วันอาทิตย์ที่ 9 สิงหาคม พ.ศ. 2552

แรง และ การเคลื่อนที่

แรง

แรง (force) หมายถึง สิ่งที่สามารถทำให้วัตถุที่อยู่นิ่งเคลื่อนที่หรือทำให้วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่มีความเร็วเพิ่มขึ้นหรือช้าลง หรือเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุได้
ปริมาณทางฟิสิกส์ มี 2 ชนิด คือ 1. ปริมาณเวกเตอร์ (vector quality) หมายถึง ปริมาณที่มีทั้งขนาดและทิศทาง เช่น แรง ความเร็ว ความเร่ง โมเมนต์ โมเมนตัม น้ำหนัก เป็นต้น 2. ปริมาณสเกลาร์ (scalar quality) หมายถึง ปริมาณที่มีแต่ขนาดอย่างเดียว ไม่มีทิศทาง เช่น เวลา พลังงาน ความยาว อุณหภูมิ เวลา พื้นที่ ปริมาตร อัตราเร็ว เป็นต้น
การเขียนเวกเตอร์ของแรง การเขียนใช้ความยาวของส่วนเส้นตรงแทนขนาดของแรง และหัวลูกศรแสดงทิศทางของแรง

การเคลื่อนที่ในหนึ่งมิติ 1 การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง แบ่งเป็น 2 แบบ คือ 1.1 การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงที่ไปทิศทางเดียวกันตลอด เช่น โยนวัตถุขึ้นไปตรงๆ รถยนต์ กำลังเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง 1.2 การเคลื่อนที่ในแนวเส้นเส้นตรง แต่มีการเคลื่อนที่กลับทิศด้วย เช่น รถแล่นไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง เมื่อรถมีการเลี้ยวกลับทิศทาง ทำให้ทิศทางในการเคลื่อนที่ตรงข้ามกัน 2 อัตราเร็ว ความเร่ง และความหน่วงในการเคลื่อนที่ของวัตถุ 2.1 อัตราเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุ คือระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ใน 1 หน่วยเวลา 2.2 ความเร่งในการเคลื่อนที่ หมายถึง ความเร็วที่เพิ่มขึ้นใน 1 หน่วยเวลา เช่น วัตถุตกลงมาจากที่สูงในแนวดิ่ง 2.3 ความหน่วงในการเคลื่อนที่ของวัตถุ หมายถึง ความเร็วที่ลดลงใน 1 หน่วยเวลา เช่น โยนวัตถุขึ้นตรงๆ ไปในท้องฟ้า
การเคลื่อนที่แบบต่างๆ ในชีวิตประจำวัน 1 การเคลื่อนที่แบบวงกลม หมายถึง การเคลื่อนที่ของวัตถุเป็นวงกลมรอบศูนย์กลาง เกิดขึ้นเนื่องจากวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่จะเดินทางเป็นเส้นตรงเสมอ แต่ขณะนั้นมีแรงดึงวัตถุเข้าสู่ศูนย์กลางของวงกลม เรียกว่า แรงเข้าสู่ศูนย์กลางการเคลื่อนที่ จึงทำให้วัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบศูนย์กลาง เช่น การโคจรของดวงจันทร์รอบโลก 2 การเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวราบ เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุขนานกับพื้นโลก เช่น รถยนต์ที่กำลังแล่นอยู่บนถนน 3 การเคลื่อนที่แนววิถีโค้ง เป็นการเคลื่อนที่ผสมระหว่างการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งและในแนวราบ
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน นิวตัน ได้สรุปหลักการเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุทั้งที่อยู่ในสภาพอยู่นิ่งและในสภาพเคลื่อนที่ ดังนี้
กฎข้อที่ 1 วัตถุถ้าหากว่ามีสภาพหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่ มันยังจะคงสภาพเช่นนี้ต่อไป หากไม่มีแรงที่ไม่สมดุลจากภายนอกมากระทำ
กฎข้อที่ 2 ถ้าหากมีแรงที่ไม่สมดุลจากภายนอกมากระทำต่อวัตถุ แรงที่ไม่สมดุลนั้นจะเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงโมเมนต์ตัมเชิงเส้นของวัตถุ
กฎข้อที่ 3 ทุกแรงกริยาที่กระทำ จะมีแรงปฏิกิริยาที่มีขนาดที่เท่ากันแต่มีทิศทางตรงกันข้ามกระทำตอบเสมอ
กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 และข้อที่ 3 เราได้ใช้ในการศึกษาในวิชาสถิตยศาสตร์ มาแล้วสำหรับในการศึกษาพลศาสตร์ เราจึงสนใจในกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองมากกว่า
แรงในแบบต่างๆ
1. ชนิดของแรง 1.1 แรงย่อย คือ แรงที่เป็นส่วนประกอบของแรงลัพธ์ 1.2 แรงลัพธ์ คือ แรงรวมซึ่งเป็นผลรวมของแรงย่อย ซึ่งจะต้องเป็นการรวมกันแบบปริมาณเวกเตอร์ 1.3 แรงขนาน คือ แรงที่ที่มีทิศทางขนานกัน ซึ่งอาจกระทำที่จุดเดียวกันหรือต่างจุดกันก็ได้ มีอยู่ 2 ชนิด - แรงขนานพวกเดียวกัน หมายถึง แรงขนานที่มีทิศทางไปทางเดียวกัน - แรงขนานต่างพวกกัน หมายถึง แรงขนานที่มีทิศทางตรงข้ามกัน 1.4 แรงหมุน หมายถึง แรงที่กระทำต่อวัตถุ ทำให้วัตถุเคลื่อนที่โดยหมุนรอบจุดหมุน ผลของการหมุนของ เรียกว่า โมเมนต์ เช่น การปิด-เปิด ประตูหน้าต่าง 1.5 แรงคู่ควบ คือ แรงขนานต่างพวกกันคู่หนึ่งที่มีขนาดเท่ากัน แรงลัพธ์มีค่าเป็นศูนย์ และวัตถุที่ถูกแรงคู่ควบกระทำ 1 คู่กระทำ จะไม่อยู่นิ่งแต่จะเกิดแรงหมุน 1.6 แรงดึง คือ แรงที่เกิดจากการเกร็งตัวเพื่อต่อต้านแรงกระทำของวัตถุ เป็นแรงที่เกิดในวัตถุที่ลักษณะยาวๆ เช่น เส้นเชือก เส้นลวด 1.7 แรงสู่ศูนย์กลาง หมายถึง แรงที่มีทิศเข้าสู่ศูนย์กลางของวงกลมหรือทรงกลมอันหนึ่งๆ เสมอ 1.8 แรงต้าน คือ แรงที่มีทิศทางต่อต้านการเคลื่อนที่หรือทิศทางตรงข้ามกับแรงที่พยายามจะทำให้วัตถุเกิดการเคลื่อนที่ เช่น แรงต้านของอากาศ แรงเสียดทาน 1.9 แรงโน้มถ่วงของโลก คือ แรงดึงดูดที่มวลของโลกกระทำกับมวลของวัตถุ เพื่อดึงดูดวัตถุนั้นเข้าสู่ศูนย์กลางของโลก - น้ำหนักของวัตถุ เกิดจากความเร่งเนื่องจากความโน้มถ่วงของโลกมากกระทำต่อวัตถุ 1.10 แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา - แรงกิริยา คือ แรงที่กระทำต่อวัตถุที่จุดจุดหนึ่ง อาจเป็นแรงเพียงแรงเดียวหรือแรงลัพธ์ของแรงย่อยก็ได้ - แรงปฏิกิริยา คือ แรงที่กระทำตอบโต้ต่อแรงกิริยาที่จุดเดียวกัน โดยมีขนาดเท่ากับแรงกิริยา แต่ทิศทางของแรงทั้งสองจะตรงข้ามกัน แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยากับการเคลื่อนที่ของวัตถุ 1 วัตถุเคลื่อนที่ด้วยแรงกิริยา เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุตามแรงที่กระทำ เช่น การขว้างลูกหินออกไป 2 วัตถุเคลื่อนที่ด้วยแรงปฏิกิริยา เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุเนื่องจากมีแรงขับดันวัตถุให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม เช่น การเคลื่อนที่ของจรวด
แรงเสียดทาน
1. ความหมายของแรงเสียดทาน แรงเสียดทาน คือ แรงที่ต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุซึ่งเกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ เกิดขึ้นทั้งวัตถุที่เคลื่อนที่และไม่เคลื่อนที่ และจะมีทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ

แรงเสียดทานมี 2 ประเภท คือ 1. แรงเสียดทานสถิต คือ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุในสภาวะที่วัตถุได้รับแรงกระทำแล้วอยู่นิ่ง 2. แรงเสียดทานจลน์ คือ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุในสภาวะที่วัตถุได้รับแรงกระทำแล้วเกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ 2. การลดและเพิ่มแรงเสียดทาน การลดแรงเสียดทาน สามารถทำได้หลายวิธี 1. การขัดถูผิววัตถุให้เรียบและลื่น 2. การใช้สารล่อลื่น เช่น น้ำมัน 3. การใช้อุปกรณ์ต่างๆ เช่น ล้อ ตลับลูกปืน และบุช 4. ลดแรงกดระหว่างผิวสัมผัส เช่น ลดจำนวนสิ่งที่บรรทุกให้น้อยลง 5. ออกแบบรูปร่างยานพาหนะให้อากาศไหลผ่านได้ดี

การเพิ่มแรงเสียดทาน สามารถทำได้หลายวิธี 1. การทำลวดลาย เพื่อให้ผิวขรุขระ 2. การเพิ่มผิวสัมผัส เช่น การออกแบบหน้ายางรถยนต์ให้มีหน้ากว้างพอเหมาะ

การเคลื่อนที่


การเคลื่อนที่ คือ การที่วัตถุย้ายตำแหน่งจากที่เดิมไปอยู่ที่ตำแหน่งใหม่ ปริมาณที่ใช้บอกขนาดของการเคลื่อนที่ของวัตถุ คือ ระยะทางและการกระจัด
ระยะทาง คือ ความยาวที่วัดตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ จัดเป็นปริมาณสเกลลาร์
การกระจัด คือ ระยะที่วัดจากจุดตั้งต้นของการเคลื่อนที่ ตรงไปยังตำแหน่งที่วัตถุอยู่ในขณะนั้น โดยไม่สนใจว่าวัตถุจะมีเส้นทางการเคลื่อนที่เป็นอย่างไร จัดเป็นปริมาณเวกเตอร์
มดตัวหนึ่งเดินไต่ผนังเป็นรูปวงกลม เมื่อเดินได้เป็นรูปครึ่งวงกลม จะได้ว่า ระยะทางที่มดเดินเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวเส้นรอบวงของวงกลม ขนาดของการกระจัดเท่ากับความยาวของเส้นผ่าศูนย์กลางและมีทิศทางตรงจากของเส้นรอบวงด้านหนึ่งตรงไปยังเส้นรอบวงด้านตรงข้าม

การเคลื่อนที่มีหลายลักษณะจำแนกออกได้เป็น
1.การเคลื่อนที่แนวตรง
2.การเคลื่อนที่วิถีโค้ง(Projectile)
3.การเคลื่อนที่เป็นรูปวงกลม
4.การเคลื่อนที่แบบสั่น(Simple Harmonic Motion)

บททดสอบเรื่อง แรง และ การเคลื่อนที่
1.สาเหตุที่ทำให้เครื่องกลมีประสิทธิภาพมนการทำงานต่ำ คืออะไร a.แรงดึงน้อย b.แรงเสียดทานมาก c.แรงกดน้อย d.แรงพยายามน้อย
2.แรงที่ต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุเรียกว่าอะไร a. แรงดึง b. แรงกด c. สัมประสิทธิ์ d. แรงเสียดทาน
3.เหตุใดยางรถยนต์จึงมีลวดลายและผิวขรุขระ a. เพิ่มแรงเสียดทาน b. ลดแรงเสียดทาน c.ให้ความสวยงาม d. สะดวกสบายเวลาเปลี่ยนยาง
4.กรณีใดเป็นการเพิ่มแรงเสียดทาน a.บุชในพัดลม b.ตลับลูกปืนที่ล้อ c.รองเท้าไม้ d.ยางรถยนต์
5.เมื่อรถวิ่งไปข้างหน้า แรงเสียดทานของถนนจะมีทิศทางใด a.ทิศทางตรงข้ามกับรถวิ่ง b. ทิศทางเดียวกับรถวิ่ง c.ทิศทางไม่แน่นอน d.พื้นถนนมีแรงเสียดทานทุกทิศทาง
6.เหตุการณ์ใดสนับสนุนข้อความที่ว่า ถ้าไม่มีแรงเสียดทานรถจะแล่นไม่ได้ a.รถที่วิ่งขึ้นเขา ต่องเร่งเครื่องมากกว่ารถที่แล่นในที่ราบ b.ขณะรถวิ่งลงจากเขา เมื่อดับเครื่องรถยังวิ่งต่อไปได้ c. เมื่อรถวิ่งผ่านถนนที่มีน้ำมันเครื่องหกอยู่เต็ม รถจะหมุนคว้าง d.รถที่แล่นเร็วจะต้องใช้ระยะเบรคไกลกว่ารถที่แล่นช้า
7.ยานพาหนะใดที่มีอัตราการสูญเสียพลังงานขับเฉื่อยมาจากแรงเสียดทานพาหนะขณะเคลื่อนที่มากที่สุด a.รถยนต์ b.เรือ c. ยานอวกาศ d.เครื่องบิน
8.วัตถุหนัก 2 กิโลกรัม วางบนพื้นราบ ที่มีค่าแรงเสียดทาน 2 นิวตัน เมื่อออกแรงดึงตามแนวราบ วัตถุเริ่มเคลื่อนที่พอดี จงหาสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน (1 กิโลกรัม = 10 นิวดัน) a. 0.1 b. 1 c. 10 d. 40
9.เมื่อออกแรงดึงท่อนไม้หนัก 1 กิโลกรัม ด้วยแรง 5 นิวตัน ท่อนไม้เริ่มเคลื่อนที่ จงหาสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน a. 0.2 b. 0.5 c. 2 d.5
10.เครื่องกลมีประสิทธิภาพในการทำงานต่ำมักมีสาเหตุมาจากอะไร a.แรงเสียดทานมากเกินไป b.แรงพยายามน้อยไป c.งานที่ใช้มากกว่างานที่ให้ d.ถูกทุกข้อ

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น