บทที่2แรงในธรรมชาติ

แรงในธรรมชาติ ครูผสู ้ อน นางสาวณัฐสุดา แกว้ กา่ โรงเรยี นบรบอื วทิ ยาคาร

2. สนามแม่เหล็กจากเส้นลวดท่ีมี กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 1. แรงโน้มถ่วงกับการเคล่ือนที่ของ 3. แรงแม่เหล็กที่กระทากับอนุภาคท่ีมี วตั ถตุ า่ ง ๆ รอบโลก ป ร ะ จุ ไ ฟ ฟ้ า แ ล ะ เ ส้ น ล ว ด ตั ว น า ที่ มี กระแสไฟฟ้าไหลผา่ น แรงในธรรมชาติ 4. การเหนย่ี วนาแม่เหล็กไฟฟา้ 5. แรงออ่ นและแรงเข้ม

แรงโน้มถว่ งของโลก (gravitation force) วัตถตุ า่ ง ๆ ทปี่ ล่อยจากท่ีสูง จะตกลงส่ผู วิ โลกเสมอ เพราะแรงโนม้ ถว่ งของโลก หรือ แรงดงึ ดดู ของโลก (Gravitational force) เป็นแรงท่โี ลกกระทาต่อวัตถุ มีทิศทางเข้าสู่ศูนยก์ ลางโลก และเป็นแรงไมส่ มั ผสั โดยแรง ดงึ ดดู ทโ่ี ลกกระทากบั วตั ถหุ น่งึ ๆ ทาใหว้ ัตถุตกลงสู่พ้นื โลกและทาให้วตั ถมุ ี น้ำหนัก (Weight) โดย เซอรไ์ อแซกนิวตนั สงสัยวา่ แรงอะไรทาให้ผลแอปเป้ลิ ตกสู่พื้นดนิ และตรงึ ดวงจันทรไ์ ว้กับโลกสิง่ นี้เองนาไปสู่การคน้ พบ กฎแรงโนม้ ถ่วง 3 ขอ้ หรอื ท่ีเรียกวา่ กฎกำรเคลื่อนทขี่ องนวิ ตัน (Newton’s La) นกั วทิ ยาศาสตร์ที่คน้ พบแรงโนม้ ถ่วงของโลกคือ เซอร์ไอแซกนิวตนั คน้ เป็นการนพบโดยบงั เอิญขณะท่ีเขานง่ั อยใู่ ตต้ น้ แอปเปิ้ ล และสงั เกตเห็นผลแอปเปิ้ลตกจากตน้ ลงสู่ พ้นื ดิน

แรงโนม้ ถว่ งกบั แรงดึงดูดระหว่างมวล (law of universal gravitation) ว ัต ถุ แ ต่ ล ะ ช นิ ด ท่ี มี ม ว ล ลว้ นแลว้ แต่มีแรงที่ดึงดูด เข้าหากัน ส่ วนจะมาก หรือน้อยข้ึนอยู่กบั ขนาด ข อ ง ม ว ล แ ล ะ ร ะ ย ะ ห่ า ง ระหว่างมวล กล่าวคือ ถา้ มีมวลมากกจ็ ะมีแรงดึงดูด เข้าหากันมาก เช่น แรง ดึงดูดของโลก

การเคล่อื นท่ขี องดาวเทียมและดวงจันทรร์ อบโลก

การเคล่อื นที่ของดาวเทยี มและดวงจนั ทร์รอบโลก การเคลื่อนที่ของดาวเทียม การเคลื่อนท่ีของดาวเทียมที่ โ ค จ ร ร อ บ โ ล ก ใ น ก ร ณี ที่ เ ค ลื่ อ น ที่ เ ป็ น ว ง ก ล ม ซ่ึ ง ดาวเทียมขณะเคลื่อนที่รอบโลก จะมีแรงสู่ศูนยก์ ลางกระทาต่อ ดาวเทียมและจากกฎแรงดึงดูด ระหว่างมวลของนิวตนั ขณะท่ี ดาวเทียมโคจรรอบโลก จะมี แรงดึงดูดระหว่างมวลทาหนา้ ที่ เป็นแรงสู่ศูนยก์ ลาง ในขณะท่ีดาวเทียมโคจรรอบโลก ดาวเทียมจะมีความเร่งในทิศเขา้ สู่ศูนยก์ ลางตลอดเวลา ซ่ึงความเร่งน้ีจะมีค่าเท่ากบั ความเร่งเนื่องจากความโนม้ ถ่วงของโลก (g) ทาใหม้ นุษยอ์ วกาศที่อยใู่ นดาวเทียมจะอยใู่ นสภาพไร้น้าหนกั

การประยกุ ตใ์ ช้ประโยชน์ จากเรื่องแรงโน้มถว่ งและสนามโนม้ ถว่ ง

แรงแมเ่ หล็ก (magnetic force) แม่เหลก็ คือ สารแม่เหลก็ ท่ีมีโมเลกลุ เรียงตวั กนั อยา่ งเป็นระเบียบ สามารถมีแรงกระทาต่อ สารแม่เหลก็ ดว้ ยกนั ได้ เม่ือแขวนแม่เหลก็ อยา่ งอิสระข้วั เหนือ (N) จะช้ีทิศข้วั โลกเหนือ ข้วั ใต้ (S) จะช้ีทิศข้วั โลกใต้ ทาให้ เช่ือวา่ โลกมีอานาจแม่เหลก็ โดยข้วั เหนือ (N) ของแม่เหลก็ อยทู่ างข้วั โลกใตท้ างภูมิศาสตร์ และมีข้วั ใต้ (S) ของแม่เหลก็ อยทู่ างข้วั เหนือทางภูมิศาสตร์ โดยมีการทามุมกนั เลก็ นอ้ ย

สนามแม่เหลก็ (Magnetic field) สนามแม่เหลก็ คือ บริเวณรอบ ๆ แม่เหลก็ ซ่ึงแท่งแม่เหลก็ น้นั สามารถส่งอานาจแม่เหลก็ ไปถึง

สนามแม่เหล็กจากเสน้ ลวดทมี่ กี ระแสไฟฟ้ าผ่าน กระดง่ิ ไฟฟา้ แกนเหลก็ ออ่ น แบตเตอร์ร่ี สวติ ซ์ สปริง ฆ้อนตี แผน่ โลหะ

ทศิ ของสนามแมเ่ หลก็ และกระแสไฟฟ้ า

ผูค้ น้ พบสนามแมเ่ หล็กทเี่ กดิ จากลวดตวั นา ฮาร์น คริสเตยี น เออร์สเตด นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก ค้ น พบวา่ เม่ือปลอ่ ยกระแสไฟฟา้ ผา่ นลวด ตวั นา จะทาให้เกิดสนามแม่เหล็กขึน้ บนลวดตวั นานนั้

โครงสร้างอะตอม (Atomic structure) ดีโมครีตสั ( นกั ปราชญช์ าวกรีก) ไดก้ ล่าวว่าทุกส่ิง ทุกอย่างประกอบข้ึนจาก อนุภาคที่เล็กมาก เล็ก มากจนไม่สามารถมองเห็นได้ อนุภาคเล็ก ๆ เ ห ล่ า น้ ี จ ะ ร ว ม พ ว ก เ ข้า ด้ว ย กัน โ ด ย วิ ธิ ก า ร ต่ า ง ๆ สาหรับอนุภาคเองน้นั ไม่มีการเปล่ียนแปลงและ ไม่สามารถจะแตกแยกออกเป็นชิ้นส่วนท่ีเลก็ ลงไป อีกได้ ดีโมครี- ตสั ต้งั ช่ืออนุภาคน้ีว่า อะตอม (Ato m) จากภาษากรีกที่ว่า atoms ซ่ึงมีความหมาย ว่า ไม่สามารถแบ่งแยกได้อีก ตามความคิดเห็น ของเขา อะตอมเป็นชิ้นส่วนท่ีเลก็ ท่ีสุดของสสารที่ สามารถจะคงอยไู่ ด้

โครงสร้างอะตอม (Atomic structure) แบแแบแบบจบแาบจจบลาจาบอลลาจองลอางอลองอะอองะตงอตะอออะตะมมตอตขขออมอมอมแงขงจขบอรออบงัทหนงก์นเทีลทลดสออุ่มอ์โมลรหบสต์ฟรมนั์นออรก์ด

แรงแมเ่ หล็กทกี่ ระทากบั อนุภาคทมี่ ปี ระจไุ ฟฟ้ า



หลกั การทางานของมอเตอร ์

แรงไฟฟา้ ( Electromagnetic Force) แรงไฟฟ้า เป็นแรงที่กระทาต่อวตั ถุไฟฟ้าดว้ ยกนั ซ่ึงจะมีท้งั แรงผลกั และแรงดูดกนั ผคู้ น้ พบประจุไฟฟ้าคร้ังแรก คือ นายทาลีส (Thales) โดยเทลีส ไดค้ น้ พบไฟฟ้าสถิตจากแท่งอาพนั เขาไดใ้ ห้ขอ้ สังเกตว่า เม่ือนาแท่งอาพนั ถูกบั ผา้ ขนสัตว์ แลว้ วางแท่งอาพนั ไวใ้ กลก้ บั วตั ถุ ชิ้นเลก็ ๆเช่น เศษไม้ จะทาใหเ้ ศษไมเ้ คลื่อนที่เขา้ หาแท่งอาพนั นน่ั คือ แท่งอาพนั จะมีอานาจอยา่ งหน่ึงท่ีดึงดูดวตั ถุได้

แรงไฟฟ้า ( Electromagnetic Force) เบนจามิน แฟรงคลิน (Benjamin Frankli n, 1706-1790) ไดท้ ดลองนาแท่งแกว้ และ ยางที่มีประจุจากการขดั สีไปวางใกลแ้ ท่ง ยาง ที่แขวนไวด้ ว้ ยเชือกพบวา่ แท่งแกว้ ออกแรงดูดแต่แท่งยางออกแรงผลกั แสดงวา่ ประจุที่เกิดในวสั ดุ ชนิดเดียวกนั จะผลกั กนั และประจุในวสั ดุต่างชนิดจะ ดูดกนั

แรงไฟฟา้ ( Electromagnetic Force) ประจุทาใหเ้ กิดแรงกระทากบั วตั ถุได้ 2 แบบ จึงคิดวา่ ควรมีประจุ 2 ชนิดโดย เรียกประจุชนิดหน่ึงวา่ ประจุบวก (positive charge) และ ประจุอีกชนิดวา่ ประจุลบ (negative charge) แรงท่ีเกิดจากประจุต่าง ชนิดกนั จะดูดกนั และประจุ ชนิดเดียวกนั จะผลกั กนั ในภายหลงั ไดม้ ีการทดลองและ ศึกษาคุณสมบตั ิของประจุท้งั สอง

แรงไฟฟา้ ( Electromagnetic Force) ต่อมาเม่ือ พ.ศ. 2280 (ค.ศ. 1747) เบนจามิน แฟรงคลิน(BenjaminFranklin)นัก วิทยาศาสตร์ ชาวอเมริกนั ไดค้ น้ พบไฟฟ้าในอากาศข้ึน โดยการทดลองนาว่าวซ่ึงมี กญุ แจผกู ติดอยกู่ บั สายป่ านข้ึนในอากาศขณะท่ีเกิด พายฝุ น

แรงไฟฟา้ ( Electromagnetic Force) เขาพบวา่ เม่ือเอามือไปใกลก้ ญุ แจกป็ รากฏประกายไฟฟ้ามายงั มือของเขาจากการ ทดลองน้ีทาใหเ้ ขาคน้ พบ เก่ียวกบั ปรากฏการณ์ ฟ้าแลบ ฟ้าร้อง และฟ้าผา่ ซ่ึงเกิดจากประจุไฟฟ้าในอากาศ นบั ต้งั แต่น้นั มาแฟรงคลินก็ สามารถประดิษฐส์ ายล่อฟ้าไดเ้ ป็นคนแรก โดย เอาโลหะต่อไวก้ บั ยอดหอคอยที่สูงๆ แลว้ ต่อสายลวดลงมายงั ดิน ซ่ึงเป็นการป้องกนั ฟ้าผา่ ได้

แรงไฟฟา้ ( Electromagnetic Force) ในปัจจุบนั พบวา่ ประจุที่เกิดข้ึนแบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ 2. ประจุลบ (Negative Charge) เป็นประจุท่ีอยบู่ น 1. ประจุบวก (Positive Charge) เป็นประจุที่อยบู่ นอนุภาค อนุภาค \"อิเลก็ ตรอน\" ที่เป็นอนุภาคที่เลก็ ที่สุดในอะตอม \"โปรตอน\" ซ่ึงเป็นอนุภาคเลก็ ๆที่อยใู่ นนิวเคลียสของธาตุ และวง่ิ เป็นวงกลมรอบ ๆนิวเคลียสของอะตอมของธาตุ โปรตอนแต่ละตวั จะมีจานวนประจุ อยู่ 1.6 x 10-19C อิเลก็ ตรอน 1 ตวั จะมีจานวนประจุเทา่ กบั โปรตอน 1 ตวั แต่เป็นคนละชนิดกนั แรงผลกั และแรงดูดจะทาใหว้ ตั ถุที่มีประจุเคลื่อนที่แยก ออกจากกนั หรือเคล่ือนท่ีเขา้ หากนั ถา้ ประจุบวกและลบเคลื่อนที่เขา้ หากนั พบกนั จะรวมกนั ทาใหเ้ ป็นกลางทางไฟฟ้า

แรงไฟฟา้ ( Electromagnetic Force) คุณสมบัติของประจุไฟฟ้า 1. ประจุชนิดเดียวกนั จะผลกั กนั 2. ประจุต่างชนิดกนั จะดูดกนั Fe Fe Fe Fe Fe Fe 3. ประจุจะไม่มีการสูญเสียหรือถูกทาลาย สิ่งที่ทาใหเ้ กิดการดูดและผลกั กนั คือ แรง F เรียกแรงไฟฟ้าหรือแรงคูลอมบ์ เป็นแรงคู่กิริยา ปฏิกิริยา กระทา บนประจุแต่ละตวั ขนาดเท่ากนั แต่ทิศทางตรงกนั ขา้ ม แมว้ ตั ถุไม่สัมผสั กนั กส็ ามารถเกิดแรงคูลอมบข์ ้ึนได้

สนามไฟฟา้ (Electric field) สนามไฟฟ้า หมายถึง “บริเวณโดยรอบประจุไฟฟ้า ซ่ึงประจุไฟฟ้าสามารถส่งอานาจไปถึง \" หรือ\"บริเวณที่เม่ือ นาประจุไฟฟ้าเขา้ ไปวางแลว้ จะเกิดแรงกระทาบนประจุไฟฟ้าน้ัน \"จุดที่อยู่ใกลป้ ระจุไฟฟ้าจะมีความเขม้ ของ สนามไฟฟ้าสูงกว่าจุดท่ีอยไู่ กลจากประจุ เน่ืองจากสนามไฟฟ้าเป็นปริมาณเวกเตอร์ เวลามีสนามหลายสนามมา กระทาร่วมกนั เวลารวมกนั จะตอ้ งรวมแบบเวกเตอร์

การเหนี่ยวนาแมเ่ หล็กไฟฟ้ า ไมเคลิ ฟาราเดย์ พบว่า เมื่อกระแสไฟฟา้ ไหลผ่านสนามแม่เหล็กจะมีผลให้เกิดการเคลื่อนที่ การเคล่ือนท่ีของตวั นาในสนามแม่เหล็กจะก็ให้เกิดแรงเคล่ือนไฟฟา้ ในตวั นานัน้ เรียกว่า “การเหน่ียวนาแม่เหลก็ ไฟฟ้า” ซง่ึ จะเกิดขนึ ้ เสมอในตวั นาที่วางอย่ใู นสนามแม่เหลก็ ที่ เปล่ียนแปลง

การเหนี่ยวนาแม่เหล็กไฟฟ้ า “ถ้าประจไุ ฟฟ้า 1 คลู อมบ์ เคล่ือนท่ี ในวงจรไฟฟ้าจนครบพอดี” การเกดิ อเี อม็ เอฟเหนี่ยวนา [ จากขวั้ บวกไปยงั ขวั้ ลบผา่ น ตัว แรงเคล่ือนไฟฟ้า ต้านทาน (R) ภายนอกเซลล์ (Electromotive Force หรือ e.m.f.) และจากขวั้ ลบไปยงั ขวั้ บวก ผ่าน หมายถึง ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่สร้ างขึน้ โดย เซลล์ไฟฟ้าแบตเตอร่ีหรือเครื่องกาเนิดไฟฟ้า เซลล์ไฟฟ้าภายใน (r) ] จานวน ซึ่งเป็นสาเหตุให้ เกิดกระแสไฟฟ้าและเป็ น พลงั งานที่สิน้ ไปในการนี ้คือคา่ สาเหตุให้เกิดกระแสไฟฟ้าในวงจร มีหน่วย แรงเคลื่อนไฟฟา้ ของเซลล์นนั้ เป็น จูลต่อคูลอมบ์ ซ่ึงกค็ ือ หน่วยโวลต์

แกลแวนอมเิ ตอร ์ อปุ กรณ์ไฟฟ้าชนิดหนง่ึ ท่ียอมให้ กระแสไฟฟา้ ไหลผ่านได้ แกลแวนอมิเตอร์เป็นเครื่องวดั ไฟฟ้า ประกอบด้วยขดลวดที่หมนุ ได้รอบแกน มี ลกั ษณะเป็นขดลวดสเ่ี หล่ยี มท่ีมีแกน หมนุ ปลายข้างหนงึ่ ของแกนหมนุ อย่ตู ดิ สปริงก้นหอยและเขม็ ชีข้ ดลวดเคลอ่ื นท่ีนี ้ หมนุ อย่ใู นสนามแม่เหลก็

การทดลอง กระแสไฟฟ้ าเหนี่ยวนา

หลกั การทางานของเครอื่ งกาเนิดไฟฟ้ า เม่ือหมนุ แกนเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าที่ ประกอบด้วยขดลวดในสนามแม่เหลก็ จะทาให้สนามแมเ่ หลก็ ผา่ นขดลวดเกิด ความเปลย่ี นแปลงและเกิด แรงเคล่อื นไฟฟา้ ขนึ ้ ที่ขดลวด โดยจะทา ให้เราได้ทราบวา่ พลงั งานกลสามารถ ทาให้เกพลงั งานไฟฟ้าได้

การประยกุ ตใ์ ชป้ ระโยชน์ เเคครรอื่ อื่ งงกกาาเเนนิดิดไไฟฟฟฟ้ า้ าใในนรโถรงจไกัฟยฟา้ าน

แรงออ่ นและแรงเขม้ เลขมวล คือ ผลรวมของจานวน โปรตรอนและจานวนนิวตรอนใน นิวเคลียส เลขอะตอม คอื จานวน โปรตรอนในนวิ เคลียส

แรงออ่ นและแรงเขม้ นิวคลอี อน คือ อนุภาคของนิวเคลียสท่ีบริเวณ ศูนยก์ ลางของอะตอม มีโปรตรอนและนิวตรอนอยู่ รวมกนั และบริเวณโดยรอบจะมีอิเลก็ ตรอนวง่ิ อยู่ โดยอิเลก็ ตรอนและนิวเคลียสของอะตอม จะมีแรง ไฟฟ้ายดึ กนั ไวเ้ นื่องจากอิเลก็ ตรอนเป็นประจุลบ และนิวเคลียสของอะตอมเป็ นแระจุบวก

แรงออ่ นและแรงเขม้ แรงนิวเคลียร์ คอื แรงระหว่างนิวคลีออนสอง ตวั หรือมากกวา่ นนั้ เป็นเหตขุ องการยดึ เหน่ียว ระหวา่ งโปรตอนกบั นิวตรอนให้อยดู่ ้วยกนั เป็น นิวเคลียสอะตอมได้ พลงั งานนิวเคลียร์ยึด เหนี่ยวที่ปลดปลอ่ ยออกมาทาให้มวลของ นิวเคลียสน้อยกวา่ มวลรวมของโปรตอนและ นิวตรอนรวมกนั

แรงออ่ นและแรงเขม้ ลกั ษณะของแรงนิวเคลยี ร์ พอสรุปไดด้ งั น้ี 1.แรงนิวเคลียร์เป็นแรงดึงดูดระหวา่ ง โปรตอน-โปรตอน โปรตอน-นิวตรอน นิวตรอน-นิวตรอน 2. แรงดึงดูดระหวา่ งโปรตอน กบั โปรตอน เป็นแรงที่ส่งผลในระยะท่ีส้นั มาก (ต่ากวา่ รัศมีของนิวเคลียส)

แรงออ่ นและแรงเขม้ แรงออ่ น แรงนิวเคลยี รอ์ ย่างออ่ นเกดิ จากการแลกเปลยี่ น อนุภาคพาหะสง่ ถา่ ยแรงทเี่ รยี กวา่ \"เวกเตอรโ์ บ ซอน\" ( vector bosons ) หรอื แรงทเี่ กยี่ วขอ้ ง กบั การสลายของธาตกุ มั มนั ตรงั สี

แรงออ่ นและแรงเขม้ แรงออ่ น เป็ นแรงพนื้ ฐานจากธรรมชาติ แรงนีม้ กั เกดิ ขนึ้ และเกดิ จากการที่ นิวตรอนในนิวเคลยี สเดมิ สลายเป็ น โปรตรอน เพอื่ ทาใหน้ ิวเคลยี สใหมม่ ี เสถยี รภาพมากขนึ้

แรงออ่ นและแรงเขม้ แรงออ่ น ปรากฏการณเ์ ชน่ นีเ้ กดิ ขนึ้ ทดี่ วงอาทติ ยข์ ณะทมี่ กี าร สลายตวั ของนิวตรอนเป็ นโปรตอนเพอื่ ทจี่ ะทาใหเ้ กดิ ธาตดุ ิ วเทอเรยี ม(deuterium) ซงึ่ ทาใหเ้ กดิ ปฏกิ ิรยิ าหลอมรวม นิวเคลยี ส(nuclear fusion) ตอ่ ไป และความรอ้ นใตพ้ ภิ พ ส่วนใหญ่ก็เป็ นการกมั มนั ตรงั สใี นระดบั ชนั้ เมทเทลิ และชน้ั เปลอื กโลก ก็เป็ นผลจากแรงออ่ นเชน่ กนั

แรงออ่ นและแรงเขม้ แรงเขม้ แรงนิวเครยี รอ์ ย่างเขม้ หรอื อตั กิรยิ าอย่างเขม้ เป็นแรงพ้นื ฐานจากธรรมชาติ มีการถกเถียงกนั ในเหล่านกั ฟิ สิกส์วา่ โครงสร้างนิวเคลียส ของอะตอมรวมตวั กนั ได้อย่างไร เพราะนิวเครียสของ อะตอมมีประจุบวก ลบ และเป็ นกลาง จึงได้มีการ ทดลองข้ึน

แรงออ่ นและแรงเขม้ แรงเขม้ ผลการทดลองยงิ เครอื่ งเรง่ อนุภาคพบวา่ มอี นุภาคย่อย แตกออกมาอกี คอื ควารก์ และอะตอมไม่แยกออกจากกนั ดว้ ยแรงไฟฟ้ า ดงั นั้นแรงนิวเคลยี รน์ ีต้ อ้ งมคี วามแรงหรอื กาลงั มากกวา่ มาก จงึ เป็ นทมี่ าของแรงนิวเคลยี รอ์ ยา่ ง เขม้ แรงกวา่ แรงไฟฟ้ า 100 เท่า มากกวา่ แรงนิวเคลยี ร ์ อย่างออ่ น 1 ลา้ นเทา่ มากกวา่ แรงดงึ ดดู ระหวา่ งมวล 10 ยกกาลงั 38

แรงออ่ นและแรงเขม้ ควารก์ คอื ชอื่ เรยี กอนุภาคมูลฐานทเี่ ป็ นหน่วยเล็กทสี่ ดุ จรงิ ๆ ของสสารตามทฤษฎี ใหม่ขององคป์ ระกอบของสสาร

แรงพนื้ ฐานในธรรมชาติ

แรงในธรรมชาติ INSERT THE TITLE OF YOUR PRESENTATION HERE ครผู ูส้ อน นางสาวณัฐสดุ า แกว้ กา่ โรงเรยี นบรบอื วทิ ยาคาร