แรงและการเคลื่อนที่

แรง
(force)

ส่งิ ทก่ี ระทำต่อวตั ถแุ ล้วทำใหว้ ตั ถเุ ปลยี่ นสภำพไป ซงึ่ กำรกระทำน้นั อำจทำให้วัตถเุ กิดกำรเคลอ่ื นทห่ี รือเปล่ยี นรูปรำ่ ง
โดยกำรเปล่ียนแปลงนี้จะข้นึ อยู่กับขนำดและทศิ ทำงของแรงท่มี ำกระทำ

แรง เป็นปรมิ าณเวกเตอร์เขียนแทนด้วยสญั ลกั ษณ์ F มีหนว่ ยในระบบเอสไอเปน็ นวิ ตนั (newton ; N)

นักกฬี าออกแรงตีลกู เทนนสิ ใหเ้ คล่ือนท่ไี ปข้างหนา้

มวล
(mass)

มวลเป็นปรมิ ำณของสสำรที่ประกอบอยใู่ นวัตถุหนึง่ ๆ ซ่งึ เปน็ ปรมิ ำณสเกลำร์ เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ m
มีหนว่ ยในระบบเอสไอเปน็ กโิ ลกรมั (kilogram ; kg) โดยวตั ถทุ ่ีมีมวลมำกจะมีควำมเฉื่อยมำก วตั ถุที่มมี วลนอ้ ย จะมีควำมเฉ่อื ยนอ้ ย

ซ่งึ คุณสมบตั ิดังกลำ่ วเรยี กว่ำ ความเฉ่ือย (inertia)

รถจักรยำนยนตม์ คี วำมเฉอ่ื ย
นอ้ ยกวำ่ รถยนต์ เมอื่ เบรกรถ
พรอ้ มกันรถจักรยำนยนต์
จะจอดได้ง่ำยกว่ำ

การเปลีย่ นสภาพการเคลอื่ นท่ขี องรถยนต์กบั รถจักรยานยนตท์ ี่ว่ิงมาด้วยความเร็วเท่ากัน

กฎการขเอคงลนอื่ ิวนตทนั ี่ข้อท่ี 1

มใี จควำมว่ำ “ถ้าไมม่ แี รงภายนอกมากระทากับวตั ถุ วัตถุจะคงสภาวะเดิม หรอื คงสภาพการเคลอื่ นท่เี ดิมของวตั ถเุ อาไว้”
ตัวอย่างเชน่ กำรทนี่ ักบินอวกำศลอยเควง้ คว้ำงในอวกำศเพรำะไมม่ ีแรงภำยนอกใด ๆ มำกระทำ

แรงดงึ
ในเสน้ เชือก

หำกนำวตั ถผุ กู เชือกไปแขวนกบั เพดำนในแนวดง่ิ เมอ่ื พิจำรณำเสน้ เชือกจะเหน็ ได้ว่ำ ทกุ สว่ นของเสน้ เชือกจะมแี รงดงึ ซง่ึ กันและกนั ตลอดท้ังเสน้ เชอื ก
เรียกวำ่ แรงดึงในเส้นเชือกหรือแรงตึงเชอื ก (tension ; T) แบง่ ไดเ้ ป็น 2 กรณี

กรณีเชือกไม่มีมวล กรณเี ชอื กมมี วล

• แรงดงึ ในเส้นเชือกจะเทำ่ กนั ตลอดท้ังเส้นไมว่ ่ำ • แรงดงึ ในเสน้ เชือกจะเทำ่ กันทกุ จดุ ตลอดท้งั เสน้ เชือก ถ้ำเชอื กถกู ดงึ
มวลจะถกู ลำกไปดว้ ยควำมเร็วคงท่ี หรอื มี ในแนวรำบและอยใู่ นสภำพหยุดนิง่ หรอื มคี วำมเรว็ คงที่ (ไมม่ ีควำมเร่ง)
ควำมเร่งเกิดข้นึ จะมีแรงดงึ ในเสน้ เชือกเทำ่ กนั
• แรงดงึ ในเสน้ เชอื กจะไม่เทำ่ กนั ทุกจุดตลอดทง้ั เสน้ เชอื กถำ้ เชอื กถูกดงึ
റ ในแนวดิ่ง แมจ้ ะอยนู่ ิ่งหรอื มีควำมเรว็ คงที่ หรอื ถูกดงึ ในแนวรำบให้
เคลือ่ นท่ีด้วยควำมเรง่

റ มีความเรง่

റ

แรงดึงในเสน้ เชือกกรณเี ชอื กไมม่ ีมวล แรงดงึ ในเส้นเชอื กกรณเี ชือกมีมวล

นาหนัก
(weight)

นาหนักในทำงฟิสกิ ส์ คอื แรงทเ่ี กดิ จากการท่ีโลกดึงดดู วตั ถุ และมีทิศทำงพงุ่ ลงในแนวดิ่งเขำ้ สู่ศนู ยก์ ลำงโลก เป็นปริมาณเวกเตอร์ และมีหนว่ ยเปน็ นิวตนั (N)
จำกกำรศกึ ษำกำรตกของวตั ถแุ บบอสิ ระ วตั ถกุ ็จะตกด้วยควำมเร่งคงที่ในแนวด่ิง ซ่งึ มคี ำ่ เทำ่ กบั 9.8 เมตรตอ่ วินาที 2 (m/s2)
เมอ่ื พจิ ำรณำตำมกฎข้อท่สี องของนวิ ตนั สามารถเขยี นสมการของแรงทโ่ี ลกดึงดูดวตั ถุ (น้ำหนักของวัตถุ) ได้ดังนี

= คือ น้ำหนกั ของวตั ถุมีหนว่ ยเป็นนิวตัน (N)
คือ มวลของวัตถมุ หี นว่ ยเป็นกิโลกรัม (kg)
คือ ควำมเรง่ เนือ่ งจำกแรงโน้มถว่ งของโลก มคี ่ำเทำ่ กับ 9.8 เมตรต่อวินาที 2 (m/s2)

กฎแรงดงึ ดดู ระหวา่ งมวล
(Newton’s law of gravitation)

นวิ ตันไดเ้ สนอ กฎแรงดึงดูดระหว่ำงมวล ไวว้ ่ำ “วตั ถุในเอกภพจะออกแรงดงึ ดูดซ่งึ กนั และกัน โดยขนาดของแรงดงึ ดูดระหวา่ งวตั ถคุ ู่หน่งึ ๆ
จะแปรผันตรงกบั ผลคูณระหว่างมวลวตั ถทุ งั สอง และจะแปรผกผันกบั กาลังสองของระยะห่างระหวา่ งวัตถทุ งั สองนนั ” ซ่ึงเขยี นเปน็ สมกำรไดด้ งั น้ี

วตั ถุที่ 1 วตั ถุท่ี 2

=

FG,21 FG,12

คอื ขนำดของแรงดงึ ดูดระหว่ำงวัตถุคหู่ นงึ่ มหี น่วยเป็น นิวตัน (N)
แรงดึงดดู ระหวา่ งมวลของวัตถคุ ู่หนึ่ง
, คือ มวลของวตั ถุทั้งสอง มหี น่วยเป็น กิโลกรมั (kg)
คอื ระยะห่ำงของจุดศนู ยก์ ลำงของวัตถุทง้ั สอง มหี น่วยเป็น เมตร (m)

คอื ค่ำคงตวั ควำมโนม้ ถว่ งสำกล
มีค่ำเทำ่ กบั 6.674 × 10-14 N·m 2 /kg 2

แรงตงั ฉาก
(normal force)

เม่ือวัตถถุ กู วำงบนพ้ืนผิวหน่งึ วตั ถุจะกดพน้ื ผิวด้วยแรงเน่ืองจำกน้ำหนักของวัตถุเอง
โดยพืน้ ผวิ มกี ำรออกแรงดันวัตถนุ ั้นๆ กลับในทศิ ทำงตัง้ ฉำกกับพนื้ ผวิ ของวตั ถุแรงนจี้ ะเรียกวำ่ แรงต้งั ฉำก โดยจะใชส้ ัญลกั ษณ์ N มหี นว่ ยเปน็ นวิ ตัน (N)







ตัวอย่างแรงตงั ฉากท่ีเกดิ ขนึ ระหว่างพนื ผิวของวัตถุ

แรงเสียดทาน
(friction)

แรงทตี่ ำ้ นกำรเคลอ่ื นที่ของวัตถุ โดยจะเกดิ ข้ึนระหว่ำงผิวสัมผัสของวตั ถสุ องชน้ิ
ซ่ึงแรงเสียดทำนจะต้องขนำนกบั ผิวสมั ผสั และมที ศิ ทำงตรงกนั ข้ำมกบั กำรเคลอื่ นทีข่ องวัตถุ
ตวั อยำ่ งเช่น ขณะที่คนเรำเดิน ขำของเรำจะออกแรงดันพ้ืนไปทำงขำ้ งหลัง เน่ืองจำกมวลของพืน้ มขี นำดใหญ่ ควำมเรง่ ของพื้นจงึ เปน็ ศนู ย์ จึงไมเ่ ห็นพืน้ เคล่อื นท่ี

แต่จะมีแรงเสยี ดทำนมำกระทำกบั เท้ำของเรำทำใหเ้ รำเคล่ือนที่ไปข้ำงหนำ้ ได้

แรงปฏกิ ิริยา
พ้นื ออกแรงผลกั ไปขำ้ งบนและไปขำ้ งหนำ้

แรงกริ ยิ า
เทำ้ ออกแรงดันลงขำ้ งลำ่ งและไปขำ้ งหน้ำ

แรงเสียดทาน

แรงเสยี ดทาน แบ่งตามลกั ษณะการเคลื่อนท่ขี องวัตถุ ไดเ้ ป็น 2 ประเภท คือ

แรงเสยี ดทานสถิต แรงเสยี ดทานจลน์
(static friction ; റ ) (kinetic friction ; റ )
แรงเสยี ดทำนที่ต้ำนกำรเคล่อื นท่ีของวตั ถุ
แรงเสยี ดทำนท่ีต้ำนแรงกระทำกับวตั ถุ
เพื่อปอ้ งกนั ไมใ่ หว้ ตั ถุเคลือ่ นที่ ทิศทำงทต่ี เู้ คลอื่ นท่ี

ทศิ ทำงทตี่ ู้เคลื่อนท่ี

റ การผลักตทู้ ่ีวางบนพืนไม้ റ

ออกแรงเบาตู้ไม่เคล่อื นท่ี ออกแรงมากพอตู้ไถลไปได้