารถสรุปได้ว่า แรงที่ใช้และงานที่ทำในการดึงถุงทรายแต่ละกรณีแตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร และถ้าต้องการ ออกแรงใหน้ ้อยลงควรทำอย่างไร) รอกแบบที่ 1 รอกแบบท่ี 2 • ข้อควรระวงั ในการทำกิจกรรมมีหรือไม่ อย่างไร (การดึงเครือ่ งชัง่ สปริงทุกครัง้ ควรให้แนวแรงในแนวดิ่ง เพื่อให้คา่ ของแรงทอี่ า่ นไดม้ ีความเที่ยง) • นักเรียนต้องสังเกตหรือรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (ค่าของแรงจากเครื่องชั่งสปริงช่วงที่ถุงทรายกำลังเคลื่อนที่ ระยะทางทถ่ี งุ ทรายและเคร่ืองชง่ั สปริงเคลื่อนที่ ทิศทางของแรงและทิศทางการเคลื่อนที่) ระหวา่ งการทำกิจกรรม (30 นาที) 2. ให้นักเรียนวางแผนการทำงานกลุ่ม เพื่อออกแบบตารางบันทึกผลการทำกิจกรรม โดยครูเดินสังเกตการทำกิจกรรม ของนักเรียนแต่ละกลุ่มและให้คำแนะนำหรืออภิปรายร่วมกับนักเรียนในแต่ละกลุ่ม เพื่อปรับปรุงตารางบันทึกผลให้ สามารถบันทึกข้อมูลได้ครบถ้วนและเข้าใจได้ง่าย เมื่อนักเรียนมีข้อสงสัย ครูควรรวบรวมข้อมูลเหล่านั้นเพื่อใช้ ประกอบการอภปิ รายหลงั จากทำกิจกรรม สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

27 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน คมู่ อื ครูรายวชิ าพ้นื ฐานวทิ ยาศาสตร์ หลังการทำกิจกรรม (15 นาที) 3. ใหน้ กั เรียนแต่ละกลุ่มเสนอผลการทำกจิ กรรม ตอบคำถามท้ายกจิ กรรม และร่วมกนั อภิปรายสรุปผลของกิจกรรมโดย ใช้คำถามท้ายกจิ กรรมเปน็ แนวทาง เพอ่ื ให้ได้ข้อสรปุ จากกจิ กรรมวา่ รอกแบบที่ 1 เป็นรอกเดย่ี วตายตัว เมอ่ื ดึงเชือก ให้เคลื่อนที่ลงด้วยระยะทางหนึ่ง ถุงทรายจะเคลื่อนที่ขึ้นด้วยระยะทางที่เท่ากัน แรงที่ใช้ดึงเครื่องชั่งสปริงจะเท่ากับ น้ำหนักของถุงทราย รอกเดี่ยวตายตัวจึงไม่ช่วยผ่อนแรงแต่ช่วยให้ทำงานสะดวกขึ้น รอกแบบที่ 2 เป็นรอกเดี่ยว เคลื่อนที่ เมื่อดึงเชือกให้รอกและถุงทรายเคลื่อนที่ แรงที่ใช้ดึงเครื่องชั่งสปริงจะน้อยกว่าน้ำหนักของถุงทราย แต่ ระยะทางที่ออกแรงดึงเครื่องชัง่ สปริงจะมากกว่าระยะทางที่ถุงทรายเคลื่อนที่ได้ ทำให้งานที่ทำในการดึงถุงทรายโดย ใชเ้ ท่ากับงานทีท่ ำในการดงึ ถงุ ทรายขึน้ โดยตรง รอกเด่ียวเคลอื่ นท่จี งึ ผอ่ นแรงแตไ่ ม่ผอ่ นงาน 4. ให้นักเรียนรว่ มกนั ยกตวั อย่างเหตุการณ์การใช้รอกเพื่อชว่ ยผ่อนแรงในชวี ติ ประจำวัน พรอ้ มทั้งอธบิ ายว่าเพราะเหตุใด รอกจึงช่วยผ่อนแรงในสถานการณ์ดังกล่าว จากนั้นเชื่อมโยงเข้าสู่ กิจกรรมที่ 5.2 ตอนที่ 4 ล้อและเพลา โดยครู นำเสนอสื่อการเรียนรู้การใช้ล้อและเพลา และอาจใช้คำถามเพื่อกระตุ้นความสนใจวา่ นักเรียนคิดว่าอุปกรณ์ในภาพ ชว่ ยผอ่ นแรงหรือไม่ อยา่ งไร ทีเ่ กบ็ สายยาง ตอนที่ 4 ล้อและเพลา แนวการจดั การเรียนรู้ ครดู ำเนนิ การดังน้ี http://ipst.me/9890 กอ่ นการทำกจิ กรรม (10 นาที) 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดงั ต่อไปน้ี • กิจกรรมนเ้ี กย่ี วกบั เรอื่ งอะไร (หลกั การทำงานของล้อและเพลา) • กจิ กรรมนมี้ ีจดุ ประสงค์อะไร (สังเกตและอธบิ ายหลกั การทำงานของลอ้ และเพลา) สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หน่วยที่ 5 | งานและพลงั งาน 28 คมู่ ือครูรายวชิ าพื้นฐานวิทยาศาสตร์ • วธิ ดี ำเนินกจิ กรรมมีข้นั ตอนโดยสรปุ อยา่ งไร (ออกแรงดึงถงุ ทรายให้สูงข้ึน จากพื้นในแนวดิ่งด้วยความเร็วคงที่เป็นระยะทาง 10 เซนติเมตร อ่านค่า ของแรงจากเครื่องชั่งสปริง สร้างล้อและเพลาจากขวดน้ำพลาสติก จากนั้นพันเชือกอย่างน้อย 2–3 รอบ บริเวณคอขวดแทนเพลา ปลาย เชือกผูกติดกับถุงทรายและพันเชือกบริเวณกลางขวดแทนล้อโดยพันใน ทิศทางตรงข้ามกัน และให้เชือกผูกติดกับเครื่องชั่งสปริง แล้วออกแรงดึง เครื่องชั่งสปริงให้ถุงทรายเคลื่อนที่ขึ้นด้วยความเร็วคงที่เป็นระยะทาง 10 เซนติเมตร อ่านค่าของแรงจากเครื่องชั่งสปริงและวัดระยะทางท่ี เครื่องชั่งสปริงเคลื่อนที่ได้ ทำซ้ำโดยเปลี่ยนขนาดของขวดพลาสติก ล้อและเพลาจากขวดพลาสติก เพื่อให้สามารถสรุปได้ว่า แรงที่ใช้และงานที่ทำในการดึงถุงทรายแตกต่าง กนั หรอื ไม่ อย่างไร และถา้ ต้องการ ออกแรงใหน้ ้อยลงควรทำอย่างไร) • ข้อควรระวังในการทำกิจกรรมมีหรือไม่อย่างไร (การดึงเครื่องชั่งสปริงทุกครั้งควรให้แนวแรงในแนวดิง่ เพื่อให้ค่า ของแรงท่ีอ่านได้มคี วามเทีย่ ง) • นักเรียนต้องสังเกตหรือรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (ค่าของแรงจากเครื่องชั่งสปริงช่วงที่ถุงทรายกำลังเคลื่อนท่ี ระยะทางที่ถงุ ทรายและเครอื่ งชั่งสปริงเคล่ือนที่ ทศิ ทางของแรงและทศิ ทางการเคลื่อนท่ี) ระหว่างการทำกิจกรรม (20 นาที) 2. ให้นักเรียนวางแผนการทำงานกลุ่ม เพื่อออกแบบตารางบันทึกผลการทำกิจกรรม โดยครูเดินสังเกตการทำกิจกรรม ของนักเรียนแต่ละกลุ่มและให้คำแนะนำหรืออภิปรายร่วมกับนักเรียนในแต่ละกลุ่ม เพื่อปรับปรุงตารางบันทึกผลให้ สามารถบันทึกข้อมูลได้ครบถ้วนและเข้าใจได้ง่าย เมื่อนักเรียนมีข้อสงสัย ครูควรรวบรวมข้อมูลเหล่านั้นเพื่อใช้ ประกอบการอภิปรายหลังจากทำกจิ กรรม หลังการทำกิจกรรม (15 นาที) 3. ให้นกั เรียนแตล่ ะกลุ่มเสนอผลการทำกิจกรรม ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมกันอภิปรายสรุปผลของกิจกรรมโดย ใช้คำถามท้ายกิจกรรมเป็นแนวทาง เพื่อให้ไดข้ ้อสรปุ จากกิจกรรมว่า เมื่อใช้ล้อและเพลาดงึ เครื่องชัง่ สปริงเพื่อให้ถุง ทรายเคลื่อนที่ขึ้น แรงที่ใช้ดึงจะน้อยกวา่ การดึงถุงทรายโดยตรงจัดเปน็ การผ่อนแรง แต่ระยะทางที่ออกแรงดึงเครือ่ ง ชั่งสปริงจะมากกว่าระยะทางที่ถุงทรายเคลื่อนที่ได้ ทำให้งานที่ในการดึงถุงทรายให้เคลื่อนท่ีขึน้ โดยล้อและเพลามคี ่า เทา่ กบั งานทที่ ำในการดงึ ถุงทรายใหเ้ คลื่อนท่ีข้ึนโดยตรง ดังนัน้ ลอ้ และเพลาจงึ เป็นเครื่องกลอย่างง่ายท่ีผ่อนแรงแต่ไม่ ผ่อนงาน นอกจากนี้นักเรียนควรสรุปเพิ่มเติมได้ว่า ในการออกแรงดึงเชือกที่พันรอบล้อเพื่อให้ถุงทรายที่ติดอยู่กับ เชือกทพ่ี ันรอบเพลาเคล่ือนท่ีนั้น ถา้ ตอ้ งการออกแรงดงึ เชือกให้น้อยลงทำได้โดยเพิ่มขนาดของล้อเพ่ือเพิ่มระยะทางที่ ออกแรงกระทำและลดขนาดของเพลาเพื่อลดระยะทางท่ีถุงทรายเคลื่อนที่ สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

29 หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน คู่มอื ครรู ายวชิ าพื้นฐานวิทยาศาสตร์ 4. ให้นักเรียนร่วมกันยกตัวอย่างเหตุการณ์การใช้ล้อและเพลาเพื่อช่วยผ่อนแรงในชีวิตประจำวันพร้อมทั้งอธิบายว่า เพราะเหตุใดลอ้ และเพลาจงึ ช่วยผอ่ นแรงในสถานการณ์ดังกลา่ ว 5. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับเครือ่ งกลอย่างง่ายจากกิจกรรมที่ 5.2 ทั้ง 4 ตอน เพื่อให้ได้ขอ้ สรุปว่า เครื่องกล อยา่ งง่าย ได้แก่ พ้ืนเอียง คาน รอก ล้อและเพลา ทำหน้าที่ช่วยผอ่ นแรงหรือเพือ่ ใหท้ ำงานไดส้ ะดวก แต่ไมผ่ อ่ นงาน 6. ใหน้ กั เรยี นรว่ มกันวเิ คราะห์และเปรียบเทียบเกยี่ วกับงานท่ใี ห้กบั เคร่ืองกลและงานท่ีไดจ้ ากเครือ่ งกลในกจิ กรรมที่ 5.2 โดยครูอาจใช้คำถามดงั ตอ่ ไปน้ี • การทำงานใดจัดเป็นงานที่ให้แก่เครื่องกล (ลากถุงทรายขึ้นไปตามพื้นเอียง ดึงคานให้เคลื่อนที่ลงเพื่อให้ถุงทราย เคล่ือนทขี่ ้นึ ดึงเชือกที่คล้องผา่ นรอกให้เคล่ือนที่เพ่อื ให้ถงุ ทรายเคลื่อนที่ขึ้น ดงึ เชอื กท่ีพนั รอบล้อเพ่ือให้ถุงทรายท่ี พนั รอบเพลาเคลื่อนท่ีข้ึน) • การทำงานใดจัดเป็นงานที่ได้จากเครื่องกล (ถุงทรายเคลื่อนที่สูงขึ้นเมื่อถูกลากไปตามพื้นเอียง ถุงทรายเคลื่อนท่ี สูงขึ้นเมื่อดึงปลายคานอีกด้านหนึ่งให้เคลื่อนที่ลง ถุงทรายเคลื่อนที่สูงขึ้นเมื่อดึงปลายเชือกที่คล้องผ่านรอก ถุงทรายเคล่ือนที่สงู ขึ้นเมอื่ ดงึ ปลายเชือกท่ีพันรอบล้อ) • เมื่อเปรียบเทียบงานที่ให้กับเครื่องกลและงานที่ได้จากเครื่องกล ผลที่ได้เป็นอย่างไร (งานที่ให้กับเครื่องกลมีค่า เทา่ กับงานท่ีไดจ้ ากเครื่องกล) 7. ให้นักเรียนเรยี นรู้เพิ่มเติมเก่ียวกบั งานที่ให้กับเคร่ืองกลและงานท่ีไดจ้ ากเคร่ืองกล โดยอ่านเนอื้ หาในหนังสือเรียนหน้า 24 และร่วมกันอภิปราย เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า งานที่ให้กับเคร่ืองกลเท่ากับงานที่ไดจ้ ากเครื่องกล แต่ในทางปฏิบตั ินน้ั มกี ารสญู เสียพลงั งาน ทำใหง้ านท่ไี ด้จากเคร่ืองกลนอ้ ยกว่างานท่ีให้กบั เคร่ืองกล 8. ครูให้ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกบั เคร่ืองกลอย่างง่ายว่า นอกจากพื้นเอียง คาน รอก ล้อและเพลาแล้ว ยังมีเครือ่ งกลอย่าง ง่ายอื่น ๆ อีก ได้แก่ สกรูและลิ่ม โดยครูอาจนำตัวอย่างสกรู เช่น ตะปูเกลียว แม่แรง และตัวอย่างลิ่ม เช่น ขวาน มาให้นักเรียนดูและใช้คำถามว่า นักเรียนคิดว่าตะปูเกลียว แม่แรงและขวาน มีหลักการทำงานอย่างไร โดยครูยังไม่ เฉลยคำตอบ 9. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องกลอย่างง่าย ได้แก่ พื้นเอียง คาน รอก ล้อและเพลา สกรู และลิ่ม โดยอ่าน เนอ้ื หาในหนังสือเรยี นหนา้ 25-34 ตลอดจนอ่านเกร็ดน่ารู้ ครคู วรเน้นเกี่ยวกับการทำงานของสกรูและลิ่ม โดยอาจใช้ คำถามเช่น • เพราะเหตุใดสกรูและลิ่มจึงช่วยผ่อนแรง (สกรูช่วยผ่อนแรงเพราะออกแรงน้อยที่ปลายคานเพื่อทำให้เกลียวหมุน 1 รอบ ซึ่งจะทำให้สกรูเคลื่อนที่ได้ระยะทาง 1 เกลียว เนื่องจากคานยาวกว่าระยะเกลียวในการหมุนสกรู 1 รอบ แรงที่กระทำต่อคานจึงน้อยกว่าแรงที่ได้จากสกรู ส่วนลิ่มช่วยผอ่ นแรงเพราะยิ่งลิ่มมีความสงู ของใบลิ่มมาก ๆ จะ ทำให้ระยะทางในการออกแรงมากและออกแรงกระทำน้อย) • เครอ่ื งทำนำ้ แข็งไสใช้กดนำ้ แข็งให้เป็นเกล็ดเล็ก ๆ มหี ลักการทำงานอย่างไร เก่ียวขอ้ งกบั เครื่องกลอย่างง่ายที่เคย รู้จักหรอื ไม่ (มหี ลักการทำงานของลอ้ และเพลาตรงมือหมนุ ผสมการทำงานของสกรูตรงทจี่ ับน้ำแขง็ ) สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 30 คมู่ อื ครรู ายวชิ าพนื้ ฐานวิทยาศาสตร์ • ขวานใช้ทำอะไร มีหลักการทำงานเหมือนหรือต่างจากลิ่มอย่างไร (ขวานใช้สำหรับทำให้วัตถุแยกออกจากกัน มหี ลกั การทำงานเหมอื นกับลมิ่ คือ ออกแรงที่ฐานสามเหลีย่ มแลว้ ให้ยอดของสามเหลี่ยมแยกวัตถอุ อกจากกัน) • ถ้าต้องการออกแรงน้อยลง ควรให้ลิ่มหรือขวานมีลักษณะอย่างไร (ทำให้ขวานมีความสูงของสามเหลี่ยมมาก ๆ จะทำให้ระยะทางในการออกแรงมากจงึ ออกแรงน้อยและช่วยผ่อนแรงในการแยกวตั ถุได้มาก) 10. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายสรุปเกี่ยวกับเครื่องกลอย่างง่าย เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า เครื่องกลอย่างง่ายสร้างขึ้นมาเพ่ือ ผ่อนแรงหรือทำให้ทำงานนั้น ๆ ได้สะดวกและรวดเร็วขึ้น โดยเครื่องกลอย่างง่ายสามารถนำไปประยุกต์ใช้ให้เกิด ประโยชน์ในชีวิตประจำวัน ได้แก่ พื้นเอียง คาน รอก ล้อและเพลา สกรู ลิ่ม ซึ่งมีหลักการสำคัญ คือ เมื่อไม่มีการ สูญเสียพลงั งานจะไดว้ ่า งานที่ไดจ้ ากเคร่ืองกลจะเท่ากบั งานท่ีให้กบั เคร่ืองกล โดยแรงที่กระทำต่อเครื่องกลจะเท่ากับ หรือน้อยกว่าแรงที่เครื่องกลกระทำต่อวัตถุโดยระยะทางในการออกแรงจะเท่ากับหรือมากกว่าระยะทางที่วัตถุ เคล่อื นทีไ่ ด้ 11. ใหน้ กั เรยี นตอบคำถามระหว่างเรียน และร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับคำตอบของนักเรียน เฉลยคำถามระหวา่ งเรยี น • คานท่มี นี ้ำหนกั นอ้ ยมาก มแี รงกระทำและจดุ หมนุ ดงั ภาพ คานทง้ั สองผ่อนแรงหรือไม่ อยา่ งไร แรงตา้ น แรงทเี่ รากระทำตอ่ คาน แรงทเ่ี รากระทำต่อคาน • จุดห•มุน จุดหมนุ แรงตา้ น แนวคำตอบ เม่อื ออกแรงให้คานเคล่ือนท่ี พิจารณาแรงท่ีเรากระทำตอ่ คานจากหลกั การทำงานของ เคร่อื งกล งานท่ีให้กับเครื่องกล = งานทีไ่ ดจ้ ากเคร่ืองกล แรงทเ่ี รากระทำต่อคาน x ระยะทางทคี่ านเคลื่อนท่ีตามแนวทีอ่ อกแรง = แรงทต่ี ้าน x ระยะทางท่ีคานเคล่ือนที่ ตามแนวทอ่ี อกแรง จากรูป ระยะทางที่คานเคลื่อนที่ตามแนวแรงที่เรากระทำต่อน้อยกว่าระยะทางที่คานเคลื่อนที่ในแนวของ แรงตา้ น จงึ ทำใหแ้ รงท่เี รากระทำตอ่ คานมากกว่าแรงต้าน คานท้งั สองจึงไม่ผ่อนแรง สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

31 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน คูม่ อื ครูรายวิชาพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยคำถามระหว่างเรยี น ระยะทางท่ีคาน แรงต้าน แรงทเ่ี รากระทำต่อคาน เคล่อื นท่ตี ามแนวแรง • ระยะทางท่คี านเคล่ือนที่ ต้าน ตามแนวแรงทเ่ี รากระทำ จดุ หมนุ แรงทเี่ รากระทำตอ่ คาน • ระยะทางท่ีคานเคล่ือนที่ แรงตา้ น ตามแนวแรงต้าน จุดหมุน ระยะทางทีค่ านเคล่อื นท่ี ตามแนวแรงท่ีเรากระทำ เฉลยคำถามระหวา่ งเรยี น • จากภาพ นักเรียนคิดว่าอุปกรณ์ต่อไปนี้ใช้หลักการของเครื่องกลชนิดใด และถ้าต้องการให้เครื่องกลนั้น ผอ่ นแรงมากขึน้ จะตอ้ งทำอยา่ งไร แนวคำตอบ ค้อนที่กำลังถอนตะปูใช้หลักการของคาน โดยออกแรงท่ี ปลายด้ามค้อนเพื่อถอนตะปูให้ออกจากชิ้นงาน ถ้าต้องการผ่อนแรงให้ มากขนึ้ ตอ้ งให้หวั ตะปูเขา้ ใกล้ส่วนหัวค้อนมากข้ึนหรือเพม่ิ ความยาวของ ด้ามค้อน แนวคำตอบ สิ่วแกะสลักใช้หลักการของลิ่ม ถ้าจะผ่อนแรงมากขึ้น ต้องทำให้สิ่วต้องมีปลายบางมากขน้ึ แนวคำตอบ ล้อและเพลาสำหรับเก็บเชือก ถ้าจะผ่อนแรงมากขึ้น ต้อง ลดขนาดเพลาหรือเพ่ิมขนาดของล้อ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน 32 คูม่ อื ครูรายวิชาพืน้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ ความรู้เพม่ิ เติมสำหรบั ครู เครื่องกลอย่างง่าย ทำหน้าที่ผ่อนแรงหรืออำนวยความสะดวกในการทำงาน แต่ไม่ผ่อนงาน เพราะถ้าไม่คิดแรงเสียดทาน งานท่ีใหก้ บั เคร่ืองกลและงานที่ได้จากเครื่องกลจะมีคา่ เทา่ กัน ดังน้นั ถา้ ตอ้ งการให้เครื่องกลผ่อนแรงจะตอ้ งใหร้ ะยะทางท่ีออกแรงมี คา่ มากกวา่ ระยะทางทเ่ี คร่ืองกลทำใหว้ ัตถเุ คลื่อนท่ี การผอ่ นแรงของเคร่อื งกลอาจพจิ ารณาจากหลกั การสมดุลของแรง โดยไดว้ า่ เมอ่ื เครือ่ งกลสมดุลตอ่ การเคลือ่ นท่ี แรงลัพธ์ จะมีค่าเป็นศูนย์ นั่นคือ ผลรวมของแรงในทิศทางขึ้นเท่ากับ ผลรวมของแรงในทิศทางลง และผลรวมของแรงในทิศทางซ้ายจะ เทา่ กับผลรวมของแรงในทศิ ทางขวา เครื่องกลจะผ่อนแรงเม่ือแรงทกี่ ระทำต่อเครอ่ื งกลน้อยกว่าน้ำหนักวัตถุหรือแรงต้าน รอกกับสมดุลของแรง เมอื่ ใช้รอกเด่ยี วตายตัวยกวตั ถหุ นกั ���⃑⃑⃑⃑���⃑ โดยใหแ้ รงทดี่ งึ เชอื กเปน็ ⃑���⃑��� รอกเด่ียวตายตัว เม่ือวัตถุสมดลุ ตอ่ การเคลอ่ื นท่ี คิดทวี่ ัตถุแรงลัพธเ์ ปน็ ศูนย์ ⃑���⃑��� ���⃑⃑��� ดังนัน้ ผลรวมของแรงทิศทางข้นึ = ผลรวมของแรงทิศทางลง ������ = ������ น่นั คือ แรงท่กี ระทำเท่ากบั นำ้ หนกั ของวตั ถุ รอกเดยี่ วตายตัว จึงไมผ่ อ่ นแรง ���⃑⃑⃑⃑���⃑ เมือ่ ใชร้ อกเดีย่ วเคล่อื นที่ทม่ี นี ้ำหนกั นอ้ ยมากยกวัตถุหนกั ���⃑⃑⃑⃑���⃑ โดยให้แรงท่ดี งึ เชอื กเป็น ���⃑⃑��� รอกเด่ยี วเคล่อื นที่ เมื่อรอกสมดลุ ต่อการเคลือ่ นที่ คิดที่รอกและวัตถุ แรงลพั ธจ์ ะเป็นศนู ย์ ⃑���⃑��� ⃑���⃑��� ดงั นน้ั ผลรวมของแรงทิศทางขน้ึ = ผลรวมของแรงทศิ ทางลง เมือ่ ไมค่ ิดนำ้ หนกั ของรอก 2������ = ������ ������ = ������ 2 นน่ั คือ แรงทกี่ ระทำเท่ากบั คร่ึงหนง่ึ ของนำ้ หนกั วัตถุ รอกเด่ียวเคลือ่ นที่จงึ ผ่อนแรง ⃑���⃑⃑⃑���⃑ การผ่อนแรงของเครื่องกล นอกจากจะพิจารณาจากเรื่องของงานและสมดุลของแรงแล้ว อาจพิจารณาจากหลักการของ โมเมนต์ของแรงได้ด้วย ซึ่งโมเมนต์ของแรงหาได้จากผลคูณของแรงและระยะทางตั้งฉากจากจุดหมุนไปยังแนวแรง ในกรณีท่ี เครื่องกลสมดุลต่อการหมุน คือ ไม่หมุนหรือหมุนด้วยอตั ราเร็วเชิงมุมคงที่จะได้ว่า ผลรวมของโมเมนต์ของแรงในทิศทางตามเข็ม นาฬิกามีค่าเท่ากับผลรวมของโมเมนต์ของแรงในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา ดังนั้นถ้าต้องการให้เครื่องกลผ่อนแรงต้องจัดให้แรงท่ี กระทำตอ่ เครอ่ื งกลอยหู่ ่างจากจดุ หมุนมาก เพอ่ื ใหแ้ รงท่กี ระทำต่อเคร่ืองกลมีคา่ นอ้ ย เช่น คาน ลอ้ และเพลา สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

33 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน ค่มู ือครรู ายวิชาพน้ื ฐานวิทยาศาสตร์ ความรเู้ พิ่มเติมสำหรบั ครู จดุ หมนุ คานกบั โมเมนตข์ องแรง ������ l ���⃑⃑��� ⃑���⃑⃑⃑���⃑ แขวนวัตถหุ นัก ⃑���⃑⃑⃑���⃑ กับคานโดยแขวนท่ตี ำแหนง่ ห่างจุดหมุนเป็นระยะ ������ และออกแรง ���⃑⃑��� กระทำต่อคานท่ีตำแหนง่ หา่ ง จดุ หมุนเปน็ ระยะ L เมอ่ื วตั ถุสมดลุ ต่อการหมุน จะได้วา่ ผลรวมของโมเมนต์ของแรงในทศิ ทางตามเข็มนาฬกิ า = ผลรวมของโมเมนต์ของแรงในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา คิดโมเมนตร์ อบจุดหมนุ ������ x ������ = ������ x ������ ������ = ������ x ������ ������ จะได้ว่า ⃑���⃑��� จะมคี า่ นอ้ ยกวา่ นำ้ หนักวัตถุ ⃑���⃑⃑⃑���⃑ ถ้า ������ มาก น่นั คือ แรงที่เรากระทำต่อคานจะมคี ่านอ้ ย เม่ือกระทำ ท่ีตำแหนง่ หา่ งจากจุดหมุนมาก ผูกวตั ถุหนกั ���⃑⃑⃑⃑���⃑ กับเพลาที่มีรศั มี ������ ออกแรง ���⃑⃑��� ดงึ เชือกทพ่ี ันรอบล้อรัศมี ������ r• R เมือ่ ล้อและเพลาอยู่ในสมดุลตอ่ การหมุน จะได้วา่ ⃑���⃑��� ⃑���⃑⃑⃑���⃑ ผลรวมของโมเมนต์ของแรงในทศิ ทางตามเข็มนาฬิกา = ผลรวมของโมเมนต์ของแรงในทศิ ทางทวนเข็มนาฬิกา นั่นคอื ������ x ������ = ������ x ������ ������ = ������ x ������ ������ จะไดว้ ่า ⃑���⃑��� มคี ่านอ้ ยกว่า ⃑���⃑⃑⃑���⃑ เพราะ ������ มคี า่ มากกวา่ ������ นั่นคอื ลอ้ และเพลาเปน็ เครื่องกลทผี่ อ่ นแรง สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยที่ 5 | งานและพลงั งาน 34 คู่มือครูรายวิชาพ้ืนฐานวทิ ยาศาสตร์ 12. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายสรุปสิ่งที่ได้เรียนรู้เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า เครื่องกลอย่างง่ายมี 6 ประเภท ได้แก่ พื้นเอียง คาน รอก ล้อและเพลา สกรู และลม่ิ เครื่องกลเป็นเคร่ืองมือทช่ี ่วยผ่อนแรงหรืออำนวยความสะดวกในการทำงาน โดย อาศัยหลกั การทว่ี ่างานทไ่ี ดจ้ ากเคร่อื งกลจะเท่ากับงานทใ่ี ห้กบั เครื่องกลและจะผ่อนแรงโดยแรงทเี่ รากระทำต่อวัตถุจะ น้อยกวา่ แรงท่ีเครื่องกลกระทำต่อวตั ถุ เม่อื ระยะทางในการออกแรงมีค่ามากกว่าระยะทางท่ีวตั ถเุ คล่อื นท่ีได้ 13. ถ้าพบว่านกั เรียนมแี นวคิดคลาดเคลื่อนเก่ียวกบั เร่อื งน้ีจากการตอบคำถามก่อนเรยี น ระหวา่ งเรียนหรืออาจตรวจสอบ โดยใชก้ ลวิธีต่าง ๆ ใหค้ รูแกไ้ ขแนวคดิ คลาดเคลื่อนนั้นใหถ้ ูกต้อง เช่น แนวคดิ คลาดเคลอ่ื น แนวคดิ ท่ีถกู ต้อง อุปกรณ์ที่ใส่สิ่งของเพื่อเคลื่อนย้ายไปในที่ต่าง ๆ ได้ อุปกรณ์ที่ช่วยผ่อนแรง คือ อุปกรณ์ที่ช่วยให้ออกแรง สะดวก เชน่ ถงุ พลาสติกถอื เป็นอุปกรณ์ทีช่ ่วยผ่อนแรง น้อยลงแต่ทำให้ได้งานเท่าเดิม ดังนั้นถุงพลาสติกไม่ถือ (สสวท, 2561) เปน็ อุปกรณท์ ่ชี ่วยผอ่ นแรงเพราะต้องออกแรงเทา่ เดมิ การใช้พื้นเอียงในการลำเลียงของขึ้นที่สูง ยิ่งมีพื้นเอียง การใช้พื้นเอียงในการลำเลียงของขึ้นที่สูงยิ่งมีพื้นเอียง ความยาวมากย่ิงผอ่ นแรงนอ้ ย (Learning A-Z, 2019) ความยาวมากยิ่งผ่อนแรงมาก เพราะงานได้จากผลคูณ ของแรงที่กระทำต่อวัตถุและระยะทางที่วัตถุเคลื่อนไปจะ มีค่าเท่ากัน ดังนั้นเมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น ยิ่งออกแรง นอ้ ยลง การใช้คานเพื่องัดวัตถุควรใช้คานสั้นลง ถ้าต้องการ การทำงานของคาน ถ้าพจิ ารณาจากเร่ืองโมเมนต์ของแรง ออกแรงน้อยลง (สสวท, 2561) ถ้าต้องการออกแรงน้อยลงต้องให้ระยะทางตั้งฉากจาก จุดหมุนถึงแนวแรงมีค่ามากขน้ึ ดังนั้นต้องใช้คานที่มีความ ยาวมากขน้ึ รอกทุกชนิดช่วยผ่อนแรงในการยกของขึ้นที่สูง รอกบางชนิดเท่านั้นที่ช่วยผ่อนแรง รอกเดี่ยวตายตัวไม่ (Bhandari, 2017) ช่วยผ่อนแรงแต่ช่วยให้ทำงานได้สะดวกมากขึ้น แต่รอก เดี่ยวเคลื่อนที่ช่วยผ่อนแรงได้โดยมีระยะทางที่ออกแรง มากกว่าระยะทางที่วตั ถุเคล่ือนที่ ลูกบิดประตูชว่ ยใหท้ ำงานสะดวกแต่ไม่ไดช้ ว่ ยผ่อนแรง ลกู บิดประตูชว่ ยผ่อนแรงเพราะมสี ่วนประกอบที่ทำหน้าท่ี เพราะไม่มีส่วนประกอบที่ทำหน้าที่ช่วยผ่อนแรงได้ คล้ายล้อและเพลา โดยส่วนที่มือจับจะเป็นล้อ และแกน (สสวท, 2561) หมุนจะเป็นเพลา 14. รว่ มกันสรุปหวั ข้อเรอื่ งงาน กำลังและเครอ่ื งกลอย่างง่าย จากนั้นนักเรยี นทำกิจกรรมตรวจสอบตนเองเพอ่ื สรุปความรู้ ที่ได้เรียนรู้จากบทเรียน โดยการเขียนบรรยาย วาดภาพ หรือเขียนผังมโนทัศน์สิ่งที่ได้เรียนรู้จากบทเรียนเรื่องงาน กำลงั และเครอื่ งกลอย่างง่าย สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

35 หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน คูม่ อื ครรู ายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์ ตวั อยา่ งผังมโนทัศน์สงิ่ ท่ไี ดเ้ รยี นรู้เกย่ี วกับงาน กำลังและเครอื่ งกลอย่างงา่ ย งาน อาจไดจ้ าก เครื่องกลอย่างง่าย เปน็ ซง่ึ เป็น ผลของแรงท่ีทำใหว้ ัตถเุ คล่อื นท่ีตามแนวของ เครอ่ื งมือท่ชี ว่ ยผอ่ นแรงหรืออำนวย แรงน้ัน ความสะดวกในการทำงาน หาไดจ้ าก ไดแ้ ก่ ผลคณู ของขนาดของแรงและขนาดของ พน้ื เอยี ง คาน รอก ลอ้ และเพลา ล่ิมและสกรู การกระจดั ทอี่ ย่ใู นแนวเดยี วกับแรง มหี นว่ ย นวิ ตนั เมตร หรอื จลู โดย โดย งานท่ที ำให้กับเครอื่ งกลเทา่ กับงานทไ่ี ด้ จากเครอื่ งกล ดังนนั้ เคร่ืองกลจะไม่ผ่อนงาน งานทีท่ ำในหนงึ่ เวลาคอื กำลัง มีหนว่ ย จลู ตอ่ วินาที หรือวตั ต์ แต่ เครือ่ งกลจะผอ่ นแรงเม่ือระยะทางท่ีออก แรงให้แก่เคร่อื งกลมากกวา่ ระยะทางที่ เคร่อื งกลทำใหว้ ัตถเุ คลื่อนที่ 15. สุ่มนักเรยี นนำเสนอผังมโนทัศน์สรุปความรู้ที่ได้จากบทเรียน โดยอาจออกแบบใหน้ ักเรียนนำเสนอเป็นกลุม่ ยอ่ ยและ อภิปรายภายในกลุ่ม จากนั้นอภิปรายร่วมกันในชั้นเรียน หรือจัดแสดงผลงานเพื่อร่วมพิจารณาให้ความเห็น และร่วมกันอภิปรายสรปุ ความรทู้ ไี่ ดจ้ ากบทเรยี น 16. ให้นักเรียนทำกิจกรรมท้ายบทเรื่อง สร้างเครื่องทุ่นแรงของคุณยายได้อย่างไร และตอบคำถามท้ายกิจกรรม จากนั้นใช้คำถามสำคัญของบทเรียนเพื่อให้นักเรียนร่วมกันอภิปราย โดยนักเรียนควรตอบคำถามสำคัญดังกล่าวได้ ดังตวั อย่าง สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 36 คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์ เฉลยคำถามสำคัญของบท • งานและกำลังเกดิ ขึ้นได้อยา่ งไร แนวคำตอบ งานในทางวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นเมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุและแรงนั้นทำให้วัตถุเคลื่อนที่ คำนวณ งานได้จากผลคูณระหว่างขนาดของแรงและขนาดของการกระจดั ที่อยู่ในแนวเดียวกัน ส่วนกำลังคอื งานท่ีทำได้ ในหน่งึ หน่วยเวลา • การประยุกต์ใช้เครอ่ื งกลอยา่ งง่ายในชวี ติ ประจำวันทำได้อย่างไร แนวคำตอบ เราใช้เครื่องกลอย่างง่ายในชีวิตประจำวันเพื่อผ่อนแรงหรือเพื่อทำให้การทำงานนั้นสะดวกและ ง่ายขึ้น เช่น การใช้พื้นเอียง รอกเดี่ยวเคลื่อนท่ี ล้อและเพลาในการยกวัตถุขึ้น การใช้สกรูในการยึดวัตถุเข้า ด้วยกัน การประยุกต์ใช้หลักการของคาน เช่น กรรไกรเพื่อตัดวัตถุ ชะแลงเพื่องัดวัตถุ รวมทั้งการประยุกต์ใช้ หลกั การของลิ่ม เชน่ มีดและขวานเพ่อื แยกวัตถุออกจากกัน 17. ให้นักเรียนตรวจสอบความรู้ของตนเองด้านทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ และทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 ที่ได้ ทำในบทเรียนนี้ อ่านสรุปท้ายบท และทำแบบฝกึ หดั ท้ายบท 18. เชอ่ื มโยงไปสู่บทท่ี 2 พลังงานกลและกฎการอนุรักษ์พลังงาน โดยใช้คำถามวา่ ในการยกวตั ถุหน่ึงให้สูงจากพ้ืนเป็น ระยะทางที่ต่างกัน งานที่ทำจะต่างกันอย่างไร และพลังงานที่มีในวัตถุจะต่างกันหรือไม่อย่างไร นักเรียนตอบตาม ความเข้าใจของตนเองโดยครูยังไม่เฉลยคำตอบ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

37 หน่วยที่ 5 | งานและพลังงาน คมู่ ือครูรายวชิ าพื้นฐานวิทยาศาสตร์ เฉลยกิจกรรมและแบบฝึกหัดของบทท่ี 1 สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 38 คู่มือครรู ายวิชาพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ กิจกรรมท่ี 5.1 ทำอยา่ งไรจงึ จะเกดิ งาน นักเรียนจะไดเ้ รยี นรู้เกี่ยวกับการเกดิ งานทางวิทยาศาสตร์ผ่านการวเิ คราะหง์ านจากสถานการณท์ ี่กำหนดให้ จดุ ประสงค์ วิเคราะห์และระบุงานทางวิทยาศาสตร์ที่เกิดขึ้นจากแรงที่กระทำต่อวตั ถุในสถานการณ์ตา่ ง ๆ เวลาท่ีใช้ใน 1 ชัว่ โมง การทำกิจกรรม วสั ดแุ ละอุปกรณ์ -ไม่ม-ี ครอู าจเพ่ิมเติมภาพแสดงการทำงานในสถานการณ์ต่าง ๆ ทแี่ ตกต่างจากภาพในหนงั สือเรียน การเตรยี มตัว -ไม่ม-ี ลว่ งหน้าสำหรบั ครู ข้อเสนอแนะ • วิธีนำเสนอผลงานการทำกิจกรรมเป็นส่วนหนึ่งของการฝึกทักษะการสื่อสาร ซึ่งเป็นทักษะ ในการทำกิจกรรม แห่งศตวรรษที่ 21 เพื่อการแลกเปลี่ยนเรียนรู้นั้น ให้พิจารณาความเหมาะสมโดยขึ้นอยู่กับ จำนวนกลุ่มนักเรียน ครูอาจสุ่มเลือกบางกลุ่มนำเสนอหน้าชั้นเรียนโดยเครื่องขยายภาพ 3 มิติ (visualizer) กรณีที่ชั้นเรียนมีจำนวนกลุ่มมาก หากใช้เวลานาน อาจให้ทุกกลุ่มติด แสดงผลงานไว้รอบห้องเรียนและนักเรียนทุกคนเดินศึกษา (gallery walk) เพื่อให้นักเรียน ได้เห็นผลงานของทกุ กลุ่ม จากนั้นนั้นนำข้อมลู มาอภิปรายสรปุ สื่อการเรียนรู้/ • หนงั สือเรยี นรายวชิ าพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ ระดบั มัธยมศกึ ษาปที ี่ 2 เล่ม 2 สสวท. แหล่งเรยี นรู้ • สื่อดจิ ทิ ลั สำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพืน้ ฐาน เร่ือง การเกิดงานและพลังงาน (https://www.youtube.com/watch?v=lPEsr8BCUiE) สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

39 หน่วยท่ี 5 | งานและพลังงาน ค่มู ือครูรายวิชาพืน้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ ตัวอยา่ งผลการทำกิจกรรม วิเคราะห์สถานการณ์กำหนดให้ จากนั้นเขยี นเวกเตอร์แสดงทิศทางของแรงที่คนกระทำต่อวตั ถุ และทิศทางการ เคลอื่ นท่ีของวตั ถุ แรงท่ีคนกระทำตอ่ ตู้ ทิศทางการเคลอื่ นที่ แรงทค่ี นกระทำตอ่ ลงั ไม้ กล่อง สถานการณ์ 1 คนดนั ตู้ แตต่ ู้ไม่เคล่ือนท่ี (ไมเ่ กิดงาน) สถานการณ์ 2 คนดันลังไม้ใหเ้ คลื่อนท่ี (เกดิ งาน) แรงท่คี นกระทำต่อลงั ไม้ แรงทคี่ นกระทำต่อกล่องไม้ ทิศทางการเคลอื่ นที่ ทศิ ทางการเคลือ่ นที่ สถานการณ์ 3 คนลากลังไม้ให้เคลื่อนที่ (เกดิ งาน) สถานการณ์ 4 คนแบกกลอ่ งไมแ้ ลว้ เดินในแนวระดับ ด้วยอัตราเรว็ คงที่ (ไมเ่ กดิ งาน) แรงท่คี นกระทำตอ่ กลอ่ งไม้ แรงท่ีคนกระทำต่อกลอ่ งไม้ ทิศทาง ทศิ ทางการเคล่อื นที่ การเคลือ่ นที่ สถานการณ์ 5 คนแบกกล่องไม้เดนิ ขึ้นบันได (เกิดงาน) สถานการณ์ 6 คนดึงกล่องไม้ข้นึ ในแนวด่ิง (เกิดงาน) สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน 40 คมู่ ือครรู ายวิชาพื้นฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยคำถามท้ายกจิ กรรม 1. สถานการณใ์ ดบา้ งทีเ่ กิดงานและไมเ่ กิดงานตามความหมายทางวทิ ยาศาสตร์ เพราะเหตใุ ด แนวคำตอบ สถานการณ์ที่ 2 3 5 และ 6 ทำให้เกิดงานทางวิทยาศาสตร์ โดยสถานการณ์ที่ 2 3 และ 6 แรง และทิศทางการเคลื่อนที่อยู่ในแนวเดียวกัน ขณะที่สถานการณ์ที่ 5 กล่องไม้มีทิศทางการเคลื่อนที่ทั้งใน แนวราบหรอื แนวระดับและแนวด่ิง ถ้าพจิ ารณางานทีเ่ กดิ ขึน้ แรงและระยะทางในแนวด่งิ อยู่ในทิศทางเดียวกัน ทำให้เกิดงาน ส่วนสถานการณ์ที่ 1 ไม่เกิดงานเนื่องจากวตั ถุไม่มีการเคล่ือนที่ และสถานการณ์ที่ 4 ไม่เกิดงาน เน่อื งจากแรงและทศิ ทางการเคลอื่ นที่ต้งั ฉากกัน 2. จากกิจกรรม สรปุ ได้วา่ อะไร แนวคำตอบ การออกแรงกระทำต่อวตั ถุบางคร้ังทำใหเ้ กดิ งาน บางครัง้ ไม่ทำให้เกิดงาน ถา้ แรงที่กระทำต่อวัตถุ และทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุอยู่ในแนวเดียวกัน ก็จะเกิดงานเนื่องจากแรงนั้น แต่ถ้าวัตถุไม่เคลื่อนที่หรือ แรงและทิศทางการเคลือ่ นท่ขี องวัตถตุ ้ังฉากกัน กจ็ ะไมเ่ กดิ งานทางวิทยาศาสตร์ สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

41 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน คมู่ อื ครูรายวิชาพน้ื ฐานวิทยาศาสตร์ กจิ กรรมที่ 5.2 เครื่องกลอย่างง่ายทำงานอยา่ งไร นักเรยี นจะไดเ้ รยี นรู้เก่ียวกบั หลักการทำงานของเครื่องกลอย่างงา่ ยผ่านการลงมือทดลองปฏิบัติจากสถานการณ์ท่ี กำหนดให้ จดุ ประสงค์ สังเกตและอธบิ ายหลกั การทำงานของเครื่องกลอยา่ งง่าย เวลาท่ใี ช้ใน 3 ช่วั โมง 20 นาที การทำกจิ กรรม วัสดุและอุปกรณ์ วสั ดทุ ใ่ี ช้ตอ่ กลุ่ม รายการ ปริมาณ/กล่มุ 1. แผน่ ไม้กระดาน 1 แผน่ 2. เคร่อื งชั่งสปริง 1 อัน 3. ถงุ ทราย 1 ถุง 4. รถทดลอง 1 คนั 5. รอกพลาสติก 1 อัน 6. ลวดเหลก็ 1 เส้น 7. ไมเ้ มตร 2 อัน 8. เทปใส 1 มว้ น 9. เชือก 1 เสน้ 10. ขวดนำ้ พลาสตกิ ที่มีเสน้ ผา่ น 2 ขวด ศนู ยก์ ลางตา่ งกนั 1 แทง่ 11. แทง่ ไม้หรือแทง่ เหล็กกลม สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน 42 คู่มือครูรายวชิ าพนื้ ฐานวิทยาศาสตร์ ตอนที่ 1 พ้ืนเอียง การเตรยี มตัว ครูควรตรวจสอบเครื่องชั่งสปริงให้อยู่ในสภาพพร้อมใช้งาน และตรวจสอบให้หมุดชี้สเกลเริ่มต้นที่เลข ลว่ งหนา้ สำหรบั ครู ศูนย์ ในกรณีที่หมุดไมไ่ ดเ้ ริม่ ที่เลขศนู ยส์ ามารถปรบั โดยหมุนนอตบนเคร่อื งชัง่ สปริง ขอ้ เสนอแนะ การออกแบบตารางบันทึกผลการทำกิจกรรม ครูควรให้คำแนะนำหรืออภิปรายร่วมกับนักเรียน ในการทำกิจกรรม ในแตล่ ะกลมุ่ เพอ่ื ปรับปรุงตารางบันทกึ ผลใหส้ ามารถบนั ทึกข้อมลู ได้ครบถ้วนและเข้าใจได้ง่าย สอ่ื การเรียนรู้/ • หนังสอื เรยี นรายวชิ าพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ ระดับมัธยมศกึ ษาปีที่ 2 เลม่ 2 สสวท. แหล่งเรียนรู้ • สอ่ื ดจิ ทิ ลั สสวท. ตอน พื้นเอียงทำงานอย่างไร (https://www.youtube.com/watch?v=icM-sPVawsU) ตอน การใช้งานจริงของพนื้ เอียง (https://www.youtube.com/watch?v=04PKkGUD0jI) ตวั อย่างผลการทำกจิ กรรม แนวการดงึ รถทดลอง ขนาดของแรงที่ใช้ดึง ระยะทางทรี่ ถทดลอง งานของแรงท่ีใช้ดงึ รถทดลอง (N) เคลื่อนที่ (m) รถทดลอง (N m) ดึงในแนวด่งิ ระยะทาง 0.30 m 2.80 0.30 ดงึ บนพนื้ เอียงยาว 0.40 m 2.10 0.40 0.84 ดงึ บนพ้ืนเอียงยาว 0.80 m 1.10 0.80 0.84 0.88 สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

43 หน่วยท่ี 5 | งานและพลังงาน คูม่ ือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์ เฉลยคำถามท้ายกจิ กรรม 1. แรงที่อ่านได้จากเครื่องชั่งสปริงเมื่อดึงรถทดลองให้เคลื่อนที่ในแนวดิ่งและเคลื่อนที่บนพื้นเอียงแต่ละครั้ง ตา่ งกันหรือไม่ อยา่ งไร แนวคำตอบ ต่างกัน เมื่อดึงรถทดลองให้เคลื่อนท่ีบนพื้นเอียงใช้แรงน้อยกว่าดึงให้เคลื่อนที่ในแนวดิ่งและเม่ือ ดึงรถทดลองให้เคลื่อนที่บนพื้นเอียงที่ยาว 0.80 เมตร จะใช้แรงน้อยกว่าเมื่อดึงให้เคลื่อนท่ีบนพื้นเอียงท่ียาว 0.40 เมตร 2. ระยะทางท่อี อกแรงในการดงึ รถทดลองแต่ละคร้งั สัมพนั ธก์ ับขนาดของแรงหรือไม่ อยา่ งไร แนวคำตอบ ระยะทางและขนาดของแรงมีความสัมพันธ์กันโดยถ้าระยะทางที่ออกแรงดึงรถทดลองมากขึ้น แรงทีด่ ึงจะมีขนาดนอ้ ยลง 3. งานเน่ืองจากแรงในการดึงรถทดลองแต่ละครง้ั ตา่ งกนั หรอื ไม่ อย่างไร แนวคำตอบ งานในการออกแรงดึงเครื่องชั่งสปริงแต่ละครั้งมีขนาดใกล้เคียงกัน โดยเมื่อระยะทางที่เคลื่อนท่ี บนพืน้ เอยี งน้อย แรงจะมคี ่ามาก แตถ่ า้ ระยะทางทเ่ี คล่ือนท่ีบนพ้ืนเอียงมาก แรงจะมีค่าน้อย ทำให้งานท่ีทำใน แต่ละครั้งมคี า่ เท่ากัน 4. ถา้ ต้องการออกแรงดึงใหน้ ้อยลงในการดงึ รถทดลองให้เคล่ือนท่ีไปตามพ้นื เอียง จะทำไดอ้ ยา่ งไร แนวคำตอบ ทำได้ โดยใหร้ ะยะทางท่ีออกแรงดงึ มากขน้ึ นนั่ คอื เพิม่ ความยาวของพ้ืนเอยี ง 5. จากกจิ กรรมตอนท่ี 1 สรุปไดว้ า่ อยา่ งไร แนวคำตอบ พนื้ เอียงชว่ ยผ่อนแรงในการยกรถทดลองข้ึนทส่ี งู ยิง่ ระยะทเี่ คลื่อนทบ่ี นพื้นเอยี งมากขึน้ แรงทใี่ ชก้ ็ จะย่ิงนอ้ ยลง แต่งานของแรงทีด่ งึ เทา่ กนั ไมว่ ่าจะดึงให้เคล่ือนทข่ี น้ึ ตรง ๆ หรอื ดึงใหเ้ คล่ือนท่ีบนพื้นเอียง สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 44 คู่มือครูรายวชิ าพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ ตอนท่ี 2 คาน การเตรยี มตัว ครูควรตรวจสอบเครื่องชั่งสปริงให้อยู่ในสภาพพร้อมใช้งาน และตรวจสอบให้หมุดชี้สเกลเริ่มต้นที่เลข ล่วงหน้าสำหรบั ครู ศูนย์ ในกรณีท่ีหมดุ ไม่ได้เร่ิมทเี่ ลขศนู ย์สามารถปรับโดยหมุนนอตบนเครือ่ งช่งั สปริง ข้อเสนอแนะ การออกแบบตารางบนั ทกึ ผลการทำกิจกรรม ครคู วรใหค้ ำแนะนำหรอื อภปิ รายร่วมกับนักเรียน ในการทำกจิ กรรม ในแตล่ ะกลุ่ม เพอ่ื ปรับปรงุ ตารางบนั ทึกผลใหส้ ามารถบนั ทกึ ข้อมูลไดค้ รบถ้วนและเข้าใจไดง้ า่ ย สอ่ื การเรยี นรู้/ • หนงั สอื เรียนรายวชิ าพืน้ ฐานวิทยาศาสตร์ ระดบั มัธยมศกึ ษาปที ี่ 2 เลม่ 2 สสวท. แหลง่ เรยี นรู้ • สอ่ื ดิจทิ ัล สสวท. ตอน คานทำงานอยา่ งไร (https://www.youtube.com/watch?v=68_GU0TwyYI) ตอน การใชค้ านงดั วตั ถุขึ้นในแนวดง่ิ (https://www.youtube.com/watch?v=i2ouh2oCnP8) ตอน โมเมนต์ของแรงและคาน (https://www.youtube.com/watch?v=NOGvQV8ODfc) ตัวอยา่ งผลการทำกิจกรรม ขนาดของแรงทอี่ ่านได้จาก ระยะทางที่เครือ่ งชั่งสปริง งาน (N m) วิธีการดึงถงุ ทราย เครอ่ื งชัง่ สปรงิ (N) เคลื่อนที่ (m) 0.50 ดงึ ในแนวดงิ่ ระยะทาง 0.10 m 0.47 ดึงด้วยคานโดยออกแรงทร่ี ะยะห่างจาก 5.00 0.10 จดุ แขวน 0.50 m 0.46 ดงึ ดว้ ยคานโดยออกแรงทร่ี ะยะห่างจาก 1.80 0.26 จดุ แขวน 0.40 m 0.46 ดึงดว้ ยคานโดยออกแรงที่ระยะห่างจาก 2.40 0.19 จดุ แขวน 0.30 m 0.51 ดึงดว้ ยคานโดยออกแรงทีร่ ะยะหา่ งจาก 3.50 0.13 จดุ แขวน 0.20 m 5.10 0.10 สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

45 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน คูม่ ือครรู ายวชิ าพ้นื ฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยคำถามทา้ ยกจิ กรรม 1. แรงที่อ่านได้จากเครื่องชั่งสปริงเมื่อดึงถุงทรายให้เคลื่อนที่ในแนวดิ่งและดึงด้วยคานแต่ละครั้งต่างกัน หรอื ไม่ อยา่ งไร แนวคำตอบ ต่างกัน คือ ดึงด้วยคานอาจใช้แรงน้อยกว่าการดึงขึ้นในแนวดิ่ง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับระยะหา่ งจากจุดท่ี แขวนไม้เมตรถงึ จดุ ทแ่ี ขวนเชอื กท่ีเกี่ยวกบั เคร่ืองช่งั สปริง 2. ระยะทางทีเ่ ครือ่ งช่ังสปรงิ เคล่อื นทใี่ นแต่ละคร้งั ต่างกนั หรอื ไม่ อย่างไร แนวคำตอบ ต่างกัน คอื ถ้าระยะจากจุดทแี่ ขวนไมเ้ มตรไปยังเชือกท่ีเกย่ี วกับเคร่ืองชัง่ สปริงน้อยลง ระยะทางที่ เครอ่ื งช่งั สปรงิ เคล่ือนทก่ี ็จะน้อยลง 3. งานเน่อื งจากแรงที่ดงึ เครอ่ื งช่ังสปรงิ แต่ละคร้งั ตา่ งกันหรือไม่ อยา่ งไร แนวคำตอบ ไม่ต่างกัน โดยเมื่อขนาดของแรงที่ดึงมีค่าน้อย ระยะทางที่เครื่องชั่งสปริงเคลื่อนที่ได้จะมีค่ามาก แต่ถ้าขนาดของแรงที่ดึงมีค่ามาก ระยะทางที่เครื่องชั่งสปริงเคลื่อนที่ได้จะมีค่าน้อย ทำให้ผลคูณของแรงที่ดึง เครอ่ื งชั่งสปริงและระยะทางท่ีเครื่องชัง่ สปรงิ เคล่ือนที่ได้มคี ่าใกล้เคยี งกนั 4. ถ้าตอ้ งการออกแรงดงึ เครอ่ื งช่งั สปรงิ ให้นอ้ ยลงในการยกถงุ ทราย ทำได้อย่างไร แนวคำตอบ ทำได้โดยดึงเครือ่ งชัง่ สปริง ณ ตำแหน่งของคานท่ีทำให้ระยะทางในการดงึ เครื่องช่ังสปริงมากข้นึ และมากกวา่ ระยะทางทถี่ งุ ทรายเคล่ือนที่ 5. จากกิจกรรมตอนท่ี 2 สรุปไดว้ า่ อยา่ งไร แนวคำตอบ คานสามารถผอ่ นแรงได้ โดยให้ระยะทางที่ออกแรงมากกวา่ ระยะทางที่ถงุ ทรายเคลื่อนที่ แรงท่ีใช้ ก็จะน้อยกว่าน้ำหนักของถุงทราย แต่งานของแรงท่ีดึงถุงทรายจะเทา่ กันไมว่ ่าจะดึงถุงทรายตรง ๆ หรือดึงโดย ใช้คาน สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน 46 ค่มู อื ครูรายวิชาพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ ตอนท่ี 3 รอก การเตรียมตัว ครูควรตรวจสอบเครื่องชั่งสปริงให้อยู่ในสภาพพร้อมใช้งาน และตรวจสอบให้หมุดชี้สเกลเริ่มต้นที่เลข ลว่ งหน้าสำหรบั ครู ศนู ย์ ในกรณที ีห่ มดุ ไมไ่ ดเ้ รมิ่ ที่เลขศูนยส์ ามารถปรับโดยหมนุ นอตบนเครื่องช่ังสปริง ขอ้ เสนอแนะ การออกแบบตารางบนั ทกึ ผลการทำกจิ กรรม ครูควรใหค้ ำแนะนำหรอื อภปิ รายร่วมกับนักเรยี น ในการทำกิจกรรม ในแตล่ ะกล่มุ เพอ่ื ปรบั ปรงุ ตารางบันทึกผลใหส้ ามารถบนั ทกึ ข้อมูลไดค้ รบถ้วนและเข้าใจไดง้ า่ ย สอื่ การเรียนร/ู้ • หนังสือเรียนรายวิชาพน้ื ฐานวิทยาศาสตร์ ระดับมธั ยมศึกษาปที ี่ 2 เลม่ 2 สสวท. แหล่งเรยี นรู้ • สอ่ื ดจิ ิทัล สสวท. ตอน รอกทำงานอย่างไร (https://www.youtube.com/watch?v=NTuoVMHHmHM) ตอน การใชง้ านของรอกเด่ยี วเคลอ่ื นที่ (https://www.youtube.com/watch?v=GiOtvlgbFUE) ตอน การใช้งานของรอกเด่ียวตายตัว (https://www.youtube.com/watch?v=3CCSRjEjOOg) ตัวอยา่ งผลการทำกิจกรรม วิธีการดงึ ถงุ ทราย ขนาดของแรงที่ใชด้ ึง ระยะทางทีเ่ ครือ่ งชั่งสปรงิ งานของแรงทใ่ี ชด้ งึ ถุงทราย (N) เคลอ่ื นท่ี (m) ถงุ ทราย (N m) ดงึ ในแนวดง่ิ ระยะทาง 0.1 m 5.0 0.1 ดงึ ผา่ นรอกแบบที่ 1 ระยะทาง 0.1 m 5.0 0.1 0.5 ดงึ ผ่านรอกแบบท่ี 2 ระยะทาง 0.1 m 0.5 2.5 0.2 0.5 สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

47 หน่วยที่ 5 | งานและพลงั งาน คู่มอื ครูรายวิชาพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยคำถามทา้ ยกจิ กรรม 1. แรงที่อ่านได้จากเครื่องชั่งสปริงเมื่อดึงถุงทรายให้เคลื่อนที่ในแนวดิ่งและดึงด้วยรอกแต่ละแบบต่างกัน หรอื ไม่ อย่างไร แนวคำตอบ การดึงถุงทรายผ่านรอกแบบที่ 1 ออกแรงเท่ากับดึงถุงทรายขึ้นตรง ๆ ในแนวดิ่ง ส่วนการดึงถุง ทรายผ่านรอกแบบท่ี 2 ใช้แรงเปน็ ครึง่ หนึ่งของการดงึ ถงุ ทรายขึ้นในแนวดิง่ 2. ระยะทางท่เี ครื่องช่ังสปรงิ เคลอื่ นทใ่ี นแต่ละครง้ั ตา่ งกันหรอื ไม่ อยา่ งไร แนวคำตอบ แตกตา่ งกัน โดยระยะทางที่เครื่องช่ังสปริงเคล่ือนท่ีในการดึงผ่านรอกแบบท่ี 1 เทา่ กับระยะทางที่ ถงุ ทรายเคล่ือนทีต่ รงในแนวดิง่ ส่วนการดงึ ผ่านรอกแบบท่ี 2 ระยะทางทเี่ คร่ืองช่งั สปรงิ เคล่ือนทจ่ี ะเป็นสองเท่า ของระยะทางที่ถงุ ทรายเคลื่อนที่ 3. งานเน่ืองจากแรงทด่ี งึ เคร่อื งชั่งสปริงแตล่ ะคร้งั ตา่ งกันหรอื ไม่ อยา่ งไร แนวคำตอบ ไม่แตกต่างกัน โดยในการดึงรอกแบบที่ 2 แรงที่ใช้ดึงมีค่าน้อย ในขณะที่ระยะทางที่เครื่องชั่ง สปรงิ เคลื่อนท่ีได้มีคา่ มาก จึงทำให้งานจากแรงทใ่ี ชใ้ นการดึงโดยตรงหรอื ดึงผ่านรอก ท้ังสองแบบเทา่ กนั 4. จากกิจกรรมตอนที่ 3 สรุปได้ว่าอยา่ งไร แนวคำตอบ รอกแบบท่ี 1 ไม่ชว่ ยผ่อนแรง ส่วนรอกแบบท่ี 2 ชว่ ยผอ่ นแรง โดยแรงที่ใชจ้ ะเปน็ คร่ึงหน่ึงของแรง ท่ีใช้เมือ่ ดงึ ถุงทรายให้ขึ้นตรง ๆ แตร่ ะยะทางในการดึงจะเป็นสองเทา่ ของระยะทางที่ถุงทรายเคลื่อนท่ีได้ ทำให้ งานทที่ ำเมอ่ื ดึงถุงทรายผา่ นรอกเทา่ กับงานท่ีทำในการดึงถงุ ทรายข้นึ ในแนวด่งิ สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลังงาน 48 คมู่ ือครรู ายวิชาพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ ตอนท่ี 4 ล้อและเพลา การเตรยี มตวั ครูควรตรวจสอบเครื่องชั่งสปริงให้อยู่ในสภาพพร้อมใช้งาน และตรวจสอบให้หมุดชี้สเกลเริ่มต้นที่เลข ลว่ งหนา้ สำหรับครู ศูนย์ ในกรณที ี่หมุดไมไ่ ด้เริ่มทีเ่ ลขศนู ย์สามารถปรับโดยหมุนนอตบนเคร่อื งชั่งสปริง ข้อเสนอแนะ การออกแบบตารางบันทึกผลการทำกิจกรรม ครูควรให้คำแนะนำหรืออภิปรายร่วมกับนักเรียน ในการทำกจิ กรรม ในแต่ละกล่มุ เพอื่ ปรับปรงุ ตารางบันทกึ ผลให้สามารถบันทึกข้อมลู ไดค้ รบถ้วนและเข้าใจได้ง่าย สอื่ การเรียนรู้/ • หนังสือเรียนรายวชิ าพ้นื ฐานวิทยาศาสตร์ ระดับมธั ยมศึกษาปีที่ 2 เล่ม 2 สสวท. แหล่งเรียนรู้ • สือ่ ดิจทิ ัล สสวท. ตอน ลอ้ และเพลาทำงานอยา่ งไร (https://www.youtube.com/watch?v=YUlBjQE4ZmM) ตอน การทำงานของล้อและเพลา (https://www.youtube.com/watch?v=GZfPaFaCL7Y) ตัวอย่างผลการทำกิจกรรม วิธกี ารดึงถุงทราย ขนาดของแรงทีใ่ ช้ดึง ระยะทางทีเ่ คร่ืองชั่งสปริง งานของแรงดึง ถุงทราย (N) เคล่อื นที่ (m) (N m) ดงึ ในแนวดิ่ง ระยะทาง 0.10 cm 5.0 0.10 0.50 ดงึ ด้วยลอ้ และเพลาท่ที ำจากขวดนำ้ พลาสตกิ 2.5 0.20 0.50 ขนาด 600 มลิ ลิเมตร ระยะทาง 0.10 cm ดงึ ดว้ ยล้อและเพลาท่ที ำจากขวดน้ำพลาสตกิ 2.3 0.22 0.51 ขนาด 1,500 มิลลเิ มตร ระยะทาง 0.10 cm สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

49 หน่วยที่ 5 | งานและพลังงาน คู่มอื ครูรายวิชาพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยคำถามท้ายกจิ กรรม 1. แรงที่อ่านได้จากเครื่องชั่งสปริงเมื่อดึงถุงทรายให้เคลื่อนที่ในแนวดิ่งและเมื่อดึงด้วยล้อและเพลา แต่ละ ขนาดตา่ งกันหรือไม่ อยา่ งไร แนวคำตอบ ตา่ งกัน โดยแรงท่ีดงึ ผ่านลอ้ และเพลาจะน้อยกว่าการดึงในแนวดิ่ง และเม่อื ล้อมีขนาดใหญ่ข้ึนก็ยิ่ง ใชแ้ รงน้อยลง 2. ระยะทางทีเ่ คร่ืองชง่ั สปริงเคล่อื นท่ีในแต่ละครง้ั ตา่ งกันหรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ ต่างกัน ระยะทางที่เครื่องชั่งสปริงเคลื่อนที่เมื่อดึงผ่านล้อและเพลาจะมากกว่าการดึงในแนวดิ่ง และเม่อื ขนาดของลอ้ ใหญข่ ้ึน ระยะทางท่เี ครือ่ งช่งั สปรงิ เคลือ่ นทกี่ ม็ ากข้ึน 3. งานเนอ่ื งจากแรงทด่ี ึงเครอื่ งช่งั สปรงิ แตล่ ะครงั้ ต่างกันหรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ ไม่ต่างกัน โดยในการดึงถุงทรายผ่านล้อ แรงที่ใช้ในการดึงเครื่องชั่งสปริงมีค่าน้อย ในขณะที่ ระยะทางที่เคร่ืองชั่งสปริงเคลื่อนที่มีค่ามาก จึงทำให้งานที่ใช้ในการดึงถุงทรายให้เคลื่อนที่ขึ้นในแนวดิ่งกับดึง ด้วยล้อและเพลามีค่าเท่ากัน 4. ถา้ ตอ้ งการออกแรงดึงเคร่อื งชัง่ สปริงใหน้ ้อยลงในการยกถุงทราย ทำไดอ้ ย่างไร แนวคำตอบ ทำได้โดยเพิ่มขนาดของล้อ หรือลดขนาดของเพลา เพื่อทำให้ระยะทางที่เครื่องชั่งสปริงเคลื่อนที่ มากกว่าระยะทางทถ่ี งุ ทรายเคลอื่ นที่ 5. จากกจิ กรรมตอนท่ี 4 สรุปไดว้ า่ อยา่ งไร แนวคำตอบ ล้อและเพลาช่วยในการผ่อนแรงในการดึงถุงทราย โดยเมื่อดึงเครื่องชั่งสปริงผ่านล้อให้ได้ ระยะทางที่ออกแรงจะมากกว่าระยะทางที่ถุงทรายเคลื่อนท่ี แรงที่ใช้ดึงก็จะน้อยกว่าแรงที่ใช้ดึงถุงทรายใน แนวดิ่ง 6. จากกจิ กรรมทั้ง 4 ตอน สรุปได้ว่าอยา่ งไร แนวคำตอบ เครื่องกลอย่างง่าย ได้แก่ พื้นเอียง คาน รอก ล้อและเพลา ทำหน้าที่ช่วยผ่อนแรงหรือเพื่อให้ ทำงานไดส้ ะดวก แต่ไมผ่ อ่ นงาน สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน 50 คมู่ ือครรู ายวชิ าพน้ื ฐานวิทยาศาสตร์ กจิ กรรมทา้ ยบท สรา้ งเครือ่ งทนุ่ แรงคณุ ยายเพ่ือคณุ ยายได้อย่างไร จดุ ประสงค์ ออกแบบและสรา้ งเครื่องทุ่นแรงคุณยายโดยใชค้ วามรู้เรื่องงาน กำลัง และเครื่องกลอย่างงา่ ย เวลาทใ่ี ช้ใน 1 ชัว่ โมง การทำกิจกรรม วสั ดแุ ละอุปกรณ์ วัสดทุ ใี่ ช้ต่อกลมุ่ รายการ ปริมาณ/กล่มุ 1. กระดาษลงั หรือแผน่ พลาสตกิ ลูกฟกู 1 แผ่น 2. รอกพลาสตกิ 4 อนั 3. ลวด 1 เสน้ 4. เชอื ก 1 เส้น 5. ดินนำ้ มัน 1 กอ้ น 6. เคร่ืองชัง่ สปรงิ 1 อัน 7. กรรไกร 1 ดา้ ม 8. กาว 1 ขวด 9. เทปกาว 1 ม้วน 10. ถ้วยกระดาษ 2 ใบ 11. ขวดพลาสติก 2 ขวด 12. แท่งไม้หรือแทง่ เหล็กกลม 1 อัน 13. ไม้เมตร 1 อัน 14. อุปกรณ์อื่น ๆ ตามท่อี อกแบบ ขนึ้ อยูก่ ับการออกแบบ การเตรียมตัว ควรสรา้ งเกณฑ์การประเมนิ ช้ินงาน โดยเกณฑ์พจิ ารณาประกอบดว้ ย แรงทใี่ ช้ดงึ วัตถแุ ละแจง้ ให้ ล่วงหน้าสำหรับครู นักเรยี นทราบล่วงหนา้ ก่อนออกแบบสรา้ งเคร่ืองทนุ่ แรง ข้อควรระวัง ครคู วรย้ำเตือนนักเรยี นให้ระวังอบุ ตั ิเหตุจากการใช้กรรไกรและลวด สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

51 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน คมู่ ือครูรายวิชาพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ ขอ้ เสนอแนะ • ให้อา่ นสถานการณ์ท่กี ำหนดอยา่ งละเอียดวา่ ต้องการให้ทำอะไร เพ่ืออะไร และระดมความคิด ในการทำกิจกรรม ว่าควรทำอย่างไร เช่น รวบรวมข้อมูลและแนวคิดเก่ียวกับงาน กำลัง และเครื่องกลอย่างง่าย ที่สอดคล้องกับปัญหา ที่ระบุในสถานการณ์นำความรูเ้ กี่ยวกับงาน กำลัง และเครื่องกลอย่าง ง่ายมาออกแบบและเขียนภาพร่างชิ้นงาน นำเสนอภาพร่างชิ้นงานโดยอธิบายเหตุผลในการ ออกแบบ • การทดสอบเครื่องทุ่นแรงคุณยายที่สร้างขึ้นโดยออกแรงดึงวัตถุด้วยเครื่องชั่งสปริงควร ทดสอบอย่างนอ้ ย 3 หรือ 5 ครงั้ เพือ่ ให้มขี ้อมลู เพียงพอเชิงสถติ ใิ นการตดั สนิ ใจ • หลังทดสอบครั้งที่ 1–2 ควรช่วยกันหาวิธีปรับปรุงเครื่องทุ่นแรงของคุณยายและนำเสนอ วิธีการปรบั ปรุง โดยใช้ความรเู้ กี่ยวกับงาน กำลงั และเคร่อื งกลอยา่ งง่าย ส่อื การเรียนร/ู้ • หนงั สือเรียนรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์ ระดับมธั ยมศึกษาปีที่ 2 เลม่ 2 สสวท. แหลง่ เรยี นรู้ สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยที่ 5 | งานและพลงั งาน 52 คู่มือครรู ายวชิ าพืน้ ฐานวิทยาศาสตร์ ตวั อย่างผลการทำกจิ กรรม การออกแบบและสร้างเคร่ืองทุ่นแรงคุณยายโดยใช้ความรู้เร่อื งรอก วสั ดุอุปกรณ์ 1. แผน่ พลาสติกลูกฟกู 2. รอกพลาสติก 3. ลวด 4. เชือก 5. ดนิ นำ้ มนั 6. เคร่อื งช่งั สปริง 7. กรรไกร 8. กาว 9. เทปกาว 10. ถ้วยกระดาษ วิธที ำ 1. จดั อุปกรณ์ดงั ภาพ ใส่ดินน้ำมนั หนกั 10 นวิ ตันในถ้วยกระดาษ 2. ในการสร้างเครื่องทุ่นแรงของคุณยาย เมื่อต้องการออกแรงให้น้อยลง สามารถปรับปรุงโดยเพิ่มรอกเดี่ยว เคลือ่ นที่ แล้วยกดนิ นำ้ มนั หนกั 10 นวิ ตันอีกคร้งั ดังภาพ สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

53 หน่วยที่ 5 | งานและพลงั งาน คมู่ ือครรู ายวชิ าพืน้ ฐานวิทยาศาสตร์ ตวั อยา่ งผลการทำกิจกรรม เครื่องท่นุ แรงของคณุ ยาย น้ำหนกั ของดินน้ำมัน ขนาดของแรงท่ีใชด้ งึ ดินน้ำมัน (N) (N) ต้นแบบ 10.0 2.50 การปรบั ปรงุ ตน้ แบบ 10.0 1.25 ตัวอย่างองค์ความรู้ รอกเด่ียวตายตวั ไมช่ ่วยผอ่ นแรงแตช่ ่วยให้ทำงานได้สะดวกมากขนึ้ แตร่ อกเดยี่ วเคลื่อนที่ช่วย ผ่อนแรงได้ เฉลยคำถามท้ายกิจกรรม 1. นักเรียนนำความรู้เกี่ยวกับงาน กำลัง และเครื่องกลอย่างง่ายมาใช้ในการสร้างเครื่องทุ่นแรงของคุณยาย อยา่ งไรบา้ ง แนวคำตอบ ขึ้นอยู่กับการออกแบบของนักเรียนในการสร้างเครื่องทุ่นแรงคุณยาย จากตัวอย่างเป็นการ ประยกุ ตใ์ ช้ความรูเ้ ร่อื งรอก 2. ถา้ ต้องการให้เครือ่ งทุ่นแรงของคณุ ยายผ่อนแรงได้มากข้ึน สามารถปรบั ปรุงช้ินงานอย่างไรบ้าง แนวคำตอบ ขึ้นอยู่กับการออกแบบของนักเรียนแต่จากตวั อย่างนี้ นักเรียนปรับปรงุ เครื่องทุ่นแรงของคุณยาย ใหผ้ ่อนแรงไดม้ ากขน้ึ โดยเพ่ิมจำนวนรอกเดย่ี วเคลอื่ นท่ี สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน 54 คู่มอื ครูรายวชิ าพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยแบบฝกึ หดั ท้ายบท 1. ชายคนหนึ่งวิดพื้น โดยในแต่ละครั้งจะเริ่มต้นที่หน้าอกชิดพื้นแล้วออกแรงผลักพื้น 500 นิวตัน จากนั้นเหยียด แขนจนสุดโดยให้หน้าอกสูงจากพื้น 40 เซนติเมตร ถ้าน้ำหนักของชายคนน้ีเท่ากับ 700 นิวตัน ในการดันพื้น เพือ่ ยกตัวขึน้ แต่ละครง้ั ทำให้เกดิ งานได้ประมาณเท่าไร * แนวคำตอบ ในการผลักพนื้ แตล่ ะครั้ง ทำให้เกดิ งานได้ประมาณ 200 จลู แนวคิด จากงานเป็นผลของแรงที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ นั่นคือ แรงที่ผลักพื้นทำให้ชายคนน้ีเคลื่อนที่ หรือยกตัวสูง จากพ้ืน 40 เซนติเมตร หรอื 0.4 เมตร จากความสมั พันธ์ W = FS = 500 N X 0.4 m = 200 N m หรอื 200 J ดงั น้ัน ในการผลักพืน้ แต่ละคร้ัง ทำให้เกิดงานไดป้ ระมาณ 200 จลู 2. ชายคนหนึ่งดันยางรถยนต์ไปข้างหน้าด้วยแรงในแนวระดับ 600 นิวตัน ทำให้ยางรถยนต์เคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้ 10 เมตร แรงเสียดทานระหว่างยางรถยนต์กับพ้ืนเท่ากับ 100 นวิ ตัน 2.1 ชายคนนีท้ ำให้เกิดงานได้เทา่ ใด * แนวคำตอบ ชายคนน้ที ำใหเ้ กดิ งานได้ 6,000 จูล แนวคดิ แรงท่ดี นั ให้รถยนต์เคล่อื นทไี่ ปข้างหน้า ระยะทาง 10 เมตร คือ 600 นวิ ตัน จากความสัมพนั ธ์ W = FS = 600 N X 10 m = 6,000 N m หรือ 6,000 J ดงั น้นั ในการดนั ยางรถยนต์ให้เคลื่อนที่ไปขา้ งหน้า คนนีท้ ำให้เกดิ งานได้ 6,000 จลู 2.2 งานเนอื่ งจากแรงเสียดทานมีคา่ เทา่ ใด * แนวคำตอบ งานเนื่องจากแรงเสยี ดทานมคี ่าเทา่ กบั -1,000 จูล แนวคิด แรงเสียดทานระหว่างล้อกับพื้นเท่ากับ 100 นิวตัน ในขณะที่ยางรถยนต์เคลื่อนที่ไปข้างหน้าเป็น ระยะทาง 10 เมตร จากความสมั พันธ์ W = FS = 100 N X 10 m = 1,000 N m หรอื 1,000 J แต่ในการดันยางรถยนต์ให้เคลื่อนที่ไปข้างหน้า แรงเสียดทานมีทิศทางตรงข้ามกับทิศทางของการเคลื่อนท่ี งานของแรงเสียดทานจะเป็นงานลบ ดงั นนั้ งานเน่อื งจากแรงเสียดทานมีค่าเท่ากับ -1,000 จูล สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

55 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน คูม่ ือครูรายวิชาพืน้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ 3. ออกแรง 40 นิวตัน ดันรถเขน็ หนกั 30 นิวตัน ให้เคล่ือนทีไ่ ด้ระยะทาง 10 เมตร ภายในเวลา 4 วินาที กำลังที่ใช้ ในการดนั รถเขน็ เปน็ เท่าไร * แนวคำตอบ กำลังท่ีใช้ในการดนั รถเข็นมีคา่ เท่ากบั 100 วัตต์ แนวคดิ กำลงั เปน็ งานที่ทำในหนง่ึ หนว่ ยเวลา จากความสมั พนั ธ์ ������ = ������ = ������������ ������ ������ = 40 N×10 m 4S = 100 N m หรอื 100 W S ดังนนั้ กำลังทใ่ี ช้ในการดนั รถเขน็ มีคา่ เทา่ กับ 100 วัตต์ 4. นักเรียนบนั ทกึ ข้อมูลการยกน้ำหนักของเครอื่ งกลจำนวน 3 เครื่อง ดงั ตาราง เครอื่ งกล นำ้ หนกั ทีย่ ก (N) ระยะทาง (m) เวลาท่ีใช้ (s) หมายเลข 1 500 6 4 หมายเลข 2 400 5 6 หมายเลข 3 600 4 5 เรียงลำดบั กำลงั ของเคร่ืองกลจากมากไปน้อยได้อยา่ งไร * แนวคำตอบ กำลงั ของเครือ่ งกลหมายเลข 1 > กำลังของเคร่ืองกลหมายเลข 3 > กำลงั ของเคร่อื งกลหมายเลข 2 แนวคิด กำลงั เป็นงานท่ีทำในหน่งึ หนว่ ยเวลา จากความสมั พันธ์ ������ = ������ = ������������ ������ ������ พิจารณากำลังของเคร่ืองกลหมายเลขต่าง ๆ ดงั น้ี เคร่อื งกลหมายเลข 1 มีกำลัง เท่ากับ 500 N × 6 m = 750 วตั ต์ 4S เครอ่ื งกลหมายเลข 2 มีกำลัง เทา่ กบั 400 N × 5 m = 333.33 วัตต์ 6S เครอ่ื งกลหมายเลข 3 มีกำลัง เท่ากับ 600 N × 4 m = 480 วตั ต์ 5S ดงั น้ัน ในการเรยี งลำดับกำลังของเคร่อื งกลจากมากไปน้อยได้ สามารถเรยี งได้ดงั น้ี กำลงั ของเครื่องกลหมายเลข 1 > กำลังของเคร่ืองกลหมายเลข 3 > กำลังของเครื่องกลหมายเลข 2 สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี