แรงและการเคลื�อนที�

บทเรียนในรายวิชา วิทยาศาสตร์พื �นฐาน

สาํหรับนักเรียนชั �นประกาศนียบัตรวิชาชีพ

จัดทาํโดยอาจารย์สุมาวด ีพวงจันทร์

แรงและการเคลื�อนที�

• แรง– ความหมาย– ชนิดของแรง– แรงโน้มถ่วง– นํ �าหนกัและมวล

• การเคลื�อนที�– ความหมาย– วตัถเุคลื�อนที�เร็ว– การเอาชนะความเฉื�อย– การเคลื�อนที�แบบต่างๆ– นํ �าหนกัและมวล

– การวดัแรง– การสมดลุ– สมการ

– การเคลื�อนที�แบบต่างๆ– การอนรุักษ์โมเมนตมั– กฎของนิวตนั– สมการ

อาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

แรง

• อะไรที�ทําให้แมเ่หลก็สามารถดดูผงตะไบได้• อะไรที�ทําให้ลกูศรยงิถกูเป้าได้• คําตอบนั �นก็คือ “แรง” (Force) “F”

• แรงไมส่ามารถมองเห็น• แรงไมส่ามารถมองเห็น• แรงใช้ในการผลกั ดงึ ยืด หมนุวตัถไุด้• แรงมีหน่วยเป็น นิวตนั “N”

อาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

แรง

• แรงรวม คือ แรงมากกวา่ 1 แรง กระทําตอ่วตัถ ุเรียกว่า แรงประกอบ แรงประกอบรวมกนัในทิศทางเดียวกนัเรียกว่าแรงลัพธ์ เช่น ยิงธนู

• แรงสมดุล คือ แรงหลายๆแรงที�มีคา่เทา่กนั กระทําบนวตัถ ุอาจอยูก่บัที�หรือเคลื�อนที�ด้วยความเร็วเทา่เดมิ ในทิศทางเดมิได้ เช่น แม่เหลก็

• แรงหมุน หรือ ทอร์ค คือ แรงที�ทําให้วตัถหุมนุ เช่น ลกูกญุแจหมนุเกลียว• แรงหมุน หรือ ทอร์ค คือ แรงที�ทําให้วตัถหุมนุ เช่น ลกูกญุแจหมนุเกลียว• แรงยกในนํ �า คือ การแทนที�ในนํ �า แรงที�ยกขึ �นเทา่กบัความดนัที�กดลง• การลอย เช่น ลกูพีช ถ้า แรงยก ≥มวลวัตถุ วัตถุจะลอย

ถ้า แรงยก <มวลวตัถ ุวตัถจุะจมอาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

ชนิดของแรง

• แรงดงึ คือ ดงึให้วตัถยุืด

• แรงอดั คือ บีบอดัวตัถใุห้แบนหรือแนน่

• แรงบดิ คือ บดิให้เป็นเกลียว

• แรงฉีก คือ ฉีกออกจากกนั• แรงฉีก คือ ฉีกออกจากกนั

• แรงสูศ่นูย์กลาง คือ แรงที�ทําให้วตัถเุคลื�อนที�เป็นวงกลม

• แรงเสียดทาน คือ แรงที�มีทิศตรงกนัข้ามกบัการเคลื�อนที�ของวตัถุ

• แรงยก คือ แรงที�ทําตอ่วตัถทุี�จมในของเหลว

อาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

แรงโน้มถ่วง “g”

• ช่วยให้เราสามารถยืนอยูบ่นพื �นได้อยา่งมั�นคง

• เป็นแรงดงึดดูระหวา่งสสารทกุชนิด

• วตัถทุกุชนิดมีแรงโน้มถ่วง ที�ขึ �นกบัมวลนั �น

• และที�สําคญั เราเองก็ดงึดดูโลกด้วยแรงโน้มถ่วง ที,เท่ากับโลก• และที�สําคญั เราเองก็ดงึดดูโลกด้วยแรงโน้มถ่วง ที,เท่ากับโลกดงึดดูเรา

อาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

แรง

นํ �าหนักและมวล

• มวล คือ วตัถนุั �น

• นํ �าหนกั คือ แรงที�โลกดงึดดูสารด้วยแรงโน้มถ่วง

• ดงันั �น นํ �าหนกั คือ มวลของวตัถ ุที�ต้องคณู

การวัดแรง

• ความโน้มถ่วงของโลก ทําให้เกิดแรง ทําให้เกิดนํ �าหนกั

• ดงันั �น หน่วยของ นํ �าหนัก คือ นิวตัน

• ดงันั �น นํ �าหนกั คือ มวลของวตัถ ุที�ต้องคณูด้วยคา่แรงโน้มถ่วงเสมอ

w=mg

• คา่ g = 9.8 m/sec2

• เครื,องมือที,ใช้วัดแรง คือ นิวตันมเิตอร์

การสมดุล• วตัถจุะสมดลุ ถ้ามีจุดศูนย์ถ่วงตํ,า

• เช่น รถบรรทกุของ

อาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

การเคลื�อนที�

• ทกุสิ�งทกุอยา่งมีการเคลื�อนที� ไมเ่ว้นแม้แตภ่เูขา

• วตัถทุกุชนิดมีแรงตอ่ต้านความพยายามการเคลื�อนที�ของมนัเองเสมอ

• ไม่ว่าวัตถุนั �นจะเคลื,อนที,หรือหยุดนิ,ง กต็้องมี แรงเฉื,อย

• แรงเสียดทาน “f” ทําให้วตัถทุี�กําลงัเคลื�อนที�หยดุนิ�งได้• แรงเสียดทาน “f” ทําให้วตัถทุี�กําลงัเคลื�อนที�หยดุนิ�งได้• แต่ในอวกาศนั�น วัตถุจะเคลื,อนที,อย่างไม่มีที,สิ �นสุด

อาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

วตัถุเคลื�อนที�เร็ว คอื อะไร

• วตัถจุะเคลื�อนที�ได้นั �น ต้องมีอตัราเร็วและความเร็ว– วตัถทุี�มีอตัราเร็วสงู จะบอกวา่ไปไกลแคไ่หน เป็นปริมาณสเกลาร์ ไมม่ีทิศทาง

– ความเร็ว เป็นตวับอกอตัราเร็วของวตัถทุี�มีทิศทาง เป็นปริมาณเวกเตอร์

– เช่น รถที�กําลงัวิ�งบนถนน เมื�อถึงจดุเลี �ยว ความเร็วจะเปลี�ยนไป แตอ่ตัราเร็ว– เช่น รถที�กําลงัวิ�งบนถนน เมื�อถึงจดุเลี �ยว ความเร็วจะเปลี�ยนไป แตอ่ตัราเร็วยงัเทา่เดิม

• ความเร่ง คือ ความเร็วของวตัถทุี�เพิ�มขึ �น

อาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

การเอาชนะความเฉื�อยและแรงเสียดทาน

แรงเสียดทาน

• แรงเสียดทาน “f” คือ แรงต้านการเคลื�อนที�

• วตัถสุองชนิดมาถกูนั ทําให้เกิดแรงเสียดทาน

การเอาชนะความเฉื,อย

• วตัถทุกุชนิดต้องมีความเฉื�อย

• การถีบรถจักรยานครั�งแรกต้องใช้แรงมาก เพราะ ต้องออกแรงให้เท่ากบั แรงเฉื�อยกบัแรงรถทาน

• แรงเสียดทานทําให้รถจกัยานหยดุ ถ้าเราไม่ถีบตอ่

• ประโยชน์ของ f คือ ช่วยชะลอล้อรถในการเกาะถนน

เฉื�อยกบัแรงรถ

• เมื�อเวลาผ่านไป แรงเฉื�อยนี � จะช่วยให้เราเคลื�อนที�ได้

อาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

การเคลื�อนที�แบบต่างๆ

• วตัถทุกุชนิดเคลื�อนที�

• อาจเป็นแบบเส้นตรง แบบแกวง่ หรือ แบบวงกลม

• การเคลื�อนที�เป็นวงกลม นั �น เพราะ เกิดจากแรงสูศ่นูย์กลาง เรียกวตัถุนั �นวา่ “วัตถุมีโมเมนตมั”นั �นวา่ “วัตถุมีโมเมนตมั”

• โมเมนตมั = ความเร็ว x มวล• การอนุรักษ์โมเมนตมั

– การถ่ายเทมวลของวตัถรุะหวา่ง วตัถทุี� 1 ไปยงั วตัถทุี� 2

– เช่น การแทงลกูสนุ๊กอาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

การเคลื�อนที�แบบต่างๆ

• การแกวง่ของลกูตุ้มในนาฬกิา– ลกูต้มที�แกวง่ไปมาเกืดจาก แรงโน้มถ่วง

• การเคลื�อนที�เป็นวงกลมได้อยา่งไร– ปกติแล้ววตัถพุยายามหมนุตวัเองออกเป็นเส้นตรง– ปกติแล้ววตัถพุยายามหมนุตวัเองออกเป็นเส้นตรง– แตเ่พราะ มีแรงสูศ่นูย์กลาง ดงึวตัถไุว้– จงึทําให้ แรงเกิดการเปลี�ยนทิศทาง เป็นวงกลมนั�นเอง

• ทําไมลกูขา่งจงึหมนุได้– เพราะวตัถมุีโมเมนตมัเชิงมมุที�เสถียรและ ค่าgที�ตั �งฉากกบัการเคลื�อนที� จงึทํา

ให้ของวตัถมุีการเคลื�อนที�เป็นวงกลมอาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

กฎการเคลื�อนที�ของนิวตนั

• 1.วตัถจุะรักษาสภาพนิ�งหรือเคลื�อนที�ด้วยความเร็วอยา่งสมํ�าเสมอ เว้นแตม่ีแรงอื�นมากระทํา

• 2.ความเร่งของวตัถมุีคา่เท่ากบัแรงที�มากระทําหารด้วยมวลของวตัถุ

∑ = 0F

• 2.ความเร่งของวตัถมุีคา่เท่ากบัแรงที�มากระทําหารด้วยมวลของวตัถุ

• 3.วตัถทุี�มีแรงมากระทํา ต้องมีแรงที�เท่ากนัมากระทําตรงข้ามเสมอ

F = -f

∑ = maF

อาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

สัญลกัษณ์ที�ควรรู้• F = แรง หน่วย N

• f = แรงเสียดทาน• w = นํ �าหนกั• m = มวลของวตัถุ หน่วย kg

• g = แรงโน้มถ่วง = 9.8 m/sec2• g = แรงโน้มถ่วง = 9.8 m/sec

• v = ความเร็ว หน่วย m/sec

• a = ความเร่ง หน่วย m/sec2

• t = เวลา หน่วย second

• s = ระยะทาง หน่วย m

• u = ความเร็วเริ�มต้น• N = นิวตนั อาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์

สมการแรงและการเคลื�อนที�

• แรง

• f = μΝ

• v = u + at

• s = ut + at2

• v2 = u2 + 2as

21

อาจารย์สมุาวดี พวงจนัทร์