แรงและการเคลื่อนที่ยุ้ย

เร่ือง
แรงและกรเคลอื่ นท่ี

เสนอ
นางสาววราภรณ์ วังคะวิง

จัดทาโดย
เดก็ หญิงอภิสราภรณ์ ปลอดกระโทก

รายงานวิชาวทิ ยาศาสตร์
ชัน้ มธั ยมศกึ ษาปีที่ 2

โรงเรียนบา้ นหวั หนอง(สงั ฆวิทยา)
สานักงานเขตพ้ืนทกี่ ารศกึ ษาประถมศกึ ษามหาสารคามเขต 1

แรงและการเคลื่อนที่
1. เวกเตอร์ของแรง
แรง (force) หมายถึง ส่ิงทีส่ ามารถทาให้วัตถุทีอ่ ยู่น่ิงเคลือ่ นทีห่ รอื ทาให้วัตถทุ ี่กาลงั เคลือ่ นทีม่ ี
ความเรว็ เพิม่ ขึน้ หรอื ช้าลง หรอื เปลีย่ นทิศทางการเคลื่อนทีข่ องวตั ถุได้

ปริมาณทางฟิสิกส์ มี 2 ชนิด คือ
1. ปริมาณเวกเตอร์ (vector quality) หมายถึง ปริมาณทีม่ ที ั้งขนาดและทิศทาง เช่น แรง
ความเรว็ ความเร่ง โมเมนต์ โมเมนตัม น้าหนัก เป็นต้น
2. ปริมาณสเกลาร์ (scalar quality) หมายถึง ปริมาณที่มีแต่ขนาดอย่างเดียว ไม่มที ิศทาง เช่น
เวลา พลังงาน ความยาว อณุ หภมู ิ เวลา พืน้ ที่ ปริมาตร อัตราเรว็ เป็นต้น

การเขียนเวกเตอร์ของแรง
การเขียนใช้ความยาวของส่วนเส้นตรงแทนขนาดของแรง และหวั ลกู ศรแสดงทิศทางของแรง

2. การเคลื่อนทีใ่ นหนึ่งมิติ
2.1 การเคลือ่ นทีใ่ นแนวเส้นตรง แบ่งเปน็ 2 แบบ คือ
1. การเคลือ่ นที่ในแนวเส้นตรงทีไ่ ปทิศทางเดียวกนั ตลอด เช่น โยนวัตถขุ ึ้นไปตรงๆ

รถยนต์ กาลังเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง
2. การเคลื่อนทีใ่ นแนวเส้นเส้นตรง แต่มีการเคลื่อนทีก่ ลับทิศด้วย เชน่ รถแล่นไปข้างหน้าใน

แนวเส้นตรง เม่อื รถมีการเลี้ยวกลบั ทิศทาง ทาให้ทิศทางในการเคลื่อนที่ตรงขา้ มกัน
2.2 อตั ราเร็ว ความเร่ง และความหนว่ งในการเคลือ่ นที่ของวัตถุ
1. อตั ราเรว็ ในการเคลือ่ นทีข่ องวัตถุ คือระยะทางทีว่ ตั ถเุ คลื่อนทีใ่ น 1 หน่วยเวลา
2. ความเร่งในการเคลื่อนที่ หมายถึง ความเรว็ ทีเ่ พิม่ ข้นึ ใน 1 หนว่ ยเวลา เช่น วตั ถุตกลงมา

จากทีส่ ูงในแนวดิ่ง
3. ความหน่วงในการเคลือ่ นที่ของวัตถุ หมายถึง ความเร็วทีล่ ดลงใน 1 หนว่ ยเวลา เช่น โยน

วตั ถขุ ึน้ ตรงๆ ไปในท้องฟ้า
3. การเคลือ่ นที่แบบต่างๆ ในชีวติ ประจาวนั
3.1 การเคลื่อนทีแ่ บบวงกลม หมายถึง การเคลื่อนทีข่ องวตั ถุเปน็ วงกลมรอบศนู ย์กลาง เกิดขึน้

เนื่องจากวตั ถุทีก่ าลังเคลื่อนที่จะเดินทางเป็นเส้นตรงเสมอ แต่ขณะน้ันมแี รงดงึ วตั ถุเข้าสู่ศูนย์กลางของ
วงกลม เรียกว่า แรงเข้าสู่ศูนย์กลางการเคลื่อนที่ จงึ ทาให้วัตถุเคลื่อนทีเ่ ปน็ วงกลมรอบศูนย์กลาง เช่น
การโคจรของดวงจันทร์รอบโลก

3.2 การเคลื่อนทีข่ องวัตถุในแนวราบ เปน็ การเคลือ่ นทีข่ องวัตถขุ นานกับพืน้ โลก เช่น รถยนต์ที่

กาลังแล่นอยู่บนถนน
3.3 การเคลื่อนที่แนววิถีโค้ง เปน็ การเคลื่อนทีผ่ สมระหว่างการเคลื่อนที่ในแนวดิง่ และใน

แนวราบ

กฎการเคลือ่ นทีข่ องนวิ ตนั
นิวตัน ได้สรุปหลักการเกี่ยวกบั การเคลื่อนที่ของวัตถทุ ั้งทีอ่ ยู่ในสภาพอยู่น่งิ และในสภาพ
เคลื่อนที่ ดงั น้ี
กฎข้อที่ 1 วตั ถถุ ้าหากว่ามีสภาพหยุดนิง่ หรอื เคลือ่ นที่เป็นเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่ มนั ยังจะคงสภาพ
เชน่ นตี้ ่อไป หากไม่มีแรงทีไ่ ม่สมดุลจากภายนอกมากระทา
กฎข้อที่ 2 ถ้าหากมีแรงที่ไม่สมดุลจากภายนอกมากระทาต่อวตั ถุ แรงทีไ่ ม่สมดุลน้ันจะเท่ากบั อัตราการ
เปลีย่ นแปลงโมเมนตต์ ัมเชิงเส้นของวัตถุ
กฎข้อที่ 3 ทกุ แรงกริยาที่กระทา จะมีแรงปฏิกิรยิ าที่มขี นาดทีเ่ ท่ากนั แต่มีทิศทางตรงกนั ข้ามกระทาตอบ
เสมอ
กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 และข้อที่ 3 เราได้ใชใ้ นการศกึ ษาในวิชาสถิตยศาสตร์ มาแล้วสาหรบั ในการศกึ ษา
พลศาสตร์ เราจงึ สนใจในกฎการเคลื่อนทีข่ อ้ ทีส่ องมากกว่า

แรงในแบบต่างๆ
1. ชนิดของแรง

1.1 แรงย่อย คือ แรงที่เป็นส่วนประกอบของแรงลัพธ์
1.2 แรงลัพธ์ คือ แรงรวมซึ่งเป็นผลรวมของแรงย่อย ซึง่ จะต้องเป็นการรวมกนั แบบปริมาณ
เวกเตอร์
1.3 แรงขนาน คือ แรงทีท่ ี่มที ิศทางขนานกนั ซึง่ อาจกระทาทีจ่ ุดเดียวกันหรอื ต่างจดุ กนั ก็ได้ มีอยู่ 2
ชนิด

- แรงขนานพวกเดียวกัน หมายถึง แรงขนานที่มีทิศทางไปทางเดียวกนั
- แรงขนานต่างพวกกัน หมายถึง แรงขนานทีม่ ที ิศทางตรงข้ามกนั
1.4 แรงหมุน หมายถึง แรงทีก่ ระทาต่อวตั ถุ ทาให้วัตถุเคลื่อนที่โดยหมนุ รอบจุดหมนุ ผลของการ
หมุนของ เรยี กว่า โมเมนต์ เช่น การปิด-เปิด ประตหู น้าต่าง
1.5 แรงคู่ควบ คือ แรงขนานต่างพวกกันคู่หนง่ึ ทีม่ ีขนาดเท่ากนั แรงลพั ธ์มคี ่าเปน็ ศนู ย์ และวตั ถทุ ีถ่ ูก
แรงคู่ควบกระทา 1 คู่กระทา จะไม่อยู่นิง่ แตจ่ ะเกิดแรงหมนุ
1.6 แรงดงึ คือ แรงที่เกิดจากการเกร็งตัวเพือ่ ต่อต้านแรงกระทาของวตั ถุ เป็นแรงที่เกิดในวัตถุที่
ลกั ษณะยาวๆ เช่น เส้นเชือก เส้นลวด

1.7 แรงสู่ศูนย์กลาง หมายถึง แรงทีม่ ที ิศเข้าสู่ศูนย์กลางของวงกลมหรือทรงกลมอนั หน่ึงๆ เสมอ
1.8 แรงต้าน คือ แรงที่มที ิศทางตอ่ ต้านการเคลื่อนที่หรอื ทิศทางตรงข้ามกบั แรงที่พยายามจะทาให้
วัตถุเกิดการเคลือ่ นที่ เชน่ แรงตา้ นของอากาศ แรงเสียดทาน
1.9 แรงโน้มถ่วงของโลก คือ แรงดงึ ดดู ที่มวลของโลกกระทากับมวลของวตั ถุ เพื่อดงึ ดูดวัตถุนั้นเข้า
สู่ศูนย์กลางของโลก

- น้าหนักของวัตถุ เกิดจากความเร่งเนื่องจากความโน้มถ่วงของโลกมากกระทาต่อวัตถุ
1.10 แรงกิริยาและแรงปฏิกิรยิ า

- แรงกิรยิ า คือ แรงที่กระทาต่อวตั ถทุ ี่จุดจุดหนง่ึ อาจเปน็ แรงเพียงแรงเดียวหรอื แรงลพั ธ์
ของแรงย่อยก็ได้

- แรงปฏิกิรยิ า คือ แรงที่กระทาตอบโต้ตอ่ แรงกิริยาที่จดุ เดียวกนั โดยมีขนาดเท่ากับแรง
กิริยา แต่ทิศทางของแรงท้ังสองจะตรงข้ามกนั

2. แรงกิรยิ าและแรงปฏิกิริยากบั การเคลื่อนทีข่ องวัตถุ
2.1 วัตถุเคลื่อนทีด่ ้วยแรงกิรยิ า เป็นการเคลื่อนที่ของวตั ถตุ ามแรงที่กระทา เช่น การขว้างลูกหนิ

ออกไป
2.2 วัตถุเคลือ่ นที่ดว้ ยแรงปฏิกิรยิ า เปน็ การเคลื่อนที่ของวัตถเุ นอื่ งจากมีแรงขับดนั วตั ถุให้

เคลือ่ นที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม เช่น การเคลือ่ นที่ของจรวด
แรงเสียดทาน

1. ความหมายของแรงเสียดทาน
แรงเสียดทาน คอื แรงที่ตา้ นการเคลือ่ นทีข่ องวัตถุซึง่ เกิดข้ึนระหว่างผวิ สัมผสั ของวัตถุ เกิดขึน้ ท้ัง

วตั ถุทีเ่ คลือ่ นที่และไม่เคลือ่ นที่ และจะมีทิศทางตรงกนั ข้ามกับการเคลื่อนที่ของวตั ถุ
แรงเสียดทานมี 2 ประเภท คือ

1. แรงเสียดทานสถิต คือ แรงเสียดทานทีเ่ กิดข้ึนระหว่างผวิ สัมผัสของวัตถุในสภาวะทีว่ ตั ถไุ ด้รับ
แรงกระทาแล้วอยู่น่ิง

2. แรงเสียดทานจลน์ คือ แรงเสียดทานทีเ่ กิดข้ึนระหว่างผวิ สมั ผสั ของวัตถุในสภาวะที่วตั ถุได้รับ
แรงกระทาแล้วเกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่

2. การลดและเพิม่ แรงเสียดทาน
การลดแรงเสียดทาน สามารถทาได้หลายวิธี
1. การขดั ถผู วิ วัตถใุ ห้เรียบและลืน่
2. การใช้สารล่อลน่ื เช่น น้ามัน

3. การใชอ้ ุปกรณ์ต่างๆ เชน่ ล้อ ตลบั ลกู ปืน และบุช
4. ลดแรงกดระหว่างผวิ สัมผสั เช่น ลดจานวนสิ่งที่บรรทุกใหน้ ้อยลง
5. ออกแบบรูปร่างยานพาหนะให้อากาศไหลผ่านได้ดี
การเพิม่ แรงเสียดทาน สามารถทาได้หลายวิธี
1. การทาลวดลาย เพือ่ ให้ผิวขรขุ ระ
2. การเพิ่มผวิ สัมผัส เชน่ การออกแบบหนา้ ยางรถยนต์ใหม้ ีหน้ากว้างพอเหมาะ

โมเมนตข์ องแรง
1. ความหมายของโมเมนต์
โมเมนต์ของแรง(Moment of Force)หรอื โมเมนต์(Moment) หมายถึง ผลของแรงที่กระทาต่อวตั ถุ

หมุนไปรอบจดุ หมุน ดงั นั้น ค่าโมเมนตข์ องแรง ก็คือ ผลคูณของแรงนน้ั กบั ระยะต้ังฉากจากแนวแรงถึงจดุ
หมนุ (มีหน่วยเป็น นวิ ตัน-เมตร แต่หน่วย กิโลกรมั -เมตร และ กรัม-เซนติเมตร กใ็ ช้ได้ในการคานวน)

โมเมนต์ (นิวตนั -เมตร) = แรง(นิวตนั ) X ระยะตั้งฉากจากแนวแรงถึงจดุ

หมนุ (เมตร)

2. ชนิดของโมเมนต์

โมเมนตข์ องแรงแบ่งตามทิศการหมุนได้เปน็ 2 ชนิด

1. โมเมนตท์ วนเขม็ นาฬิกา คือ โมเมนตข์ องแรงทีท่ าให้วตั ถุหมุนทวนเขม็ นาฬิกา

2. โมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา คือ โมเมนตข์ องแรงทีท่ าให้วตั ถหุ มนุ ตามเข็มนาฬิกา

3. หลักการของโมเมนต์

ถ้ามีแรงหลายแรงกระทาต่อวตั ถุช้ินหนง่ึ แล้วทาใหว้ ัตถนุ ั้นสมดุลจะได้วา่

ผลรวมของโมเมนต์ทวนเขม็ นาฬิกา = ผลรวมของโมเมนตต์ ามเขม็ นาฬิกา

M ตาม = M ทวน

F1 x L1 = F2 x L2

การนาหลักการเกี่ยวกับโมเมนตไ์ ปใช้ประโยชน์

โมเมนต์ หมายถึง ผลของแรงซึ่งกระทาต่อวตั ถุ เพื่อให้วตั ถุหมนุ ไปรอบจุดหมนุ

ความรู้เกีย่ วกบั โมเมนตข์ องแรง สมดลุ ของการหมุน และโมเมนต์ของแรงคู่ควบถูกนามาใช้

ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ มากมาย โดยเฉพาะการประดิษฐ์เครอื่ งผ่อนแรงชนิดต่าง ๆ

คาน เป็นวตั ถุแขง็ ใช้ดีด – งดั วัตถใุ หเ้ คลื่อนทีร่ อบจดุ ๆ หนึ่ง ทางานโดยใช้หลกั ของโมเมนต์

นักวิทยาศาสตร์ใช้หลักการของโมเมนต์มาประดิษฐ์คาน ผู้รู้จักใช้คานให้เป็นประโยชน์คนแรก คือ
อาร์คเี มเดส ซึง่ เป็นนักปราชญ์กรีกโบราณ เขากล่าวว่า “ถ้าฉนั มีจุดค้าและคานงัดที่ต้องการได้ละ
ก็ ฉนั จะงัดโลกให้ลอยขึ้น”
คานดดี คานงดั แบ่งออกได้ 3 ระดับ
คานอนั ดับ 1 จุดหมนุ (F) อยู่ในระหวา่ ง แรงต้านของวตั ถุ (W) กบั แรงพยายาม (E)
ได้แก่ ชะแลง คีมตดั ลวด กรรไกรตดั ผ้า ตาชั่งจนี คอ้ นถอนตะปู ไม้กระดก ฯลฯ

คานอนั ดบั 2 แรงต้านของวัตถุ (W) อยู่ระหว่าง จุดหมุน (F) กับแรงพยายาม (E)
ได้แก่ เครือ่ งตัดกระดาษ เครอ่ื งกระเทาะเมด็ มะม่วงหิมพานต์ รถเข็นดิน อุปกรณ์หนีบกล้วย ทีเ่ ปิดขวด
น้าอดั ลม
คานอนั ดับ 3 แรงพยายาม (E) อยู่ในระหว่าง จุดหมุน (F) กับ แรงพยายามของวัตถุ (W)
ได้แก่ คันเบ็ด แขนมนุษย์ แหนบ พลวั่ ตะเกียบ ช้อน ฯลฯ

ตวั อย่างที่ 1 คานยาว 2 เมตร นาเชือกผกู ปลายคานดา้ นซ้าย 0.8 เมตร แขวนติดกับเพดาน มี

วตั ถุ 30 กิโลกรัมแขวนที่ปลายด้านซ้าย ถ้าตอ้ งการให้คานสมดุลจะต้องใชว้ ตั ถุกีก่ ิโลกรัมแขวนทีป่ ลาย

ด้านขวา (คายเบาไม่คิดน้าหนัก)

เมื่อให้ O เป็นจุดหมนุ เมอ่ื คายสมดุลจะได้

ผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา = ผลรวมของโมเมนตต์ ามเขม็ นาฬิกา

M ตาม = M ทวน

3 x 0.8 = W X 1.2

W = 20 kg

ตอบ ดังนั้น จะตอ้ งใชว้ ตั ถุ 20 กิโลกรัม แขวนทีป่ ลายด้านขวา

ตวั อย่าง 2 คานสม่าเสมอยาว 1 เมตร คานมีมวล 2 กิโลกรมั ถ้าแขวนวัตถุ

หนัก 40 และ 60 กิโลกรัมทีป่ ลายแตล่ ะข้าง

จะต้องใชเ้ ชือกแขวนคานทีจ่ ุดใดคานจึงจะสมดุล

ผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา = ผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา

M ตาม = M ทวน

(40 x X) + (2 x ( X - 0.5)) = 60 x ( 1-X )

40 X + 2X - 1 = 60 - 60X

40X + 2X +60X = 60 + 1

102X = 61

X = 0.6 m

ตอบ ต้องแขวนเชือกหา่ งจากจกุ A เป็นระยะ 0.6 เมตร
4. โมเมนต์ในชีวติ ประจาวนั

โมเมนต์เกีย่ วข้องกบั กิจกรรมต่างๆ ในชีวิตประจาวันของเราเป็นอย่างมาก แม้แต่การเคลื่อนไหวของ
อวัยวะบางสว่ นของร่างกาย การใช้เครื่องใชห้ รอื อุปกรณ์ตา่ งๆ หลายชนิด เช่น

5. ประโยชน์โมเมนต์
จากหลกั การของโมเมนตจ์ ะพบว่า เม่อื มีแรงขนาดต่างกนั มากระทาต่อวตั ถุคนละดา้ นกับจดุ หมนุ ที่

ระยะห่างจากจุดหมุนต่างกัน วตั ถุนั้นกส็ ามารถอยู่ในภาวะสมดุลได้ หลักการของโมเมนตจ์ งึ ช่วยใหเ้ ราออก
แรงน้อยๆ แตส่ ามารถยกน้าหนกั มากๆ ได้