บืม

เรื่อง แรงและการเคลื่อนที่

เสนอ
นางสาว วราภรณ์ วงั คะวงิ

จดั ทาโดย
ด.ชสิทธิโชค แหวหลอ่
รายวิชา วทิ ยาศาสตร์
ชน้ั มธยมศกึ ษาปที ่ี 2

โรงเรีนบ้านหัวหนอง(สงั ฆวทิ ยา)
สานักงานเขตพืน้ ทกี่ ารศึกษา ประถมศึกษา

มหาสารคามเขต ๑

แรง

แรง ในทางฟิสิกส์คอื การกระทาจากภายนอกทกี่ ่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของระบบทางกายภาพ โดยแรงเป็น
ผลมาจากการใชพ้ ลังงาน เช่น คนทจี่ งู สุนัขอย่ดู ว้ ยเชอื กล่าม กจ็ ะได้รบั แรงจากเชอื กท่ีมือ ซ่ึงทาให้เกดิ แรงดึงไป
ข้างหน้า ถา้ แรงก่อให้เกดิ การเปลีย่ นแปลงทางจลนศาสตร์ตามกฎขอ้ ที่สองของนิวตนั คือ เกดิ ความเร่ง ถา้ ไมเ่ กิด
การเปลยี่ นแปลงทางจลนศาสตร์ก็อาจกอ่ ใหเ้ กิดความเปล่ยี นแปลงอ่นื ๆ ไดเ้ ช่นกัน หนว่ ยเอสไอของแรงคือ นิวตัน

1.แนวความคิดพ้ืนฐาน

ในนิยามเบือ้ งต้นของแรงอาจกลา่ วไดว้ า่ แรงคอื ส่งิ ทก่ี ่อให้เกดิ ความเรง่ เม่อื กระทาเด่ยี วๆ ในความหมายเชงิ
ปฏิบตั ิ แรงสามารถแบง่ ได้เป็นสองกลุ่ม คอื แรงปะทะ และแรงสนาม แรงปะทะจะตอ้ งมีการปะทะทางกายภาพ
ของสองวตั ถุ เช่นค้อนตตี ะปู หรอื แรงทเ่ี กิดจากก๊าซใต้ความกดดนั ก๊าซที่เกดิ จากการระเบดิ ของดนิ ปืนทาใหล้ กู
กระสุนปืนใหญพ่ ุ่งออกจากปืนใหญ่ ในทางกลบั กนั แรงสนามไมต่ ้องการการสัมผสั กันของสอ่ื กลางทางกายภาพ
แรงโน้มถว่ ง และ แมเ่ หลก็ เป็นตัวอยา่ งของแรงชนิดนี้ อย่างไรก็ตาม โดยพน้ื ฐานแลว้ ทกุ แรงเปน็ แรงสนาม แรงท่ี
คอ้ นตตี ะปใู นตวั อยา่ งก่อนหน้าน้ี ทจี่ ริงแลว้ เป็นการปะทะกันของแรงไฟฟา้ จากทั้งคอ้ นและตะปู แตท่ ว่าในบางกรณี
ก็เปน็ การเหมาะสมทเี่ ราจะแบ่งแรงเป็นสองชนิดแบบนี้เพือ่ งา่ ยต่อความเข้าใจ

2.นิยามเชงิ ปริมาณ
ในแบบจาลองทางฟิสกิ ส์ เราใช้ระบบเป็นจุด กล่าวคอื เราแทนวตั ถุด้วยจุดหนึง่ มิติท่ศี ูนย์กลางมวลของมนั การ
เปลี่ยนแปลงเพียงชนิดเดียวท่เี กดิ ขนึ้ ได้กับวตั ถกุ ็คือการเปล่ยี นแปลงโมเมนตัม (อัตราเรว็ ) ของมัน ต้งั แตม่ ีการ
เสนอทฤษฎีอะตอมขน้ึ ระบบทางฟิสิกสใ์ ดๆ จะถกู มองในวิชาฟิสกิ ส์ดัง้ เดิมว่าประกอบขึ้นจากระบบเป็นจุดมากมาย
ที่เรียกว่าอะตอมหรอื โมเลกุล เพราะฉะนน้ั แรงตา่ งๆ สามารถนยิ ามไดว้ า่ เป็นผลกระทบของมนั นั่นกค็ อื เปน็ การ
เปลี่ยนแปลงสภาพการเคลือ่ นทีท่ ่มี ันไดร้ บั บนระบบเปน็ จดุ การเปลย่ี นแปลงการเคล่อื นทีน่ น้ั สามารถระบจุ านวนได้
โดยความเร่ง (อนพุ นั ธ์ของความเร็ว) การค้นพบของไอแซก นวิ ตนั ที่ว่าแรงจะทาใหเ้ กิดความเร่งโดยแปรผกผนั
กับปริมาณทีเ่ รียกว่ามวล ซึง่ ไม่ข้ึนอยู่กบั อตั ราเร็วของระบบ เรียกวา่ กฎขอ้ ที่สองของนิวตัน กฎน้ีทาใหเ้ ราสามารถ
ทานายผลกระทบของแรงตอ่ ระบบเปน็ จุดใดๆ ที่เราทราบมวล กฎน้นั มักจะเขยี นดังนี้

F = dp/dt = d (m·v) /dt = m·a (ในกรณที ่ี m ไมข่ ้ึนกับ t)
เมื่อ
F คือแรง (ปรมิ าณเวกเตอร์)
p คอื โมเมนตัม
t คือเวลา
v คือความเร็ว
m คอื มวล และ

a=d²x/dt² คอื ความเรง่ อนพุ นั ธ์อันดบั สองของเวกเตอรต์ าแหน่ง x เมือ่ เทียบกับ t
ถา้ มวล m วัดในหน่วยกโิ ลกรัม และความเรง่ a วดั ในหนว่ ย เมตรต่อวนิ าทกี าลงั สอง แลว้ หนว่ ยของแรงคือ
กิโลกรมั -เมตร/วนิ าทีกาลังสอง เราเรียกหน่วยนว้ี ่า นวิ ตัน: 1 N = 1 kg x 1 m/s²

สมการน้เี ปน็ ระบบของสมการอนุพันธอ์ นั ดับสอง สามสมการ เทยี บกับเวกเตอร์บอกตาแหนง่ สามมติ ิ ซ่งึ เป็น
ฟงั ก์ชนั กบั เวลา เราสามารถแกส้ มการน้ีไดถ้ ้าเราทราบฟังก์ชนั F ของ x และอนพุ ันธ์ของมัน และถา้ เราทราบมวล
m นอกจากน้ีกต็ อ้ งทราบเง่อื นไขขอบเขต เช่นคา่ ของเวกเตอรบ์ อกตาแหน่ง และ x และความเรว็ v ที่เวลาเริ่มต้น
t=0
สตู รน้จี ะใชไ้ ด้เมื่อทราบค่าเป็นตวั เลขของ F และ m เท่าน้นั นยิ ามขา้ งตน้ นั้นเปน็ นิยามโดยปรยิ ายซ่ึงจะได้มาเมอ่ื
มีการกาหนดระบบอ้างอิง (น้าหนงึ่ ลติ ร) และแรงอ้างอิง (แรงโน้มถ่วงของโลกกระทาต่อมนั ที่ระดับความสงู
ของปารีส) ยอมรบั กฏขอ้ ท่ีสองของนิวตัน (เชื่อว่าสมมตฐิ านเป็นจริง) และวดั ความเรง่ ท่ีเกิดจากแรงอ้างอิง
กระทาต่อระบบอ้างองิ เราจะไดห้ น่วยของมวล (1 kg) และหนว่ ยของแรง (หน่วยเดิมเป็น 1 แรงกโิ ลกรัม =
9.81 N) เม่ือเสร็จส้ิน เราจะสามารถวดั แรงใดๆ โดยความเร่งที่มนั กอ่ ให้เกิดบนระบบอา้ งอิง และวัดมวลของ
ระบบใดๆ โดยการวัดความเร่งท่ีเกิดบนระบบนีโ้ ดยแรงอา้ งอิง

แรงมกั จะไปรับการพจิ ารณาว่าเป็นปริมาณพ้นื ฐานทางฟสิ ิกส์ แตก่ ย็ ังมปี ริมาณท่เี ปน็ พื้นฐานกวา่ น้ันอีก เชน่
โมเมนตัม (p = มวล m x ความเรง่ v) พลังงาน มหี นว่ ยเปน็ จูล น้ันเปน็ พนื้ ฐานน้อยกว่าแรงและโมเมนตมั
เพราะมนั นิยามขนึ้ จากงาน และงานนยิ ามจากแรง ทฤษฎีพืน้ ฐานท่ีสดุ ในธรรมชาติ ทฤษฎกี ลศาสตรไ์ ฟฟา้
ควอนตัม และ ทฤษฎสี ัมพทั ธภาพทว่ั ไป ไมม่ ีแนวคดิ เรอ่ื งแรงรวมอย่ดู ้วยเลย

ถึงแม้แรงไมใ่ ชป่ รมิ าณท่ีเป็นพ้ืนฐานที่สดุ ในฟสิ กิ ส์ มันก็เปน็ แนวคิดพ้นื ฐานท่ีแรวคิดอ่ืนๆ เช่น งาน และ ความดัน
(หนว่ ย ปาสกาล) นาไปใช้ แรงในบางคร้ังใชส้ บั สนกบั ความเคน้

3.ชนดิ ของแรง
มแี รงพื้นฐานในธรรมชาติที่รูจ้ ักด้วยกันอยู่สี่ชนดิ

· แรงนวิ เคลยี ร์อยา่ งเข้ม กระทาระหว่างอนุภาคระดับเลก็ กว่าอะตอม
· แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ระหว่างประจไุ ฟฟ้า
· แรงนวิ เคลียร์อยา่ งออ่ น เกิดจากการสลายตัวของกมั มันตภาพรังส
· แรงโน้มถ่วงระหวา่ งมวล

ทฤษฎีสนามควอนตัมจาลองแรงพื้นฐานสามชนดิ แรกไดอ้ ยา่ งแมน่ ยา แตไ่ ม่ไดจ้ าลองแรงโน้มถ่วงควอนตัมเอาไว้
อย่างไรก็ตาม แรงโน้มถว่ งควอนตัมบริเวณกวา้ งสามารถอธิบายไดด้ ว้ ย ทฤษฎีสมั พัทธภาพทว่ั ไป
แรงพื้นฐานท้ังสี่สามารถอธบิ ายปรากฏการณท์ ่ีสังเกตไดท้ ั้งหมด รวมถึงแรงอน่ื ๆ ที่สังเกตไดเ้ ชน่ แรงคูลอมบ์
(แรงระหวา่ งประจไุ ฟฟา้ ) แรงโนม้ ถ่วง (แรงระหวา่ งมวล) แรงแมเ่ หลก็ แรงเสียดทาน แรงสู่ศูนยก์ ลาง แรง
หนศี ูนยก์ ลาง แรงปะทะ และ แรงสปริง เป็นตน้
แรงตา่ งๆ ยังสามารถแบ่งออกเป็น แรงอนุรกั ษ์ และแรงไม่อนรุ กั ษ์ แรงอนุรักษ์จะเท่ากบั ความชันของพลังงาน
ศักย์ เช่น แรงโนม้ ถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และแรงสปริง แรงไม่อนุรกั ษ์เชน่ แรงเสียดทาน และแรงตา้ น

4.ผลจากแรง
เม่ือแรงถูกกระทากับวัตถหุ นึ่ง วัตถุนั้นสามารถได้รบั ผลกระทบ 4 ประเภท ดงั นี้
1. วตั ถทุ อี่ ยู่น่ิงอาจเรม่ิ เคล่อื นที่

2. ความเร็วของวตั ถุทก่ี าลังเคลอื่ นทีอ่ ยู่เปลย่ี นแปลงไป
3. ทศิ ทางการเคล่อื นท่ีของวัตถอุ าจเปลีย่ นแปลงไป
4. รูปรา่ ง ขนาดของวตั ถอุ าจเปล่ยี นแปลง
5.กฎของนวิ ตัน
เซอร์ ไอแซก นวิ ตนั นักวิทยาศาสตร์และนกั คณิตศาสตรช์ าวอังกฤษ ได้ศกึ ษาเรอ่ื งแรงและไดอ้ ธิบายกฎสามข้อ
ของแรงไว้ในหนังสือของท่าน คือ The Philosophiae Naturalis Principia Mathematica
กฎทงั้ สามขอ้ มีอยู่ดงั น้ี

1. หากไม่มีแรงมากระทาต่อวตั ถหุ น่ึง วตั ถุน้ันจะคงสภาพอยู่นิง่ สว่ นวตั ถุทก่ี าลังเคลอื่ นท่จี ะเคลื่อนทตี่ ่อไป
ดว้ ยความเร็วคงที่ในแนวตรง จนกวา่ จะมแี รงอ่นื มากระทาต่อวัตถนุ ้นั สูตร ∑F=0 (กฎของความเฉอ่ื ย)

2. เมอื่ มีแรงมากระทาต่อวัตถหุ นึ่ง แรงน้ันจะเปลย่ี นแปลงโมเมนตัมของวัตถุและทาใหว้ ตั ถเุ คล่ือนที่ไปตาม
แนวแรง โดยความเร็วของวตั ถุจะแปรผนั ตามแรงนั้น สูตร ∑F=ma (กฎของแรง)

3. เมอ่ื วัตถุหน่งึ ออกแรงกระทาตอ่ วัตถอุ ีกช้ินหนึ่ง วตั ถทุ ถี่ กู กระทาจะออกแรงกระทากลบั ในขนาดที่เทา่ กนั
สตู ร Action=Reaction (กฎของแรงปฏิกิริยา)

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