ใบความรู้ ฟิสิกส์1

ฟิสิกส์เป็นศาสตรท์ ่เี ก่ียวกับการอธิบาย ปรากฏการณ์ธรรมชาติ ซึง่ แบง่ ได้ เป็น วิทยาศาสตรช์ วี ภาพ ( Biological Science ) ซ่งึ เป็นการศึกษาเก่ยี วกับส่งิ ทมี่ ีชวี ิต และ วิทยาศาสตรก์ ายภาพ (Physical Science ) เป็น การศกึ ษาเก่ยี วกบสิง่ ทไ่ี ม่มีชีวิต ซ่่งึ มกี าร แยกสาขาอีกมากมายเช่น สาขาเคมี สาขาฟิสกิ ส์ สาขาดาราศาสตร์ สาขาอุตุนิยมวิทยา และสาขาธรณวี ิทยาเป็นต้น ฟสิ กิ ส์ ( physics) ฟสิ ิกส์ ( physics) มาจากภาษากรีก ท่มี ีความหมาย ว่า ธรรมชาติ (nature) ดังนั้น ฟสิ ิกส์ หมายถึงเร่ืองราวที่ เก่ียวกับปรากฎการณ์ทางธรรมชาติทงั้ หลาย ความสัมพันธข์ องสสารกับพลังงานโดยส่วนใหญ่เก่ียวขอ้ ง กับส่ิงทีไ่ มม่ ีชีวิต โดยศกึ ษาจากการสงั เกต รวบรวมข้อมูล ต่างๆ เพอ่ื หาความสัมพนั ธร์ ะหว่างสิ่งต่างๆ จนสรุปเปน็ ทฤษฎีและกฎนอกจากนีค้ วามรู้ทางฟสิ ิกส์ยังได้มาจาก จนิ ตนาการโดยการสร้างแบบจาลอง (model) ทาง ความคิดโดยใช้หลักการของฟิสกิ ส์ซ่งึ นาไปสู่การสรุปเปน็ ทฤษฎีและมกี ารทดลองเพอื่ ตรวจสอบทฤษฎีนนั้ ๆ ความรทู้ างฟิสิกสเ์ กิดจาก 1. คือจากการสังเกตปรากฏการณ์ธรรมชาติและการทดลอง 2. การสร้างแบบจาลองทางความคดิ หรือสร้างทฤษฎีใหมข่ นึ้ มา เช่น แบบจาลองอะตอม การสร้างแบบจาลองของรถยนต์ประหยดั พลังงาน แล้วทดลองใช้จนได้ผล จงึ นาไปประดิษฐห์ รือสร้างเปน็ รถยนต์

ควรรู้ - ทฤษฎี คือสมมติฐานท่ไี ด้พสิ ูจน์ไว้แล้วว่าเปน็ จริงและมคี วามถกู ต้องภายใต้ เง่อื นไขน้นั - กฎ คือทฤษฎีทใี่ ช้ได้และเป็นจริงเสมอ เช่น กฎการสะท้อนแสง กฎ การเคลื่อนที่ของนวิ ตัน ความรู้เพ่ิมเติม เซอร์ ไอแซก นวิ ตัน (อังกฤษ: Isaac Newton; 25 ธันวาคม ค.ศ. 1641 – 20 มนี าคม ค.ศ. 1725 ตามปฏิทินจูเลียน)1 นักฟิสกิ ส์ นักคณิตศาสตร์ นักดาราศาสตร์ นกั ปรัชญา นกั เลน่ แร่ แปรธาตุ และนักเทววิทยาชาวอังกฤษ งานเขียนในปี พ.ศ. 2230 เร่ือง Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (เรียกกันโดยท่ัวไปว่า Principia) ถือเปน็ หนึ่งในหนังสอื ที่มีอิทธิพลท่ีสุดใน ประวัตศิ าสตร์วิทยาศาสตร์ เป็นรากฐานของวิชากลศาสตร์ดัง้ เดมิ ในงานเขียนช้ินน้ี นิว ตันพรรณนาถึง กฎแรงโน้มถ่วงสากล และ กฎการเคลอ่ื นท่ีของนวิ ตัน ซึ่งเป็นกฎทาง วิทยาศาสตร์อันเป็นเสาหลักของการศึกษาจกั รวาลทางกายภาพตลอดชว่ ง 3 ศตวรรษ ถัดมา นวิ ตนั แสดงให้เห็นว่า การเคล่อื นที่ของวัตถุต่างๆ บนโลกและวัตถุท้องฟา้ ลว้ นอยู่ ภายใตก้ ฎธรรมชาติชนิดเดียวกัน โดยแสดงให้เห็นความสอดคลอ้ งระหว่างกฎการ เคลอ่ื นที่ของดาวเคราะห์ของเคปเลอร์กับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของตน ซึ่งชว่ ยยืนยนั แนวคดิ ดวงอาทิตย์เปน็ ศูนยก์ ลางจักรวาล และชว่ ยให้การปฏิวัติวิทยาศาสตร์ก้าวหนา้ ยิ่งขึ้น ปรมิ าณทางฟสิ กิ ส์ ข้อมูลที่ได้จากการศกึ ษาฟสิ ิกส์แบง่ ออกเป็น 2 ประเภท คือ 1.1 ข้อมูลเชิงคณุ ภาพ (qualitative data) เป็นข้อมลู ท่ไี ด้จากการบรรยาย สภาพของส่ิงที่สังเกตได้ตามขอบเขตของการรับรู้ เชน่ การระบลุ ักษณะรูปทรง ลักษณะพ้ืนผิว สี กลิ่น รส เป็นต้น 1.2 ขอ้ มลู เชงิ ปริมาณ (quantitative data) เปน็ ปริมาณทส่ี ามารถวัดได้ด้วย เคร่ืองมือโดยตรงหรือทางอ้อม เป็นปริมาณทมี่ ีความหมายเฉพาะเจาะจงอย่างใด อยา่ งหนึง่ เชน่ ปริมาตร มวล น้าหนกั ความเร็ว อณุ หภมู ิ เวลา เป็นต้น ปริมาณ เหล่าน้จี ะต้องมีหนว่ ยกากับชัดเจน เช่น ปริมาตรอาจมีหน่วยเป็น ลูกบาศก์เมตร ลูกบาศก์ฟุต ถัง ลิตร เปน็ ต้น การบันทึกขอ้ มลู เชงิ ปรมิ าณ ประกอบด้วย 3 ส่วน คือ ปริมาณการวัดตัวเลข แสดงผลการวัด และหนว่ ย ดังน้ี ปริมาณทว่ี ัด ตัวเลข หน่วย ระยะทาง 100 เมตร เวลา 5 วินาที ปริมาณและหน่วยของปริมาณ

เพื่อให้การใช้หนว่ ยเปน็ มาตรฐานเดียวกัน ท่ัวโลก โดยเฉพาะวงการวิทยาศาสตร์ องค์กร ระหว่างชาติเพือ่ การมาตรฐาน ( International Organization for Standardization)ได้กาหนด ได้กาหนดระบบหนว่ ยมาตรฐานทีเ่ รียกว่า ระบบ เอสไอ ( SI Unit ซง่ึ ยอ่ มาจาก Systeme Internationals Unit) ให้ทกุ ประเทศใชเ้ ปน็ มาตรฐาน ระบบเอสไอ ประกอบด้วย หน่วยฐาน หนว่ ยเสริม หน่วยอนุพันธ์ และคาอปุ สรรค 1. ปรมิ าณฐาน ( base quantites ) และหนว่ ยฐาน (Base units) เปน็ ปริมาณทถี่ กู กาหนดขนึ้ เปน็ พน้ื ฐาน การวัด มี 7 ปริมาณ 7 หนว่ ย ได้แก่ ความยาว , มวล , เวลา , กระแสไฟฟ้า , ปริมาณสาร , อณุ หภูมิอุณหพลวัติ และความเข้มของการส่องสว่าง ตาราง แสดงปริมาณฐานและหน่วยในระบบ SI ปริมาณฐาน ชอ่ื หน่วย สัญลักษณ์ Base quantites Units Symbols Length = ความยาว metre =เมตร m kg mass = มวล kilogram =กิโลกรัม s A time = เวลา second =วนิ าที K Electric current = กระแสไฟฟ้า ampere =แอมแปร์ mol cd Thermodynamic temperature = kelvin =เคลวนิ อุณหภูมิ อณุ หพลวตั Amount of substance = ปริมาณสาร mole =โมล Luminous intensity = ความเข้มของ candela =แคนเดลา การส่องสว่าง

2. ปรมิ าณอนุพทั ธ์ (derived quantites) และหน่วยอนุพทั ธ์ (Derived Units) เป็นปริมาณทีเ่ กิดจาก ปริมาณฐานคณู กัน หรือหารกัน เช่น พน้ื ที่ ปริมาตร อัตราเร็ว ฯลฯ ตาราง แสดงปริมาณอนุพทั ธ์ และหน่วยในระบบ SI ปรมิ าณ ชอื่ หนอ่ ย สญั ลกั ษณ์ หนว่ ยอนื่ ทเ่ี ทยี บเทา่ Quantity Unit Symbol Equivalent units Frequency hertz Hz 1 Hz = 1 s-1 ความถี่ เฮริ ตซ์ N 1 N = 1 m kg s-2 force newton แรง นิวตัน Pa 1 Pa = 1 m-1 kg s-2 = 1 N/m2 pressure pascal ความดนั พาสคัล J 1 J = 1m2kgs-2=1Nm energy,work,quanti joule ty of headพลังงาน , จูล งาน , ปริมาณความ ร้อน 3. หน่วยเสริม (Suppilmentary Units) มี 2 หนว่ ยคือ 3.1 เรเดียน (Radian : rad)เป็นหนว่ ยวัดมมุ บนระนาบ (plane angle) 3.2 สตีเรเดียน (steradian : sr) เปน็ หนว่ ยวัดมุมตัน (solid angle) ข้อสงั เกต - มุม 1 sr คือมมุ ท่ีรองรับพ้ืนที่ผิวของทรงกลม A ท่มี ีขนาดเท่ากับขนาดของ รัศมีของทรงกลมกาลังสอง - มุมตันรอบจดุ ศูนยก์ ลางของทางกลมท้งั หมดก็คือ 4π หรือ 12.56 สตีเรเดียน ( W = A/r2 = 4πr2/r2 = 4π สตีเรเดียน หรือประมาณ 12.56 sr)