51 4. นำเส้นเชือกยาว 2 เมตรผูกลูกตุ้มมวล 4.0 กิโลกรัมที่ปลายข้างหนึ่ง ถ้าจับปลายเชือกอีกข้าง หนึ่งแกว่งให้วัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลมในระนาบดิ่ง ถ้าที่จุดสูงสุด ลูกตุ้มมีอัตราเร็ว 10 เมตร ต่อวินาทีจงหาอัตราเร็วของลูกตุ้มที่จุดต่ำสุด วิธีทำ พลังงานกลรวมที่ A = พลังงานกลที่ B ( + ) = ( + ) 1 2 2 + 0 = 1 2 2 + (2) 2 = 102 + (2)(9.8)(2)(2) = 178.4 2/ 2 = 13.36 / ตอบ อัตราเร็วของลูกตุ้มที่จุดต่ำสุดเท่ากับ 13.4 เมตรต่อวินาที
52 แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 5 โดยการจัดการเรียนรู้แบบทำนาย-สังเกต-อธิบาย ร่วมกับ นวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม รายวิชาฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 พลังงานกล เวลาเรียน 14 ชั่วโมง เรื่อง เครื่องกล เวลาเรียน 4 ชั่วโมง ................................................................................................................................................................ สาระการเรียนรู้ฟิสิกส์ 1. เข้าใจธรรมชาติทางฟิสิกส์ ปริมาณและกระบวนการวัด การเคลื่อนที่แนวตรงแรงและกฎ การเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎความโน้มถ่วงสากล แรงเสียดทานสมดุลกลของวัตถุ งานและกฎการ อนุรักษ์พลังงานกล โมเมนต้มและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม การเคลื่อนที่แนวโค้ง รวมทั้งนำความรู้ไป ใช้ประโยชน์ ผลการเรียนรู้ 13. อธิบายการทำงาน ประสิทธิภาพและการได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลอย่างง่ายบางชนิด โดยใช้ความรู้เรื่องงานและสมดุลกล รวมทั้งคำนวณประสิทธิภาพและการได้เปรียบเชิงกล ตัวชี้วัดทักษะการคิดวิเคราะห์ 1. นักเรียนสมารถจำแนกจำแนกสถานการณ์ที่มีการอนุรักษ์พลังงานกลกับสถานการณ์ที่ไม่มี การอนุรักษ์พลังงาน 2. นักเรียนสามารถจัดหมวดหมู่ความสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องกับกฎการอนุรักษ์พลังงานกลได้และ คำนวณหาปริมาณที่เกี่ยวข้องกับกฎการอนุรักษ์พลังงานกลได้ 3. นักเรียนสามารถเชื่อมโยงหรือต่อยอดความรู้เดิมที่ศึกษาแล้วกับความรู้ใหม่ หรือความรู้ ในศาสตร์อื่น เพื่อเห็นความสัมพันธ์หรือความต่อเนื่องของเนื้อหา 4. นักเรียนมีความสามารถในการจับประเด็นวิเคราะห์และอภิปรายเพื่อสรุปเกี่ยวกับกฎการ อนุรักษ์พลังงานกลจากสิ่งที่กำหนดให้ พิจารณาความถูกต้องและความสมเหตุสมผลของคำตอบ และ ขยายแนวคิดไปใช้กับสถานการณ์ปัญหาอื่น 5. นักเรียนสามารถประยุกต์ใช้ความรู้เรื่องแรงอนุรักษ์และกฎการอนุรักษ์พลังงานกลใน แก้ปัญหา
53 สาระสำคัญ/ความคิดรวบยอด เครื่องกลอย่างง่าย ได้แก่ คาน รอก พื้นเอียง ลิ่ม สกรู และล้อกับเพลา การทำงานของ เครื่องกลอย่างง่ายใช้หลักการของงานการประดิษฐ์เครื่องกลแต่ละประเภทนั้นมักคำนึงถึงความ สะดวกสบายของผู้ใช้งาน จุดประสงค์การเรียนรู้ 1) ด้านความรู้ (K) อธิบายประสิทธิภาพของเครื่องกลและหลักการทำงานของเครื่องกลแบบต่าง ๆ ได้ 2) ด้านกระบวนการ (P) คำนวณหาปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการได้เปรียบเชิงกลจากเครื่องกลอย่างง่ายได้ 3) คุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) รับผิดชอบต่อหน้าที่และงานที่ได้รับมอบหมาย สาระการเรียนรู้ การทำงานของเครื่องกลอย่างง่าย ได้แก่ คาน รอก พื้นเอียง ลิ่ม สกรู และล้อกับเพลา ใช้ หลักของงานและสมดุลกลประกอบการพิจารณาประสิทธิภาพและการได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกล อย่างง่าย ประสิทธิภาพคำนวณได้จากสมการคำนวณได้จากสมการ Efficiency = 100% out in W x W การได้เปรียบเชิงกลคำนวณได้จากสมการ . . out in in out F S M A F S = = คาน - คานประเภทที่ 1 เป็นคานที่จุดหมุนอยู่ระหว่างแรงที่ให้แก่เครื่องกล และแรงที่ได้ จากเครื่องกล - คานประเภทที่ 2 เป็นคานที่แรงต้านอยู่ระหว่างจุดหมุนและแรงพยายาม - คานประเภทที่ 3 เป็นคานที่แรงกระทำอยู่ระหว่างจุดหมุนและแรงต้าน การได้เปรียบเชิงกล - การได้เปรียบเชิงกลอุดมคติ - การได้เปรียบเชิงกลจริง
54 ทักษะการคิดวิเคราะห์ 1. ทักษะการจำแนก 2. ทักษะการจัดหมู่ 3. ทักษะการเชื่อมโยง 4. ทักษะการสรุปความ 5. การประยุกต์ กิจกรรมการเรียนรู้ ชั่วโมงที่ 1 ขั้นนำ (Orientation and motivation) 1. ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ให้นักเรียนทราบ 2. ครูกระตุ้นความสนใจของนักเรียนเกี่ยวกับเรื่องที่จะเรียน โดยตั้งคำถามว่า “เครื่องกลคือ อะไร” และให้นักเรียนช่วยกันตอบคำถามปากเปล่าโดยไม่มีการเฉลยว่าถูกหรือผิด 3. ครูนำอุปกรณ์หรือรูปของอุปกรณ์หรือเครื่องใช้ทั่วไป เช่น กรรไกร ที่เย็บกระดาษ ที่เปิด กระป๋องล้อและเพลารถของเล่น มาแสดงให้นักเรียนชมหน้าชั้น แล้วร่วมอภิปรายเกี่ยวกับหลักการทำ งานของอุปกรณ์เหล่านั้นโดยครูตั้งคำถามเกี่ยวกับการผ่อนแรง ความสะดวกในการทำงานหรือทั้งสอง อย่าง โดยปล่อยให้นักเรียนตอบคำถามอย่างอิสระไม่คาดหวังคำตอบที่ถูกต้อง 4. ครูถามคำถามนักเรียนว่า “เครื่องกลอย่างง่ายประกอบด้วยอะไรบ้าง” โดยครูสุ่มถาม นักเรียน เพื่อเป็นการทดสอบความรู้เดิมของนักเรียน (แนวตอบ: เครื่องกลอย่างง่าย ประกอบด้วย คาน รอก พื้นเอียง ลิ่ม สกรู และล้อกับเพลา) 5. ครูชี้ให้นักเรียนเห็นข้อแตกต่างการเรียนเรื่องเครื่องกลในเรื่องสมดุลกลกับเรื่องงานและ พลังงานว่า ในที่นี้จะเน้นที่ประสิทธิภาพของเครื่องกลเป็นหลัก ชั่วโมงที่ 2 ขั้นสอน ขั้นกิจกรรมการเรียนรู้โดยใช้วิธีการทำนาย-สังเกต-อภิปราย (POE) ขั้นที่ 1: การทำนาย (Predict: P) 6. ครูอธิบายหลักการทำงานของเครื่องกลอย่างง่าย (เพิ่มเติมจากเรื่องสมดุลกล) 3 รายการ ได้แก่ รอก ล้อและเพลา คานดีด คานงัด ตามรายละเอียดในส่วนที่เป็นเนื้อหา โดยมีสาระสำคัญดังนี้ เครื่องกลทุกชนิดจะให้งานแก่เราได้ ก็ต่อเมื่อเราต้องให้งานแก่เครื่องกลนั้นก่อน งานที่เรา ได้รับจากเครื่องกล ย่อมน้อยกว่างานที่เราให้แก่เครื่องกลเสมอ ทั้งนี้เพราะงานที่เราให้แก่เครื่องกล
55 บางส่วนต้องสูญเสียไปเนื่องจากแรงเสียดทานหรือความฝืดของเครื่องกล ดังนั้นถ้าใช้หลักการของงานหรือ กฎการอนุรักษ์พลังงานอธิบายการทำงานของเครื่องกลจะได้ ถ้างานของแรงเสียดทานมีค่าน้อยมาก เมื่อเทียบกับงานที่ได้รับ ถือได้ว่างานของแรงเสียดทานเป็นศูนย์ 7. ครูให้นักเรียนทำนายสถานการณ์ว่าเมื่อ มีกาต้มน้ำ อยู่ 2 ใบใส่น้ำเท่ากันให้พลังงานไฟฟ้า เท่ากัน เวลาผ่านไป 10 นาทีกาใบที่ 1 เดือดก่อนใบที่ 2 ถามว่ากาต้มน้ำใบไหนมีประสิทธิภาพมากกว่ากัน (กาต้มน้ำใบที่ 1 มีประสิทธิภาพสูงกว่าใบที่ 2 เพราะว่าใช้เวลาในการทำงานน้อยกว่า) ในทำนองเดียวกัน ประสิทธิภาพของเครื่องกลก็คือ ความสามารถในการทำงานของเครื่องกล เครื่องกลที่มีประสิทธิภาพสูง ย่อมดีกว่าเครื่องกลประเภทเดียวกันที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่า ประสิทธิภาพของเครื่องกลหาได้จาก (ประสิทธิภาพของเครื่องกล คือ กำลังที่ได้รับจากเครื่องกล ส่วนด้วยกำลังที่ให้กับเครื่องกล หรือ งานที่ ได้รับจากเครื่องกล ส่วนด้วยงานที่ให้กับเครื่องกล) 8. ครูนำอภิปรายร่วมกับนักเรียนว่า เครื่องกลนั้น ในทางอุดมคตินั้นจะให้ประสิทธิภาพสูงสุด 100 เปอร์เซ็นต์ แต่ในทางปฏิบัติแล้ว จะเกิดงานเนื่องจากแรงเสียดทาน ทำให้ประสิทธิภาพ ไม่เต็มร้อย หรืองานที่ได้รับ จะมีค่าน้อยกว่างานที่ให้เข้าไป 9. ครูให้นักเรียนแต่ละคนยกตัวอย่างประสิทธิภาพของเครื่องกลและเครื่องใช้ไฟฟ้าตามความคิด ของตนเองให้ได้มากที่สุด แล้วเขียนลงในสมุด 10. จากนั้นครูให้นักเรียนแบ่งกลุ่มอย่างอิสระ กลุ่มละ 4-5 คน ร่วมพูดคุยเกี่ยวกับประสิทธิภาพ ของเครื่องกลและเครื่องใช้ไฟฟ้าและเลือกตัวแทนกลุ่มเพื่อออกมาอภิปรายหน้าชั้นเรียน ชั่วโมงที่ 2 ขั้นที่ 2: การสังเกต (Observe: O) 11. ครูให้นักเรียนแบ่งกลุ่มตามความสืบค้น ในกิจกรรมที่ 5.2 เครื่องกล จะแสดงผลของ ปรากฏการณ์ของสถานการณ์ 1 สถานการณ์ที่ 2 และสถานการณ์ที่ 3 ซึ่งเป็นในลักษณะแนะแนวคำตอบ ให้สังเกตสถานการณ์ที่กำหนดให้ทั้ง 2 สถานการณ์แล้วร่วมอภิปราย แล้วให้นักเรียนปรึกษากันระหว่าง เพื่อนๆ ที่นั่งใกล้กัน ครูจะเดินสอบถาม ว่าแต่ละคน/แต่ละกลุ่มคิดเห็นอย่างไรกับสื่อนวัตกรรมที่ดู อีกทั้ง ให้นักเรียนพยายามช่วยกันหาคำตอบ งานที่ให้กับเครื่องกล = งานที่ได้รับ + งานของแรงเสียดทาน งานที่ให้กับเครื่องกล = งานที่ได้รับ + งานของแรงเสียดทาน
56 ความเป็นจริงเสริม แสดง การคนกำลังเจาะถนน ความเป็นจริงเสริม แสดงการ ระบบของรอก
57 12 ครูให้นักเรียนศึกษา เรื่อง ประสิทธิภาพของเครื่องกลและเครื่องใช้ไฟฟ้า 13. ครูทดสอบความเข้าใจของนักเรียนโดยการสุ่มถามคำถามเกี่ยวกับประสิทธิภาพของ เครื่องกล ตัวอย่างคำถาม 1) ประสิทธิภาพของเครื่องกลคืออะไร (แนวตอบ: ประสิทธิภาพของเครื่องกลเป็นความสามารถในการทำงานของเครื่องกล) 2) ประสิทธิภาพของเครื่องกลมีค่าเป็นอย่างไร และหาได้จากปริมาณใดบ้าง (แนวตอบ: มีค่าเป็นเปอร์เซ็นต์ หาได้จากกำลังและงาน) 14. ครูเน้นย้ำกับนักเรียน “เครื่องปรับอากาศจะระบุประสิทธิภาพของการทำงาน (ฉลาก ประหยัดไฟเบอร์ 5) ไว้ที่ตัวเครื่อง ทำให้ผู้ซื้อตัดสินใจในการซื้อได้ง่ายขึ้น 15. ครูให้นักเรียนศึกษา เรื่องหลักการของงานกับเครื่องกล 16. ครูทดสอบความเข้าใจของนักเรียน โดยการสุ่มถามคำถามเกี่ยวกับประสิทธิภาพของ เครื่องกล ตัวอย่างคำถาม 1) การได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกล หาได้อย่างไร (แนวตอบ: การได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลสามารถหาได้จากอัตราส่วนระหว่างขนาด ของแรงที่ได้จากเครื่องกลหรือแรงพยายามต่อขนาดของแรงที่ให้กับเครื่องกลหรือแรง ต้าน) 2) ค่าของการได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกล สามารถบอกอะไรบ้าง (แนวตอบ: ถ้าค่าการได้เปรียบเชิงกลเท่ากับ 1 แสดงว่าเครื่องกลนี้ไม่ช่วยผ่อนแรงแต่ ช่วยอำนวยความสะดวก ถ้าค่าการได้เปรียบเชิงกลมีค่ามากกว่า 1 แสดงว่าเครื่องกลนี้ ช่วยผ่อนแรง ถ้าค่าการได้เปรียบเชิงกลมีค่าน้อยกว่า 1 แสดงว่าเครื่องกลนี้ไม่ช่วยผ่อน แรง) ความเป็นจริงเสริม กาต้ม น้ำใบไหนมีประสิทธิภาพ มากกว่ากัน
58 ชั่วโมงที่ 3 17. ครูให้นักเรียนแบ่งเป็น 6 กลุ่ม ช่วยกันศึกษาเครื่องกลอย่างง่าย กลุ่มละ 1 ประเภท จากหนังสือ เรีย กลุ่มที่ 1 ศึกษาเรื่อง รอก กลุ่มที่ 2 ศึกษาเรื่อง พื้นเอียง กลุ่มที่ 3 ศึกษาเรื่อง สกรู กลุ่มที่ 4 ศึกษาเรื่อง คาน กลุ่มที่ 5 ศึกษาเรื่อง ลิ่ม กลุ่มที่ 6 ศึกษาเรื่อง ล้อกับเพลา 18. นักเรียนแต่ละกลุ่มส่งตัวแทนกลุ่มออกมาอภิปรายสรุปเนื้อหาในส่วนที่ได้ศึกษาให้เพื่อน กลุ่มอื่น ๆ ฟัง และทำความเข้าใจในส่วนที่ตนเองและกลุ่มไม่ได้ศึกษา โดยครูสังเกตการณ์ และชี้แนะ ในสิ่งที่ถูกต้อง 19. ในขณะที่นักเรียนอภิปรายหน้าชั้นเรียน ครูสุ่มถามนักเรียนเกี่ยวกับเรื่องที่นักเรียน อภิปราย ตัวอย่างคำถาม 1) ค่าการได้เปรียบเชิงกลของรอกเดี่ยวตายตัวกับรอกเดี่ยวเคลื่อนที่เหมือนกันหรือไม่ อย่างไร (แนวตอบ: ไม่เหมือนกัน ถ้าเป็นรอกเดียวตายตัวจะมีค่าได้เปรียบเชิงกลเท่ากับ 1 แต่ถ้า เป็นรอกเดี่ยวเคลื่อนที่จะมีค่าได้เปรียบเชิงกลเท่ากับ 2) 2) คานเป็นอย่างไร จงยกตัวอย่าง (แนวตอบ: คานเป็นเครื่องกลที่มีจุดหมุนเพื่อทวีคูณแรงเชิงกล เช่น ค้อนงัดตะปู กรรไกร ตะเกียบ) 3) การใช้ค้อนงัดตะปูสัมพันธ์กับกฎการอนุรักษ์พลังงานอย่างไร (แนวตอบ: งานที่ให้กับค้อนเท่ากับงานที่ได้รับจากค้อน) 4) พื้นเอียงสัมพันธ์กับกฎการอนุรักษ์พลังงานอย่างไร (แนวตอบ: งานที่ใช้ในการดึงวัตถุเท่ากับงานที่ใช้ในการยกวัตถุขึ้นในแนวดิ่ง) 5) ลิ่มสัมพันธ์กับกฎการอนุรักษ์พลังงานอย่างไร (แนวตอบ: งานที่ให้กับลิ่มเท่ากับงานที่ได้จากลิ่ม) 6) สกรูสัมพันธ์กับกฎการอนุรักษ์พลังงานอย่างไร (แนวตอบ: งานที่ใช้หมุนสกรูหนึ่งรอบเท่ากับงานที่ใช้ในการยกวัตถุขึ้นในแนวดิ่งระยะหนึ่ง เกลียว) 7) ล้อกับเพลาสัมพันธ์กับกฎการอนุรักษ์พลังงานอย่างไร (แนวตอบ: งานที่ให้กับล้อเท่ากับงานที่ได้จากเพลา)
59 20. ครูให้นักเรียนตอบคำถามท้าทายการคิดขั้นสูง (ถามว่า “ถ้านักเรียนต้องการเคลื่อนย้าย วัตถุขนาดใหญ่ขึ้นที่สูง จะเคลื่อนย้ายขึ้นไปโดยออกแรงน้อยที่สุดได้อย่างไร (แนวตอบ: ใช้ระบบลอกเข้ามาช่วยยก โดยหลักการของรอกเดี่ยวเคลื่อนที่ ถ้าไม่มีการสูญเสีย พลังงานซึ่งเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน นั่นคือ ออกแรงเพียงครึ่งหนึ่งของน้ำหนัก วัตถุเท่านั้น) ชั่วโมงที่ 2 ขั้นที่ 3: การอธิบาย (Explain: E) 21. เมื่อนักเรียนช่วยกันศึกษาตัวอย่างเสร็จ ครูให้ตัวแทนแต่ละกลุ่มออกไปแสดงวิธีทำหน้าชั้น เรียน 22. ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับประสิทธิภาพของเครื่องกลและข้อสรุปดังนี้ 1) การบอกความสามารถในการทำงานของเครื่องกลมักจะบอกด้วยประสิทธิภาพของ เครื่องกล 2) เครื่องกลที่นำมาใช้ประโยชน์ ทำหน้าที่ถ่ายโอนพลังงานจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งหรือเปลี่ยน พลังงานหนึ่งเป็นอีกพลังงานหนึ่ง 3) ความสามารถในการถ่ายโอนพลังงานหรือเปลี่ยนพลังงานของอุปกรณ์บอกเป็น ประสิทธิภาพของเครื่องกลหรืออุปกรณ์ 4) ถ้าไม่มีการสูญเสียพลังงาน ประสิทธิภาพของเครื่องกลเท่ากับ 1 หรือคิดเป็น 100 เปอร์เซ็นต์ เรียกว่า ประสิทธิภาพในทางอุดมคติ 5) ในทางปฏิบัติส่วนมากเครื่องกลหรืออุปกรณ์ต่าง ๆ จะมีการสูญเสียพลังงานไปภายนอก ระบบ โดยไม่คืนกลับประสิทธิภาพของเครื่องกล จึงมีค่าน้อยกว่า 1 หรือน้อยกว่า 100 เปอร์เซ็นต์ซึ่งคือ ประสิทธิภาพของเครื่องกลในทางปฏิบัติ 23 ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับการใช้หลักการของงานและกฎการอนุรักษ์พลังงาน มาอธิบายการทำงานของเครื่องกลอย่างง่าย ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน จนสรุปได้ว่า 1) เครื่องกลไม่ช่วยให้งานที่ให้กับเครื่องกลน้อยลงซึ่งในทางปฏิบัติเครื่องกลอาจมีการสูญเสีย งานไปส่วนหนึ่ง 2) ในกรณีที่แรงเสียดทานมีค่าน้อยมาก หรือ เครื่องกลมีประสิทธิภาพ 100เปอร์เซ็นต์ การ ผ่อนแรงของเครื่องยนต์พิจารณาได้จากการได้เปรียบเชิงกล 3) ถ้า M.A.>1 แสดงว่าเครื่องกลนั้นช่วยผ่อนแรง แต่ถ้า M.A. > 1 แสดงว่าเครื่องกลนั้นไม่ ช่วยผ่อนแรง
60 24. ครูและนักเรียนอภิปรายร่วมกันในการจำแนกถาพอุปกรณ์เครื่องกลอย่างง่าย ได้ดังนี้ 1) อุปกรณ์ในกลุ่มคาน ได้แก่ ชะแลง ค้อนงัดตะปู คีม กรรไกร รถเข็นก่อสร้าง 2) อุปกรณ์ในกลุ่มรอก ได้แก่ เครน รอกยกของ 3) อุปกรณ์ในกลุ่มล้อกับเพลา ได้แก่ บันไดจักรยาน กว้าน พวงมาลัยรถ รถเข็นใน ห้างสรรพสินค้า 25. ครูมอบหมายให้นักเรียนทำแบบฝึกหัด เป็นการบ้าน 26. ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนสอบถามในเนื้อหาเกี่ยวกับกำลังกลอย่างอิสระ ชั่วโมงที่ 4 ขั้นสรุป 27. ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายผลการทำกิจกรรมเครื่องกลอย่างง่ายและประสิทธิภาพการ ทำงานของเครื่องกล ดังนี้ การทำงานของเครื่องกลอย่างง่าย ได้แก่ คาน รอก พื้นเอียง ลิ่ม สกรู และล้อกับเพลา ใช้ หลักของงานและสมดุลกลประกอบการพิจารณาประสิทธิภาพและการได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลอย่าง ง่าย ประสิทธิภาพคำนวณ ได้จากสมการ Efficiency = Wout Win × 100% การได้เปรียบเชิงกลคำนวณ ได้จากสมการ M. A. = Fout Fin = sin sout 28. ครูให้ความรู้เกี่ยวกับการได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลอย่างง่ายดังนี้ กรณีคาน เป็นเครื่องผ่อนแรงที่เราใช้กันมากที่สุด เช่น ชะแลงงัดฝากล่อง ค้อนงัดตะปู คีมตัดลวด กรรไกรตัดผ้า ชิ้นส่วนต่าง ๆ ของรถและเครื่องกล มีดควั่นอ้อย ที่เจาะรูเข็มขัด เป็นต้น หลักการทำงานของคานจะพิจารณาขณะคานอยู่ในสมดุล
61 นั่นคือ ∑ n ⃑ =1 = 0 และ ∑ n ⃑⃑⃑⃑ =1 = 0 คิดโมเมนต์รอบจุดหมุนให้โมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกามีเครื่องหมายบวก โมเมนต์ตามเข็มนาฬิกามี เครื่องหมายลบ 11 − 22 = 0 11 = 22 1 2 = 2 1 อัตราส่วน 1 2 , 2 1 เรียกว่า การได้เปรียบเชิงกล เมื่อ 1เป็นแรงที่ได้จากเครื่องกล และ 2 เป็น แรงกระทำ นั่นคือ การได้เปรียบเชิงกลเป็นปริมาณที่บอกให้ทราบว่าแรงที่ได้จากเครื่องกล 1เป็นกี่ เท่าของแรงที่เรากระทำ 2 เครื่องผ่อนแรง คือ เครื่องกลที่มีการได้เปรียบเชิงกลมากกว่าหนึ่งทำให้ เราสามารถยกของน้ำหนักมากโดยใช้แรงที่น้อยกว่าน้ำหนักของวัตถุนั้น -คานประเภทที่ 1 เป็นคานที่จุดหมุนอยู่ระหว่างแรงที่ให้แก่เครื่องกล และแรงที่ได้จาก เครื่องกล -คานประเภทที่ 2 เป็นคานที่แรงต้านอยู่ระหว่างจุดหมุนและแรงพยายามฃ -คานประเภทที่ 3 เป็นคานที่แรงกระทำอยู่ระหว่างจุดหมุนและแรงต้าน
62 กรณีรอก เป็นเครื่องกลอย่างที่ใช้กันในโรงงานหรือสถานที่ที่มีการก่อสร้าง เช่น ใช้ ยกของขึ้นที่สูง ยกเครื่องยนต์ออกจากตัวถังรถเพื่อซ่อม บางครั้งรอกจะอยู่ติดกับรถเครนที่ทำหน้าที่ ยกวัสดุต่าง ๆ หลักการทำงานของรอกจะพิจารณาขณะรอกอยู่ในสมดุล 1 ⃑⃑⃑ 2 ⃑⃑⃑ −3 ⃑⃑⃑ 4 ⃑⃑⃑ ⃑⃑ ∑ n ⃑⃑⃑⃑⃑ =1 = 0 เนื่องจาก 1 ⃑⃑⃑ = 2 ⃑⃑⃑ เพราะว่าเป็นแรงดึงของเส้นเชือกเส้นเดียวกันให้เท่ากับ 2 = 3 = 3 2 และ 3 = = 2 ในกรณีนี้มีการได้เปรียบเชิงกลเป็นสอง = 2 ทำให้เราสามารถยกของที่มี น้ำหนักมากโดยใช้แรงเพียงครึ่งเดียวของน้ำหนักที่ยก
63 กรณีล้อกับเพลา เป็นเครื่องผ่อนแรงที่ใช้กันแพร่หลายมาก ไม่ว่าจะเป็นในรถยนต์ รถจักรยานยนต์ เครื่องกลึง เครื่องเจาะ กว้าน เครื่องตอกเสาเข็ม พวงมาลัยรถ สายพานและเกียร์ ต่างก็ใช้หลักการทำงานของล้อกับเพลา ซึ่งจะพิจารณาขณะล้อกับเพลาอยู่ในสมดุล ⃑ ⃑ นั่นคือ ∑ n ⃑ =1 = 0 และ ∑ n ⃑⃑⃑⃑ =1 = 0 คิดโมเมนต์รอบจุดหมุนให้โมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกามีเครื่องหมายบวก โมเมนต์ตามเข็มนาฬิกามี เครื่องหมายลบ 11 − 22 = 0 11 = 22 1 2 = 2 1 จะเห็นว่าการทำงานของล้อกับเพลาจะเหมือนกับการทำงานของคาน 28. ครูให้นักเรียนทำสรุปผังมโนทัศน์ (Concept Mapping) เรื่อง เครื่องกล ลงในกระดาษ A4 สื่อการเรียนรู้ 1. นวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม เรื่อง เครื่องกล
64 การวัดผลและประเมินผล สิ่งที่ต้องการวัด วิธีวัด เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน 1) ด้านความรู้ (K) อธิบายประสิทธิภาพของ เครื่องกลและหลักการ ทำงานของเครื่องกลแบบ ต่าง ๆ ได้ ตรวจใบกิจกรรมใน นวัตกรรมการเรียนรู้ ฟิสิกส์ เรื่อง เครื่องกล 1. แบบทดสอบก่อน เรียนและหลังเรียน 2. ใบกิจกรรมการ เรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถทำได้ ถูกต้อง70% ขึ้นไป ถือว่า ผ่านเกณฑ์การประเมิน 2) ด้านกระบวนการ (P) คำนวณหาปริมาณต่าง ๆ ที ่ เ ก ี ่ ย ว ข ้ อ ง ก ั บ ก าร ได้เปรียบเชิงกลจาก เครื่องกลอย่างง่ายได้ สังเกตพฤติกรรมด้าน ทักษะกระบวนการ 1 . ก า ร น ำ เ ส น อ ผลงานของนักเรียน 2. ใบกิจกรรมการ เรียนรู้ 1 . น ั ก เ ร ี ย นสา ม ารถ นำเสนอผลงานได้ ถือว่า ผ่าน 2. นักเรียนสามารถทำได้ ถูกต้องอย่างน้อย 70% 3) คุณลักษณะอันพึง ประสงค์ (A) รับผิดชอบต่อหน้าที่และ งานที่ได้รับมอบหมาย สังเกตพฤติกรรมของ นักเรียนในห้องเรียน แ บ บ ป ร ะ เ มิ น คุณลักษณะ ที่ พึงประสงค์ การผ่านเกณฑ์ นักเรียน ต้องผ่านระดับคุณภาพดี ขึ้นไป
65 คำถามตรวจสอบความเข้าใจ 5 1. ประสิทธิภาพของเครื่องกลและการได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลแตกต่างกันอย่างไร .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 2. เพราะเหตุใด เครื่องกลมักมีประสิทธิภาพน้อยกว่าร้อยละ 100 .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 3. การได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลอย่างง่ายชนิดหนึ่งมีค่ามากกว่า 1 แสดงว่าเครื่องกลนั้น ก. ช่วยผ่อนแรง ข. ไม่ช่วยผ่อนแรง ค. ช่วยให้ทางานสะดวกขึ้นแต่ไม่ผ่อนแรง .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 4. อุปกรณ์ใดในบ้านที่จะต้องอาศัยหลักการทำงานของคาน .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 5. อุปกรณ์หรือเครื่องมือต่อไปนี้ เป็นเครื่องกลอย่างง่ายหรือไม่ ถ้าเป็นจัดอยู่ในประเภทใด ก. ที่ตัดเล็บ ข. มีด ค. ไม้กวาดพื้น ง. กรรไกรตัดหญ้า .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................
66 เฉลยคำถามตรวจสอบความเข้าใจ 5 1. ประสิทธิภาพของเครื่องกลและการได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลแตกต่างกันอย่างไร ตอบ ประสิทธิภาพของเครื่องกลเป็นการเปรียบเทียบงานที่ได้จากเครื่องกลต่องานที่ทำให้แก่ เครื่องกล ส่วนการได้เปรียบเชิงกลเป็นการเปรียบเทียบแรงที่ได้จากเครื่องกลต่อแรงที่ใส่ให้ เครื่องกล 2. เพราะเหตุใด เครื่องกลมักมีประสิทธิภาพน้อยกว่าร้อยละ 100 ตอบ เพราะมีการสูญเสียงานไปกับแรงเสียดทานของเครื่องกล 3. การได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลอย่างง่ายชนิดหนึ่งมีค่ามากกว่า 1 แสดงว่าเครื่องกลนั้น ก. ช่วยผ่อนแรง ข. ไม่ช่วยผ่อนแรง ค. ช่วยให้ทางานสะดวกขึ้นแต่ไม่ผ่อนแรง ตอบ ก. ช่วยผ่อนแรง เพราะการได้เปรียบเชิงกลเท่ากับแรงที่ได้จากเครื่องกลต่อแรงที่ใส่ให้ เครื่องกล แสดงว่าแรงที่ได้จากเครื่องกลมากกว่าแรงที่ใส่ให้เครื่องกล จึงผ่อนแรง 4. อุปกรณ์ใดในบ้านที่จะต้องอาศัยหลักการทำงานของคาน ตอบ ตัวอย่างเช่น กรรไกร คีม ค้อน ไม้กวาด ช้อน ทัพพีตักข้าว ตะเกียบ เป็นต้น 5. อุปกรณ์หรือเครื่องมือต่อไปนี้ เป็นเครื่องกลอย่างง่ายหรือไม่ ถ้าเป็นจัดอยู่ในประเภทใด ก. ที่ตัดเล็บ ข. มีด ค. ไม้กวาดพื้น ง. กรรไกรตัดหญ้า ตอบ ก. กรรไกรตัดเล็บ เป็นเครื่องกลอย่างง่าย 2 ประเภทร่วมกัน ส่วนคันกดเป็น ประเภทคาน ส่วนคมกรรไกรเป็นประเภทลิ่ม ข. มีด เป็นเครื่องกลอย่างง่าย 2 ประเภทร่วมกัน ส่วนก้านมีดเป็นประเภทคาน ส่วน คมมีดเป็นประเภทลิ่ม ค. ไม้กวาดพื้น เป็นเครื่องกลอย่างง่าย ประเภทคาน ง. กรรไกรตัดหญ้า เป็นเครื่องกลอย่างง่าย 2 ประเภทร่วมกัน ส่วนด้ามกรรไกร เป็น ประเภทคาน ส่วนคมกรรไกร เป็นประเภทลิ่ม
67