The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search
Published by ธัญลักษณ์ โพธิน, 2020-02-19 21:49:35

บืม

บืม

เรอื่ ง แรง

เสนอ
คุณครูวราภรณ์ วังคะวงิ

จัดทาโดย
เดก็ ชาย อนุรกั ษ์ อันทะศรี

ช้ันมธั ยมศึกษาปที ่ี2

รายวิชา วิทยาศาสตร์
โรงเรยี นบ้านหัวหนอง (สังฆวิทยา)

แรง

แรง ในทางฟสิ ิกส์คอื การกระทาจากภายนอกท่กี อ่ ใหเ้ กิดการเปลย่ี นแปลงของระบบทางกายภาพ โดยแรงเป็น
ผลมาจากการใชพ้ ลังงาน เช่น คนทจี่ งู สนุ ัขอยูด่ ้วยเชอื กล่าม กจ็ ะได้รบั แรงจากเชือกท่มี อื ซ่งึ ทาให้เกดิ แรงดึงไป
ข้างหน้า ถา้ แรงก่อให้เกดิ การเปลย่ี นแปลงทางจลนศาสตร์ตามกฎข้อทสี่ องของนิวตันคือ เกิดความเร่ง ถา้ ไมเ่ กิด
การเปล่ยี นแปลงทางจลนศาสตรก์ ็อาจก่อใหเ้ กิดความเปลี่ยนแปลงอ่ืนๆ ได้เช่นกัน หนว่ ยเอสไอของแรงคือ นิวตัน

1.แนวความคดิ พื้นฐาน

ในนยิ ามเบือ้ งตน้ ของแรงอาจกลา่ วไดว้ า่ แรงคือ สง่ิ ท่ีก่อให้เกดิ ความเรง่ เม่ือกระทาเดีย่ วๆ ในความหมายเชงิ
ปฏบิ ตั ิ แรงสามารถแบง่ ไดเ้ ป็นสองกลุม่ คอื แรงปะทะ และแรงสนาม แรงปะทะจะตอ้ งมีการปะทะทางกายภาพ
ของสองวตั ถุ เชน่ ค้อนตตี ะปู หรือแรงที่เกิดจากก๊าซใต้ความกดดนั ก๊าซทเี่ กดิ จากการระเบดิ ของดนิ ปนื ทาใหล้ กู
กระสุนปนื ใหญ่พุ่งออกจากปืนใหญ่ ในทางกลบั กัน แรงสนามไม่ต้องการการสัมผสั กันของส่อื กลางทางกายภาพ
แรงโนม้ ถว่ ง และ แมเ่ หล็กเป็นตัวอยา่ งของแรงชนิดนี้ อยา่ งไรกต็ าม โดยพืน้ ฐานแลว้ ทุกแรงเป็นแรงสนาม แรงท่ี
ค้อนตีตะปูในตวั อย่างก่อนหน้าน้ี ที่จริงแล้วเป็นการปะทะกันของแรงไฟฟา้ จากทั้งคอ้ นและตะปู แตท่ วา่ ในบางกรณี
ก็เปน็ การเหมาะสมที่เราจะแบ่งแรงเปน็ สองชนดิ แบบน้ีเพอ่ื งา่ ยต่อความเขา้ ใจ

2.นยิ ามเชงิ ปรมิ าณ

ในแบบจาลองทางฟิสกิ ส์ เราใช้ระบบเป็นจุด กลา่ วคือเราแทนวัตถดุ ว้ ยจุดหนงึ่ มติ ทิ ี่ศูนย์กลางมวลของมนั การ
เปล่ียนแปลงเพียงชนิดเดยี วทีเ่ กิดขน้ึ ได้กบั วตั ถกุ ็คือการเปล่ยี นแปลงโมเมนตัม (อัตราเร็ว) ของมนั ต้งั แตม่ ีการ
เสนอทฤษฎีอะตอมขึน้ ระบบทางฟสิ ิกส์ใดๆ จะถูกมองในวิชาฟิสิกส์ดง้ั เดมิ ว่าประกอบขึ้นจากระบบเปน็ จุดมากมาย
ท่เี รยี กว่าอะตอมหรือโมเลกุล เพราะฉะนน้ั แรงต่างๆ สามารถนยิ ามไดว้ ่าเปน็ ผลกระทบของมนั นั่นกค็ อื เป็นการ
เปล่ียนแปลงสภาพการเคล่อื นทีท่ ่ีมันไดร้ ับบนระบบเปน็ จุด การเปลี่ยนแปลงการเคลือ่ นที่นนั้ สามารถระบุจานวนได้
โดยความเร่ง (อนพุ นั ธ์ของความเรว็ ) การคน้ พบของไอแซก นวิ ตันที่ว่าแรงจะทาให้เกิดความเรง่ โดยแปรผกผัน

กบั ปริมาณทีเ่ รยี กวา่ มวล ซ่งึ ไมข่ น้ึ อยกู่ บั อัตราเรว็ ของระบบ เรียกว่ากฎข้อทส่ี องของนิวตัน กฎนี้ทาให้เราสามารถ
ทานายผลกระทบของแรงตอ่ ระบบเป็นจดุ ใดๆ ทเี่ ราทราบมวล กฎนน้ั มักจะเขียนดังนี้
F = dp/dt = d (m·v) /dt = m·a (ในกรณีท่ี m ไมข่ นึ้ กับ t)

เม่อื
F คอื แรง (ปรมิ าณเวกเตอร์)
p คือโมเมนตมั
t คือเวลา
v คือความเรว็
m คอื มวล และ
a=d²x/dt² คอื ความเร่ง อนุพันธอ์ ันดับสองของเวกเตอร์ตาแหนง่ x เม่อื เทียบกบั t
ถ้ามวล m วัดในหน่วยกโิ ลกรัม และความเรง่ a วดั ในหนว่ ย เมตรตอ่ วนิ าทีกาลังสอง แล้วหน่วยของแรงคอื
กิโลกรัม-เมตร/วินาทกี าลังสอง เราเรยี กหน่วยน้ีว่า นวิ ตัน: 1 N = 1 kg x 1 m/s²

สมการนี้เป็นระบบของสมการอนุพนั ธอ์ นั ดบั สอง สามสมการ เทยี บกบั เวกเตอร์บอกตาแหน่งสามมติ ิ ซึง่ เปน็
ฟังก์ชันกับเวลา เราสามารถแก้สมการนไี้ ด้ถ้าเราทราบฟังก์ชนั F ของ x และอนพุ นั ธ์ของมนั และถ้าเราทราบมวล
m นอกจากน้ีก็ต้องทราบเงื่อนไขขอบเขต เช่นคา่ ของเวกเตอร์บอกตาแหนง่ และ x และความเรว็ v ท่ีเวลาเร่มิ ตน้
t=0

สูตรนจี้ ะใช้ได้เมือ่ ทราบคา่ เปน็ ตัวเลขของ F และ m เท่าน้ัน นิยามข้างต้นนั้นเป็นนยิ ามโดยปรยิ ายซงึ่ จะได้มาเม่ือ
มกี ารกาหนดระบบอ้างอิง (น้าหน่ึงลิตร) และแรงอ้างอิง (แรงโนม้ ถ่วงของโลกกระทาตอ่ มันท่รี ะดบั ความสงู
ของปารีส) ยอมรับกฏขอ้ ที่สองของนวิ ตัน (เช่ือวา่ สมมตฐิ านเปน็ จริง) และวดั ความเร่งทีเ่ กิดจากแรงอา้ งอิง
กระทาตอ่ ระบบอ้างอิง เราจะไดห้ น่วยของมวล (1 kg) และหนว่ ยของแรง (หนว่ ยเดิมเปน็ 1 แรงกิโลกรมั =
9.81 N) เม่อื เสรจ็ สิ้น เราจะสามารถวดั แรงใดๆ โดยความเร่งท่ีมันก่อให้เกิดบนระบบอ้างองิ และวัดมวลของ
ระบบใดๆ โดยการวัดความเร่งทเี่ กิดบนระบบนี้โดยแรงอา้ งอิง
แรงมักจะไปรับการพิจารณาว่าเป็นปรมิ าณพน้ื ฐานทางฟิสิกส์ แต่ก็ยงั มปี รมิ าณท่เี ป็นพื้นฐานกวา่ นน้ั อีก เช่น
โมเมนตมั (p = มวล m x ความเรง่ v) พลังงาน มีหน่วยเป็น จลู นั้นเป็นพน้ื ฐานนอ้ ยกวา่ แรงและโมเมนตัม
เพราะมนั นยิ ามขึ้นจากงาน และงานนยิ ามจากแรง ทฤษฎีพนื้ ฐานที่สุดในธรรมชาติ ทฤษฎีกลศาสตร์ไฟฟา้
ควอนตัม และ ทฤษฎีสมั พัทธภาพทว่ั ไป ไมม่ ีแนวคดิ เรอื่ งแรงรวมอยู่ด้วยเลย
ถงึ แมแ้ รงไมใ่ ชป่ รมิ าณที่เปน็ พืน้ ฐานท่สี ุดในฟิสกิ ส์ มนั ก็เป็นแนวคิดพน้ื ฐานทแ่ี รวคดิ อ่ืนๆ เชน่ งาน และ ความดัน
(หน่วย ปาสกาล) นาไปใช้ แรงในบางคร้งั ใช้สับสนกบั ความเคน้

3.ชนดิ ของแรง
มีแรงพ้ืนฐานในธรรมชาติท่รี ู้จักดว้ ยกันอยู่ส่ีชนิด

· แรงนิวเคลยี ร์อยา่ งเข้ม กระทาระหว่างอนุภาคระดบั เล็กกวา่ อะตอม

· แรงแม่เหล็กไฟฟา้ ระหวา่ งประจไุ ฟฟ้า

· แรงนวิ เคลียร์อยา่ งออ่ น เกิดจากการสลายตวั ของกมั มันตภาพรงั สี
· แรงโนม้ ถ่วงระหว่างมวล

ทฤษฎสี นามควอนตัมจาลองแรงพ้ืนฐานสามชนดิ แรกไดอ้ ย่างแมน่ ยา แตไ่ มไ่ ด้จาลองแรงโน้มถว่ งควอนตัมเอาไว้
อยา่ งไรก็ตาม แรงโน้มถว่ งควอนตัมบรเิ วณกว้างสามารถอธิบายไดด้ ้วย ทฤษฎีสัมพทั ธภาพท่วั ไป
แรงพ้ืนฐานท้ังสสี่ ามารถอธิบายปรากฏการณ์ทส่ี ังเกตได้ท้ังหมด รวมถึงแรงอื่นๆ ท่ีสงั เกตได้เชน่ แรงคลู อมบ์
(แรงระหวา่ งประจไุ ฟฟา้ ) แรงโน้มถว่ ง (แรงระหวา่ งมวล) แรงแม่เหลก็ แรงเสียดทาน แรงส่ศู ูนยก์ ลาง แรง
หนีศูนย์กลาง แรงปะทะ และ แรงสปริง เป็นต้น
แรงตา่ งๆ ยังสามารถแบง่ ออกเป็น แรงอนรุ กั ษ์ และแรงไม่อนรุ กั ษ์ แรงอนุรักษจ์ ะเท่ากับความชันของพลังงาน
ศักย์ เช่น แรงโนม้ ถว่ ง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และแรงสปริง แรงไม่อนุรักษ์เชน่ แรงเสียดทาน และแรงตา้ น

4.ผลจากแรง
เมอ่ื แรงถกู กระทากบั วตั ถุหนึ่ง วตั ถนุ นั้ สามารถได้รบั ผลกระทบ 4 ประเภท ดงั น้ี

1. วตั ถุทอี่ ยนู่ ิ่งอาจเร่ิมเคล่ือนท่ี

2. ความเรว็ ของวัตถทุ กี่ าลังเคลื่อนทอ่ี ยู่เปลยี่ นแปลงไป

3. ทศิ ทางการเคล่อื นท่ีของวตั ถอุ าจเปลีย่ นแปลงไป

4. รปู รา่ ง ขนาดของวัตถุอาจเปล่ียนแปลงไป

5.กฎของนิวตนั

เซอร์ ไอแซก นวิ ตัน นกั วิทยาศาสตร์และนักคณติ ศาสตร์ชาวองั กฤษ ได้ศกึ ษาเรื่องแรงและไดอ้ ธบิ ายกฎสามขอ้
ของแรงไว้ในหนังสือของทา่ น คอื The Philosophiae Naturalis Principia Mathematica

กฎท้ังสามข้อมีอยูด่ ังนี้

1. หากไมม่ ีแรงมากระทาต่อวตั ถหุ นึง่ วตั ถนุ ้นั จะคงสภาพอยนู่ งิ่ ส่วนวตั ถทุ ่กี าลงั เคล่ือนที่จะเคลื่อนทตี่ อ่ ไป
ดว้ ยความเร็วคงท่ีในแนวตรง จนกวา่ จะมีแรงอ่นื มากระทาต่อวตั ถุนนั้ สูตร ∑F=0 (กฎของความเฉอ่ื ย)

2. เมือ่ มแี รงมากระทาตอ่ วัตถุหนงึ่ แรงนัน้ จะเปล่ยี นแปลงโมเมนตัมของวัตถุและทาให้วัตถเุ คลอื่ นท่ีไปตาม
แนวแรง โดยความเร็วของวัตถจุ ะแปรผนั ตามแรงน้ัน สตู ร ∑F=ma (กฎของแรง)

3. เมอ่ื วัตถุหน่ึงออกแรงกระทาต่อวัตถุอกี ช้ินหนึ่ง วตั ถุที่ถกู กระทาจะออกแรงกระทากลบั ในขนาดท่ีเทา่ กนั
สตู ร Action=Reaction (กฎของแรงปฏิกริ ยิ า)

Sign in|Recent Site Activity|Report Abuse|Print Page|Powered By Google Sites


Click to View FlipBook Version