1

การเรยีนการสอนฟสิกส 1 ผานทางอินเตอรเน็ต

1. การวัด 2. เวกเตอร 3. การเคล่ือนที่แบบหนึ่งมิติ 4. การเคลื่อนที่บนระนาบ 5. กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 6. การประยุกตกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 7. งานและพลังงาน 8. การดลและโมเมนตัม 9. การหมุน 10. สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง 11. การเคล่ือนที่แบบคาบ 12. ความยืดหยุน 13. กลศาสตรของไหล 14. ปริมาณความรอน และ กลไกการถายโอนความรอน 15. กฎขอที่หนึ่งและสองของเทอรโมไดนามิก 16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร 17. คล่ืน 18.การสั่น และคลื่นเสียง _____________________________________________________________________________________________ เริ่มตนที่การวัด

ในวันที่ทองฟาสดใส ขณะที่คุณกําลังนอนดูดวงอาทิตยลับขอบฟาที่ชายทะเลหลังจากที่ดวงอาทิตยลับขอบฟาไป คุณก็ลุกขึ้นเพื่อที่จะพยายามมองมันอีกครั้ง ! นาแปลกใจอะไรเชนนี้คุณสามารถมองเห็นดวงอาทิตยตกอีกครั้ง เชื่อหรือไมวาเมื่อทําการวัดเวลาระหวางการมองเห็นดวงอาทิตยตกดินทั้งสองครั้งคุณสามารถที่จะทําการวัดรัศมีของโลกได ดูวิธีการวัด

การวัด

การทดลองเสมือนจริงเรื่องการวัดละเอียดดวยเวอรเนียร กดที่นี่เพื่อเขาสูการทดลอง

2

การทดลองเสมือนจริง

การทดลองเสมือนจริงเรื่องเลขนัยสําคัญ

กดที่นี่เพ่ือเขาสูการทดลอง

คําถาม ใหนักศึกษากดที่ new numbers ไดเลขนัยสําคัญออกมาในบริเวณสีเหลือง บันทึกคาลงในตารางอยางนอย 5 คา

อันดับ ตัวเลข เลขนัยสําคัญ

เหตุผล

1 2 3 4 5

กระดานฟสิกสราชมงคล

ใหนักศึกษาที่เรียนฟสิกส 1 ทุกคนไปวัดความสูงของน้ําพุที่หนาตึกอธิการ หรือ ที่ขางตึกคณะวิทยาศาสตร โดยบอกวิธีการวัด มาอยางละเอียดลงใน กระดานฟสิกสราชมงคล

3

2. เวกเตอร

เปนเวลากวา 20 ปที่ทีมนักสํารวจพยายามจะปนเขาไปสํารวจแนวซอกหินของถ้ําแมมมอธอันสุดแสนจะคับแคบและมีการเชื่อมตอกันเปนโครงขายสลับซับซอน นายริชารด ซอฟทคือหนึ่งในกลุมนักสํารวจของถ้ําแหงนี้ ในภาพเขากําลังพยายามคลานอยูภายในถ้ําเพื่อนําสัมภาระใหผานพนชองเขา หลังจากที่เวลาผานไป 12 ชั่วโมงในเสนทางเขาวงกต และทางน้ําใตดินที่เย็นเจี๊ยบคณะนักปนเขาของซอฟท ก็สามารถผานซอกเขาซึ่งเปนซอกเขาเล็กๆ ซอกหนึ่งในหลายๆ ซอกของถ้ําแมมมอธออกไปได มีตอ

เวกเตอร

การทดลองเสมือนจริง เรื่องการบวกเวกเตอร

ใหนักศึกษาทดลองบวกเวกเตอร โดยกําหนดเวกเตอร A และ B ดวยตนเอง

การทดลองเสมือนจริง

การทดลองเสมือนจริงทฤษฎีของพิธากอรัส

นักศึกษาลองศึกษาทฤษฎีพิธากอรัส และอธิบายวาทําไม c2

= a2+ b2

หนังสืออิเล็กทรอนิกสเรื่องเวกเตอร• เวกเตอรและสเกลาร• การรวมเวกเตอร• การรวมหลายเวกเตอรโดยใชแผนภาพ• การลบเวกเตอร• สวนประกอบของเวกเตอร• เวกเตอรหนึ่งหนวย• ผลคูณของเวกเตอร• สรุป• แบบฝกหัด

ภาพยนตรเร่ือง independent day ภาพยนตรมีฉากบางตอนสรางขึ้นภายในคอมพิวเตอร ใชวิธีที่เรียกวา เวกเตอร Graphic ภาพทั้งหมดประกอบขึ้นดวยหลักการทางเวกเตอร โดยการเชื่อมจุดขึ้นเปนเสน แตละเสนมีขนาดและทิศทางแนนอน ภาพหนึ่งภาพมีเสนประกอบขึ้นเปนจํานวนหมื่นๆเสน ใหนักศึกษาบรรยายภาพนี้ หรือที่เกี่ยวของกับวิธีเหลานี้ลงในกระดานฟสิกสราชมงคล คลิกดูภาพยนตร windows media

4

3. การเคลื่อนที่หนึ่งมิติ

ภาพประจําสัปดาห

วันที่ 26 เดือนกันยายน 1993 นายเดพ มุนเด ไปที่น้ําตกไนแองการา อีกครั้งหนึ่ง ซึ่งในครั้งนี้เขาไดทําเรื่องเสี่ยงตาย

ซึ่งเคยมีคนทํามาแลว 4 คน และ ทั้งหมดไดเสียชีวิตไปแลว โดยเขาเขาไปอยูในลูกบอลเหล็ก และปลอยใหลอยไปตามกระแสน้ํา ตามบุญตามกรรมดังรูป จะเห็นน้ําตกอยูขางหนาลูกบอล ความสูงของน้ําตกประมาณ 48 เมตร เขาไหลลงไปเรื่อยจนถึงขอบของน้ําตกและรวงไปพรอมกับน้ํา จากการเสี่ยงตายในครั้งนั้นเขาสามารถรอดชีวิตมาได สําหรับนักฟสิกสแลว เราสามารถหาไดวา เขาใชเวลาเทาไร กอนจะถึงพื้นน้ําดานลาง อานตอ

รถจรวด ป 1977 นายคิตตี้ โอนีล สามารถทําความเร็วขึ้นมาใหมเปนสถิติโลก ดวยความเร็ว 628 กิโลเมตรตอชั่วโมง ใชเวลา 3.72 วินาที แตกอนหนานี้สิบเกาป นายบรีดดิ้ง จูเนียร สามารถเรงความเร็วจาก 0 ถึง 72.5 ไมลตอชั่วโมงภายในเวลา 0.04 วินาที โดยใชเครื่องยนตจรวดเปนตัวเรง ส่ิงที่นาสนใจก็คือการขับขี่ของใครเฉียดกับนรกมากกวากัน กดที่นี่เพื่อดูรายละเอียด

กดที่นี่เพื่อเขาสูหนาบันทึกขอมูล

ในหองทดลองนี้ เปนการทดลองการตกอยางอิสระของวัตถุภายใตความเรงโนมถวงของโลก ในกรณีที่เปนการทดลองการตกอยางอิสระไมไมมีแรงเสียดทานของอากาศ ใหปรับความหนาแนนของอากาศลงเปนศูนย และปรับเดลตา T ชวยเรงการตกได ในหองทดลองนี้ตองใชปล๊ักอินชอรกเวฟ

การทดลองนี้ เราจะใหเด็กวิ่งอยูในหองการทดลองเสมือน โดยเวกเตอรแสดงทิศทางความเร็ว v และความเรง a จะปรากฎอยูเหนือศีรษะของเด็กผูชาย คุณลองอธิบายดวยตนเองวา ความเร็วและความเรงที่แสดงอยูนี้เปนความเรงขณะใดขณะหนึ่ง ที่ไมใชความเรงเฉล่ีย ทําไมถึงเปนเชนนั้น ? กดทีน่ี่เพื่อเขาสูการทดลอง

5

4. การเคลื่อนที่บนระนาบ

คําถาม 6 ขอตอไปนี้เปนขอมูลของกระสวยอวกาศขณะที่ทะยานขึ้นจากฐาน จุดปลอยหรือจุดกําเนดิตัง้ตนอยูที่ฐานดานลาง สวนจุดอางอิงเปนจุดทีแ่ตมไวในรปูดานขางซายบนของกระสวยอวกาศ เก็บขอมูลโดยการวัดตําแหนง ความเร็ว บนแกน x และ y และวาดกราฟเทียบกับเวลา กดที่นี่เพื่อดูคําถาม กดที่นี่ดูการสงกระสวย ดูดวย real player

หนังสืออิเล็กทรอนิกสเรื่องการเคลื่อนที่บนระนาบ• ความเร็วเฉลี่ยและความเร็วชั่วขณะ• ความเรงเฉลี่ยและความเรงชั่วขณะ• สวนประกอบยอยของความเรง• การเคล่ือนที่แบบโปรเจกไตล• การเคล่ือนที่เปนวงกลม• ความเร็วสัมพัทธ• สรุป• แบบฝกหัด

แบบทดสอบ การเคลื่อนที่ใน 2 มิติ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

แอปเปลอยูที่ไหน

เด็กนั่งอยูในรถทีก่ําลังเคลื่อนที่ไปทางขวาดวยความเร็วคงที ่ ถาเด็กขวางลูกแอปเปลออกไปในแนวดิ่งดวยความเร็วดังรูป a ขณะที่รถยงัคงเคลื่อนที่ดวยความเร็วคงทีไ่ปขางหนา และไมคิดแรงเสียดทานของอากาศ คุณคิดวาลูกแอปเปลจะตกลงที่ไหน

ก. หนารถ ข. ในรถ ค. หลังรถ

คําตอบ เด็กคนนี้ขวางลูกแอปเปลขึ้นไปในแนวดิ่งดวยความเร็วเริ่มตน voy ดังรูป a นั่นคือเด็กจะมองเห็นวา ตัวเขาเองขวางขึน้ไปในแนวดิ่ง แตถามองจากคนที่ยืนอยูบนพื้น ลูกแอปเปลจะมีความเร็ว vox ดวยซ่ึงก็เทากับความเร็วของรถ ดงนั้นคนที่อยูบนพืน้จะเห็นลูกแอปเปลเคลื่อนที่เปนวิถีโคงหรือโปรเจกไตล ดงรูป b แตวาแรงตานบนแกน x ไมมี ดงนั้น vox จะคงที่และมีคาเทากับความเร็วของรถ ขณะที่ลูกแอปเปลลอยอยูกลางอากาศ มันจะมีความเร็วบนแกน x เทากับความเร็วของรถ ตลอดที่อยูบนอากาศ เม่ือลูกแอปเปลตกลงมามันจะตกลงบนรถพอดี คําตอบที่ถูกตองคือขอ b

6

5. กฎการเคลื่อนที่ของนิวตนั

การทดลองกฎการเคลื่อนที่ขอที่สองของนวิตัน

หองทดลองนี้เปนการเคลื่อนที่แบบเสนตรงดวยความเรงคงที่ เรากําหนดใหความเรงของโลก g = 9.81 m/s2 และสามารถเปลี่ยนคามวลและสัมประสิทธแรงเสียดทานได

คุณยังสามารถปรับแตงตําแหนงการวัด โดยใชวัดเปลี่ยนตําแหนงหัววัดแสง LB (Light Barrier) ซ่ึงหัววัดนี้มีความถูกตองแมนยํา 5 มิลลิเมตร เมื่อการเคลื่อนที่สิ้นสุดลงจะปรากฎเวลาของการเคลื่อนที่ ซ่ึงหนาตางแสดงนาฬิกามีความละเอียดของการวัด 1 มิลลิวินาที ใหกดปุมบันทึกขอมูล ครั้งแรก หนาตางทางดานลางจะปรากฎคา s กับ t ตอไปใหเปลี่ยนคา LB และบันทึกคาถัดไป กดที่นี่เพื่อเขาสูการทดลอง

เดือนเมษายน ค.ศ. 1974 นายจอรน แมสสิส สามารถใชพละกําลังของตัวเขาเองในการลากโบกี้รถไฟ จากรูปจะเห็นวาเขาใชปากงับเชือกที่ผูกไวกับโบกี้รถไฟแลวก็ดึงตูโบกี้ทั้งตูไปตามราง โดยปกติตูโบกี้จะมีน้ําหนักประมาณ 70 ตัน จะเห็นวาแรงที่เขาตองใชมีคามหาศาลมาก ทุกคนคงจะมีคําถามอยูในใจวา นายจอรน แมสสิสเปนซุปเบอรแมนหรือไม? และฟนของเขาสามารถ

ทนแรงมากมายขนาดนี้ไดอยางไร อานตอครับ

หนังสืออิเล็กทรอนิกสเรื่องกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

• แรง • กฎขอที่หนึ่งของนิวตัน • กฎขอที่สองของนิวตัน • หนวยของแรง • มวลและน้ําหนัก • กฎขอที่สามของนิวตัน • การแกปญหาโจทยของนิวตัน • สรุป • แบบฝกหัด

หนังสืออิเล็กทรอนิกสเรื่องกฎของนิวตันกบัการประยุกตตอนที่ 1

• แรงในธรรมชาติ • แรงเสียดทาน • ประยุกตกฎขอที่หนึ่ง • ประยุกตกฎขอที่สอง • กรอบอางอิงเฉื่อย • สรุป • แบบฝกหัด

7

a) ถาลิฟทเคลื่อนที่โดยไมมีความเรง เครื่องชั่งจะแสดงน้ําหนักจริงของชายคนนี้ ( W = 700N ) b) เมื่อลิฟทเคลื่อนที่ขึ้นดวยความเรง น้ําหนักปรากฏของชายคนนี้คือ 1000 N มากกวาน้ําหนักจริง c) เมื่อลิฟทเคลื่อนที่ลงดวยความเรง น้ําหนักปรากฏของชายคนนี้คือ 400 N นอยกวาน้ําหนักจริง d) น้ําหนักปรากฏของชายคนนี้จะเปนศูนย ถาเชือกที่ผูกลิฟทไวขาด และลิฟทตกอยางอิสระ

6. การประยุกตกฎการเคลื่อนที่ของนวิตัน

ชายคนหนึ่งนั่งอยูในยานอวกาศที่กําลังโคจรรอบโลก เขาวางวัตถุกอนหนึ่งลงบนตาชั่งติดกับพ้ืนของ ยานอวกาศตาชั่งจะอานน้ําหนักไดเทาไร

คําตอบ คลิกครับ

ลูกกุญแจกับความเรง ถาคุณตองการจะวัดความเรงของรถขณะเขาสูทางโคง ใหคุณพวงกุญแจออกมาและแขวนไว ขณะที่รถเขาโคงพวงกุญแจจะเบนออกจากแนวดิง่ดังรูป อยากจะทราบวา ความเรงของรถในขณะนี้เปนเทาไร

วิธีทํา

8

หนังสืออิเล็กทรอนิกสเรื่องกฎของนิวตนักับการประยุกตตอนที ่2

• แรงของการเคลื่อนที่แบบวงกลม • การเคลื่อนที่แบบวงกลมในแนวดิ่ง • กฎของนิวตันกับแรงโนมถวง • สนามความโนมถวง • ดาวเทียม • การเปลี่ยนแปลงคาความเรงโนมถวง g • การหมุนของโลกตอความเรงโนมถวง • การหาความเรงโนมถวง g ภายในโลก • สรุป • แบบฝกหัดพรอมเฉลย

ถุงลมนิรภัย

ถุงลมนริภัยก็ใชประโยชนจากความเฉื่อยของมวล เมื่อเกิดอุบัติเหตุหรือการชนอยางรุนแรง ถุงลมดานหนาคนขับจะพองตัวขึ้น ปองกันไมใหผูขับขี่ชนกับพวงมาลัย ดังรูป เปนกลไกของถุงลมนิรภัย ซ่ึงประกอบดวยเข็มจุดระเบิด และลูกบอลเหล็กที่สวมอยูอยางคับ ๆ ในทรงกระบอก ในขณะที่ยังไมมีอุบัติเหตุ เข็มจุดระเบิดจะถูกดันไวดวยลอพระจันทรคร่ึงเสี้ยว อานตอครับ

7. งานและพลังงานแรง กําลัง ทอรก งานและพลงังานคืออะไร

ถาคุณไดอานบทความของฟสิกสราชมงคล คุณจะไดเห็นคําเหลานี้บอยๆ เชน มวล แรง ทอรก งาน กําลัง และพลังงาน คําเหลานี้มีความหมาย และมีความสัมพันธกันอยางไร

ฟสิกสราชมงคล จะอธิบายความหมายของคําแตละคํา ใหคุณไดทราบ พรอมทั้งยกตัวอยาง ประกอบกับการคํานวณนิดหนอย ตลอดบทความ เราจะพูดถึงหนวยที่มีหลายมาตรฐาน แตที่เราใชกันทั่วไป คือ ระบบหนวยระหวางชาติ (International system of unit) ยอเปน SI หรือนิยมเรียกวา ระบบเมตริก ยอมรับกันเปนหนวยมาตรฐานสากล หนวยเมตริกที่เรารูจักกันมากที่สุด คือ หนวยเมตร กับกิโลกรัม สวนหนวยมาตรฐานอีกหนวยหนึ่งก็คือหนวยอังกฤษ (English engineering Units) ที่เรารูจักกันมากสุด คือ ฟุต กับ ปอนด หนวยนี้ยังนิยมใชักันในหลายประเทศ แตที่เราไมคอยจะคุนเคยเพราะวา ประเทศไทยเราไมไดใชเปนหนวยมาตรฐาน มีตอครับ

9

กีฬายอดนิยมสําหรับผูชอบความทาทาย คือการกระโดดแบบบันจ้ี ผูที่ออกแบบจะตองหาเสนเชือกที่มีความยืดหยุนเหมือนสปริง นําไปผูกติดกับขาของผูกระโดด เมื่อผูกระโดดพุงและดิ่งศีรษะลงดานลาง เชือกจะยืดตามออกมา พอเชือกยืดสุดแลว เชือกจะหดตัวและดึงผูกระโดดขึ้นไป ผูที่ออกแบบจะตองคํานวณไดวาเชือกจะยืดออกมาไดยาวสุดเทาไร โดยใบหนาของผูกระโดดจะไมกระทบกับพื้นน้ําขางลาง แตก็ตองใหใกลกับพื้นน้ํามากที่สุด เพื่อใหเกิดความตื่นเตน และนาหวาดเสียวสุด ๆ มีอานตอครับ

หนังสืออิเล็กทรอนิกสเรื่องงานและพลังงาน• พลังงาน • งาน • งานที่ถูกทําดวยแรงไมคงที่ • งานและพลังงานจลน • พลังงานศักย • พลังงานศักยยืดหยุน • แรงไมอนุรักษ • งานและพลังงาน • กําลัง • กําลังและรถยนต • สรุป • แบบฝกหัดพรอมเฉลย

การทดลองเสมือนจริง

ในการทดลองนี้จะเปนการศึกษาความสัมพันธระหวางแรง งาน และระยะกระจัดการเคลื่อนที่ของกลอง โดยคุณสามารถใชเมาสคลิกและลากกลองไปที่ใดก็ไดในหองทดลองเสมือน หรือจะใชลูกศรของคียบอรดก็ไดเชนเดียวกัน งานที่ไดจากแรงโนมถวงหรือจากแรงเสียดทาน จะปรากฎเปนตัวเลขอยูดานบนของหองทดลองเสมือน คุณสามารถเปลี่ยนมวล m และสัมประสิทธแรงเสียดทาน โดยใชตัวเลื่อน เมื่อคุณตองการใหกลองกลับเขาสูจุดเริ่มตน ใหกดปุม Reset

ตําแหนงเริ่มตนของกลองจะแสดงดวยเงาสีเทาดํา ใหคุณทดลองเลื่อนกลองไปบนพื้น และสังเกตดูวาการเปล่ียนแปลงไปอยางไร ตอไปกดปุม Reset และยกกลองขึ้นจากพื้น โดยไมใหกลองติดพื้น เมื่อยกกลับมาที่เดิม หรือจุดเริ่มตน สังเกตวางานมีคาเทาไร ? กดที่นี่เพื่อเขาสูการทดลอง

10

8. การดลและโมเมนตัม

คําถามวา เครื่องบินโบอิ้ง 767-200ER ขณะที่พุงเขาชนตึกเวลดเทรดมีโมเมนตัม และพลังงานจลนเทาไร(ยังไมรวมพลังงานของเชื้อเพลิง)และถารวมพลังงานของเชื้อเพลิงดวยแลวมีพลังงานรวมเทาไร ทดลองเทียบกับระเบิดปรมาณูที่หยอนลงที่ญี่ปุนเปนกี่ลูก(กําหนดให 1 000 000 ตันของระเบิดทีเอ็นที เทากับ พลังงาน 4.2 x 1015 จูล แรงระเบิดของปรมาณู 1 ลูกเทากับ ระเบิดทีเอ็นที 13 000 ตัน

วิธีทํา

คลิกครับ ดูสาเหตุที่แทจริงของการพังทลาย

ภาพตึกเวิลดเทรดขนาด 110 ช้ัน กอนกลายเปนตํานาน ถายดวยดาวเทียมอิโคโนส ขณะกําลังโคจรอยูรอบโลกที่ระดับความสูง 423 ไมล ดวยความเร็ว 17 500 ไมลตอช่ัวโมง ดูภาพความพินาศยอยยับของตึกเวิรดเทรด

การดลและโมเมนตัม

กดที่นี่ เพื่อเขาสูการทฤษฏีการบรรยาย และการทดลองตามลําดับ การทดลองนี้เปนการทดลองกฎการคงตัวของโมเมนตัมเชิงเสน

วันที่ 10 สิงหาคม ค.ศ. 1972 มีลูกอุกกาบาตลูกหนึ่งพุงผานโลก ทางฝงตะวันตกของทวีปอเมริกาเหนือ เห็นเปนทางสีขาวพุงผานทางขอบฟา ซ่ึงเห็นไดในตอนกลางวันอยางชัดเจนดังรูป การเคลื่อนที่ของมันใกลโลกคอนขางมาก มีโอกาสที่จะพุงเขาชนโลกตลอดเวลา มวลของลูกอุกกาบาตลูกนี้มีคาเทากับ 4,000,000 kg และมีความเร็วประมาณ 15 กิโลเมตรตอวินาที สมมติวามันเปลี่ยนทิศทางพุงเขาชนโลกในแนวดิ่งดวยความเร็วเทาเดิม จะเกิดอะไรขึ้น นักฟสิกสทดลองคํานวณความหายนะใหกับคุณ คลิกครับ

11

9. การหมุน

ไจโรทํางานอยางไร

ไจโรสโคปเปนอุปกรณที่นาพิศวงงงงวยเปนอยางยิ่ง เพราะการหมุนของมันคอนขางแปลก และคลายกับวา มันทาทายกับแรงโนมถวงได คุณสมบัติอันพิเศษนี้ สามารถนําไปประยุกตใชไดต้ังแตรถจักรยาน จนถึงยานขนสงอวกาศ เครื่องบินโดยสารทุกประเภทมีไจโรสโคป ไวสําหรับทําเปนเข็มทิศ และระบบนํารองอัตโนมัติ สถานีอวกาศ Mir ของรัสเซีย ใชไจโรสโคปจํานวน 11 อัน เพื่อบังคับใหแผงโซลารเซลลหันไปในทิศทางเดียวกับดวงอาทิตยตลอดเวลา การหมุนแบบไจโร จะเกิดกับมวลทุกชนิดในโลกที่มีการหมุน ฟสิกสราชมงคลจะไขปริศนานี้ให โดยจะโยงใหคุณไดทราบเหตุและผลที่เกิดจากการหมุนแบบนี้ ซ่ึงจะทําใหคุณยิ่งมหัศจรรยเพิ่มขึ้นไปอีก เพราะการประยุกตของไจโรมีมากมายนับไมถวน ทั้งๆที่ความรูพื้นฐานนั้น งายแสนจะงาย

กดที่นี่ เพื่อดูวีดีโอการควงของลอจักรยาน เปนเวลา 30 วินาที ( Mpeg ขนาด 1.7 MB) กดที่นี่เพื่อดูรายละเอียดทั้งหมด

ตัวอยาง รูป a เปนรูปนักศึกษานั่งอยูบนเกาอี้หมุน ตอนแรกนักศึกษานั่งนิ่งอยู กําลังถือลอจักรยานที่กําลังหมุนอยู ใหลอจักรยานมีโมเมนตความเฉื่อย Iwh รอบแกนกลางเทากับ 1.2 kg.m2 และหมุนดวยความเร็วเชิงมุม ωwh = 3.9 รอบตอวินาที เปนการหมุนแบบทวนเข็มนาฬิกา เพราะแกนของลอต้ังอยูในแนวดิ่ง ดังนั้น โมเมนตัมเชิงมุม Lwh จึงมีทิศช้ีขึ้นขางบน ถานักศึกษากลับทิศทางการหมุนของลอดังรูป b โมเมนตัมเชิงมุมจะกลับทิศทางชี้ลงขางลาง -Lwh ผลของการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเชิงมุมมีคาเทากับ 2 Lwhทําใหเกิดแรงบิดบนเกาอี้หมุนขึ้น หมุนเกาอี้ดวยความเร็วเชิงมุม ωb จงหาขนาดของความเร็วเชิงมุมนี้ กําหนดให โมเมนตความเฉื่อยรอบแกนหมุนรวมทั้งหมด Ib เทากับ 6.8 kg.m2 เฉลย

12

การทดลองเสมือนจริงการทดลองเสมือนจริง

การทดลองนี้เปนการหาโมเมนตความเฉื่อยโดยการหมุนมวล คุณสามารถวางมวลบนกลางโตะ หรือมุมของโตะก็ยอมได และทําการทดลองหาความเรงของระบบ เมื่อไดความเรงแลว นําไปหาโมเมนตความเฉื่อยไดจากสูตร

m = มวลที่ใชแขวนในระบบ

R = คือรัศมีของโตะหมุน ในหองทดลองเสมือนจริงนี้ R = 0.25 เมตร

เมื่อคํานวณหาโมเมนตความเฉื่อยไดแลว ใหนําคา 0.03 kg.m2 ซ่ึงก็คือโมเมนตความเฉื่อยของโตะ ลบออก คาที่ไดก็คือโมเมนตความเฉื่อยของมวลที่นําไปหมุน กดที่นี่เพื่อเขาสูการทดลอง

10. สมดุล

ตัวอยาง นักกีฬาใชธนูสมัยใหมดังรูป ใหสังเกตตัวสเตบิไลเซอรหรือตัวสรางสมดุล (stabilizer) ซึ่งมีลักษณะ

เปนแทงเรียวยาวติดอยูทางดานหนาของธนู นักวิทยาศาสตรบอกวา ตัวสรางสมดุลจะชวยนักธนูขณะที่อยูในทา

งางธนู ใหสามารถนิ่งอยูไดดีกวาและนานกวา คุณวาจริงหรือไม

13

หนังสืออิเล็กทรอนิกสเรื่องสมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง • เงื่อนไขขอที่สองของสมดุล • จุดศูนยถวง • ตัวอยาง • แรงคูควบ • สรุป • แบบฝกหัดพรอมเฉลย

ภาพคนงานกําลงัขนกลองอันมากมาย เขาใชขาขวายันรถเข็นไว และเอนไปขางหลัง คุณวาภาพนี้คนงานพยายามสรางความสมดุลไดอยางไร จงอธิบายลงใน กระดานฟสิกสราชมงคลใหม

11. การเคลื่อนที่แบบคาบ

ตัวอยาง การสั่นสะเทือนของใบลําโพงเปนการเคลื่อนที่แบบซิมเปลฮารโมนิก ดังรูป ถาวัดความถี่สูงสุด f = 1.0 kHz และแอมพลิจูด A = 2.0 ×10-4 m จงหาความเรงสูงสุดของใบลําโพง

แผนไดอะแกรมของลําโพงใหความถี่ของเสียง 1.0 kHz เฉลยครับ

ตัวอยาง สัญญาณทางไฟฟาของหัวเข็มเกิดจากการส่ันสะเทือนกลับไปมาของหัวเข็ม ซ่ึงเปนการเคลื่อนที่แบบซิมเปลฮารโมนิก ) จากการตรวจวัดพบวาในขณะหน่ึงหัวเข็มมีความถี่ f = 1.0 kHz ที่แอมพลิจูด A = 8.0 × 10-6 m จงหาอัตราเร็วสูงสุดของหัวเข็ม

การสั่นของหัวเข็ม เปนการเคลื่อนที่แบบซิมเปลฮารโมนิก

เฉลยครับ

การเคลื่อนที่แบบซิมเปลฮารโมนิค

การทดลองนี้เปนการหาความสัมพันธระหวางคาบ ความเรง ความยาวของสปริง มวล และคาคงที่ของสปริง ของการเคลื่อนที่แบบซิมเปลฮารโมนิค ในหองทดลองนี้เปนการเคลื่อนที่ของมวลทีติ่ดกับสปริง และลูกตุมติดกับเชือก แบบธรรมดา (Simple) โดยกําหนดใหมุมของการแกวงมีคานอย ไมมีแรงเสียดทานของอากาศ ไมคิดมวลและแรงเสียดทานของสปริง กดเขาสูการทดลอง

14

12. ความยืดหยุน

ตึกอัมไพรเสตท ความสูง 1250 ฟุต ส่ันตามจังหวะของลมที่พัด ภาพที่วาดอาจจะดูเกินจริงไปหนอย แตระยะกระจัดของการแกวงมีระยะหลายเมตรอยู ตึกเวิลดเทรด ตึกแฝด ก็สั่นมีระยะกระจัดที่ยอดประมาณ 6 ถึง 7 ฟุต ลิฟทที่ว่ิงไปถึงความสูงระดับนั้นตองลดระดับความเร็วลง

ผิวหนังของคนมีลักษณะยืดหยุนเหมือนยาง เมื่อเขาสูวัยชรา ความยืดหยุนจะลดนอยลง เกิดเปนรอยเหี่ยวยนแทน

รูปของกบประเภทหนึ่ง ที่ผิวหนังมีความยืดหยุนสูง สามารถขยายตัวออกไดเหมือนยาง ในรูปภาพมีขนาดเพิ่มขึ้นกวา 8 เทา

นักดนตรี ใชความยืดหยุนของแกวสรางเสียงดนตรีข้ึนจากขอบแกว

ความยืดหยุน

ความเคนและความเครยีดดึง

ความเคนและความเครยีดบลัค

ความเคนและความเครยีดเฉือน

ความยืดหยุนและภาวะพลาสติก

แบบฝกหัด

15

13. กลศาสตรของไหล

กระปองสเปรยทํางานอยางไร

เมื่อพูดถึงคนที่ช่ือวา อีริค รอทเท็ม ( Eric Rotheim) คงจะไมมีคนรูจัก แตถาพูดถึงงานของเขา คุณจะไมสงสัยในงานของเขาเลย รอทเท็มเปนวิศวกรและนักประดิษฐชาวนอรเวย เมื่อ 75 ปกอนเขาไดประดิษฐกระปองสเปรยเปนคนแรก

ฟสิกสราชมงคลจะเปดภายในกระปอง และไขความลับภายในกระปองใหคุณไดทราบ วาการทํางานเปนอยางไร ในหนาถัดไป

ระบบเบรกทํางานอยางไร

เมื่อเราเหยียบเบรก ความเร็วของรภจะลดลง และหยุดในที่สุด แตคุณทราบไหมวา มีอะไรเกิดขึ้นบางขณะที่คุณเหยียบมัน แรงที่เทาของคุณสงไปทีล่อไดอยางไร และทําไมเกิดแรงมากมายที่สามารถหยุดรถขนาดหนักเปนตันได

ฟสิกสราชมงคล จะตอสายโซของความสัมพันธ จากจุดที่เทาเหยียบ จนไปถึงลอ และอธิบายสวนตางๆของระบบเบรกใหคุณไดทราบ ในหนาถัดไป

สายน้ําจากกอกน้ําทําไมเรียวลงทุกที

น้ําไหลจากกอกทีแรกเปนสายใหญขนาดกอก พอไหลลงมาก็เรียวลงทุกที นี่เปนเพราะเหตุใด

คําตอบ กดดูเลยครับ

สมบัติเชิงกลของสสาร

• สมบัติของของเหลว • แรงดันของของเหลว • แบบฝกหัดแรงดันของเหลว • เครื่องวัดความดันของของไหล • แบบฝกหัดเครื่องวัดความดันของของไหล • แรงดันของเหลวที่กระทําตอผนังดานขางของ

ภาชนะ • แบบฝกหัดแรงดันของเหลวที่กระทําตอผนัง

ดานขางของภาชนะ • กฎของพาสคาล • ความตึงผิวของของเหลว • ความยืดหยุนของของแข็ง

16

14. ปริมาณความรอนและกลไกการถายโอนความรอน

ตอยักษชนิดหนึ่งกําลังถูกผึ้งลอมรอบอยู ตัวตอนี้พยายามเขาไปใน รังผึ้งเพื่อจะลักน้ําหวานไปเปนอาหาร แตเผอิญผึ้งเห็นเสียกอน ก็เลยถูกผึ้งลอมไว เพื่อหยุดการกระทําของมัน หลังจากนั้นประมาณ 20 นาที ตัวตอก็ตายโดยที่ผ้ึง ไมไดกัดหรือตอยเลย สาเหตุที่ตัวตอตายนั้นมาจากอุณหภูมิ นักฟสิกสสามารถตอบคําถามใหกับคุณไดชัดเจนกวานี้ อานตอครับ

การทดลองเสมือนจริง

คุณสามารถเห็นจุดหลอมเหลว และอุณหภูมิจุดเดือดสําหรับธาตุตางๆ ภายในตารางธาตุนี้ ถาเปนสีน้ําเงิน แสดงวาธาตุนั้นอยูในสถานะของแข็ง สีเหลืองอยูในสถานะของเหลว และสีแดงอยูในสถานะแกส สวนชองไหนถาเปนสีขาวแสดงวา ธาตุนั้นมีไอโซโทปที่ไมเสถียร และยังไมทราบอุณหภูมิของการเปลี่ยนเฟส คลิกครับเขาสูการทดลอง

เราทราบกันดีอยูแลววา สีดําจะดูดและเก็บกักความรอนไดดีกวาสีขาว อยางไรก็ตามคนที่อาศัยอยูในทะเลทรายชอบใสเสื้อสีดํามากกวาเสื้อสีขาว ตอนกลางวันทะเลทรายมีความรอนสูงมาก การสวมใสเสื้อสีดํานาจะไปเพิ่มความรอนมากขึ้นไปอีก ขอสงสัย เสื้อสีดําจะเปลงรังสีความรอนไดมากกวาเสื้อสีขาว แตในขณะเดียวกันเสื้อ สีดําจะดูดกลืนและเก็บกักพลังงานความรอนไดมากกวาเสื้อสีขาว ดังนั้นจึงมีอุณหภมูิสูงกวา นักวิจัยไดพิสูจนใหเห็นวาผูใสเสื้อสีดําจะมีอุณหภูมิสูงกวา 6o C เมื่อเทียบกับผูใสเสื้อสีขาว แตทําไมคนที่อาศัยอยูที่นั่น

จึงชอบใสเสื้อสีดํา นักฟสิกสตอบคําตอบนี้ได อานตอครับ

15. กฎขอที่หนึ่งและสองของเทอรโมไดนามิก

เมื่อคุณเปดฝาจุกแชมเปญ มันจะเกิดเสียงดังปอปขึ้น และจุกจะกระเด็นออก ขณะเดียวกันมีของเหลวพุงเปนฝอยตามขึ้นมา

ใหคุณสังเกตที่รูปภาพมีกลุมของหมอกรอบๆฝาจุกดวย สาเหตุของการเกิดกลุมหมอกมาไดอยางไร นักฟสิกสสามารถอธิบายได อานตอครับ

เคยมีคนเคยกลาววา "เวลาไมเคยยอนกลับ" ซ่ึงก็เปนจริงเชนนั้น แสดงวาเวลามีทิศทาง และไปในทิศทางเดียว ทดลองปลอยไขจากที่สูงลงไปในถวย ไขจะแตกดังรูป เละเทะกระจัดกระจายตามพื้น คุณจะใหไขที่

แตกใบนี้กลับมาเปนไขไกใบเดิมคงเปนไปไมได แตถาคุณถายวิดีโอไว และทําใหภาพยอนกลับ คุณสามารถทําได อยางไรก็ตามคุณคงไมลืมวา ไขใบเดิมไดแตกไปแลวและไมมีทางยอนกลับมาไดอีกเลย เอนโทรปแตกตางจากพลังงานที่วา

พลังงานเปนไปตามกฎการอนุรักษ อานตอครับ

17

เอ็นโทรป

17 ปที่คนหา

โฉมหนา " ซารบัต กูลา" เด็กหญิงชาวอัฟกันที่คายอพยพปากีสถานสมัยอายุ 13 ป (ซาย) ที่นิตยสาร "เนชั่นแนล จีโอกราฟฟก" เคยนําขึ้นปกเมื่อ 17 ปที่แลว ถือเปนสัญญลักษณแทนชะตากรรมของผูอพยพชาวอัฟกัน เมื่อเร็วๆนี้ นิตยสารฉบับนี้สงทีมงานออกตามหา เด็กหญิงนิรนามผูนี้ไปทั่วอัฟกานิสถาน เพื่อนําเธอขึ้นภาพปกอีกครั้ง และก็ตามพบเด็กหญิงผูนี้ซึ่งกลายเปนคุณแมลูกส่ี ในวัย 30 ป (ขวา) แตดวงตากลมโต สีเขียวใสของเธอยังแฝงแววรันทด กรานชีวิต เปนส่ือแทนชะตากรรมชาวอัฟกัน ไดเหมือนเมื่อ 17 ปกอนไมผิดเพี้ยน ภาพบนที่คุณเห็นนั้นมีความสัมพันธกับเรื่องเอ็นโทรปอยางลึกซื้ง ซึ่งเอ็นโทรปเปนปริมาณทางฟสิกส ที่ใชวัดความมีระเบียบของระบบ นักฟสิกสจะอธิบายความเกี่ยวเนื่องนี้ใหทราบ ลองกดรายละเอียด

เครื่องยนตไอพนของเครื่องบินจัมโบทํางานไดอยางไร

พัดลมจะดูดอากาศเขาไปในเครื่องยนต และอัดอากาศเขาไปในหองเผาไหม แลวฉีดพนเชื้อเพลิง ทําใหอากาศอัดติดไฟ เกิดเปนแกสรอน ในภาพเปนเครื่องเทอรโบแฟน มีพัดลมตัวใหญดูดอากาศเขาไป เพื่อใหเครื่องยนตมีประสิทธิภาพมากขึ้นและเสียงดังนอยลง ลําแกสรอนความดันสูงจะถูกขับออกทางทายของเครื่องบิน และดันใหเครื่องบินพุงไปในทิศตรงกันขาม คลิกดูหลักการของเครื่องจักรเทอรไบน

18

16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร

สถานะของแข็ง โมเลกุลเคลื่อนไหวไดในขอบเขตที่จํากัดแตอยูในลักษณะแบบสั่นแกวงโดยมี แอมพลิจูดของการสั่นคอนขางนอย ดังรูป เปนผลึกโปรตีนของไวรัสชนิดหนึ่งถายดวยกลองจุลทรรศน อิเล็คตรอนขยาย

80 000 เทา

สถานะของเหลว ระยะหางระหวางโมเลกุลมากกวาของของแข็ง จึงมีอิสระในการเคลื่อนที่ไดมากกวา แตยังนอยกวาแกส

สถานะของแกส ระยะหางระหวางโมเลกุลมากกวาของของแข็งและของเหลว จึงมีแรงดึงดูดระหวางโมเลกุลนอย มีพลังงานจลนสูงกวา

การทดลองเสมือนจริง

การทดลองการชนของอะตอมเดี่ยว คลิกครับ การทดลองการชนของหลายอะตอมภายในภาชนะ

คลิกครับ

การทดลองแผนภาพ P-V-T ของแกส

จากกฎของแกส

p·V = n R T p = ความดัน ; V = ปริมาตร ; n = จํานวนโมล ; T = อุณหภูม ิ และ R = 8.31 J / mol.K = คาคงที่ของแกส คลิกครับ

ชาวเอสกิโมที่ออกไปหาอาหาร เมื่อกลับมาที่กระทอมน้ําแข็งซ่ึงเปนที่พักอาศัยของพวกเขา แรกสุดเขาจะจุดไฟเพราะตองการความอบอุนภายในกระทอม โดยคิดไปวา พลังงานจากเปลวไฟจะไปเพิ่มพลังงานภายในที่อยูในกระทอมน้ําแข็ง และทําใหอากาศภายในอบอุนขึ้น เหตุผลดูเหมือนจะถูกตอง แตในทางฟสิกสแลวผิด ที่รางกายอุนขึ้นเกิดจากเหตุผลอื่น เฉลย

19

17. คลื่น

ภาพแสดงการเลี้ยวเบนของคลื่นผานชองเปดเล็ก ๆ 2 ชอง

เมื่อมีแมลงตัวเล็กๆ ว่ิงอยูบนทรายหางจากแมลงปองไปประมาณ 10 ซ.ม. แมวาแมลงปองจะหันหลงัใหก็ตาม มันสามารถรูวามีเหยื่ออยูได และหันไปหาแมลงตัวนั้น ว่ิงเขาตะครุบและเขมือบเปนอาหารกลางวัน เมื่อแมลงปองไมตองมองมันรูวาเหยื่อของมัน

อยูบริเวณไหนไดอยางไร อานตอครับ

การพังของสะพานทาโคมาแรโรว

สะพานทาโคมาแนโรว ในอเมริการ พังทลายลงเนื่องจากลมที่พัดมากระทบกับสะพาน มีความถี่เทากับความถี่ธรรมชาติของการสั่นของสะพาน จึงทําใหสะพานแกวงแรงขึ้น จนพังในที่สุด.

กดที่นี่คุณจะไดเห็นภาพยนตรการพังของตัวสะพาน

คลิกดูสาเหตกุารพงัของสะพาน windows media

การทดลองเสมือนจริง

ในหองทดลองเสมือนนี้ เปนการทดลองคลื่นสถิตในเสนเชือก โดยเราสามารถเปลี่ยนแรงตึงเชือก FT หรือมวลของเสนเชือกตอหนวยความยาว m/L และความถี่ f

แอ็พเพล็ตนี้แสดงภาพการแทรกสอดของคลื่นจากแหลงกําเนิด 2 แหลง เสนวงกลมสีขาวคือยอดคลื่น และเสนวงกลมสีดําแสดงเปนทองคลื่น สีฟาแสดงการแทรกสอดของคลื่นในลักษณะทีเ่สริมกัน ซ่ึงเสนนี้แสดงใหเห็นวา ยอดคลื่นกับยอดคลื่น หรือทองคลื่นกับทองคลื่นแทรกสอดกัน กดเพื่อทําการทดลอง

• ลักษณะคลื่น คุณสมบัติพื้นฐานของคลื่นที่ควรทราบ

• ชนิดของคลื่น ลักษณะของคลื่นตามขวาง และคลื่นตามยาว

• ลักษณะของคลื่นตามขวาง ดูการเคลื่อนที่ของอนุภาคของตัวกลางเมื่อคล่ืนตามขวางเคลื่อนที่ผาน

• การสะทอนของคลื่นที่ปลายตรึง-อิสระ ดูลักษณะการสะทอนของคลื่นที่ปลายตรึงและปลายอิสระ

20

18. การสั่นและคลื่นเสยีง• ลักษณะคลื่นเสียง คุณสมบัติพื้นฐานของคลื่น

เสียงที่ควรทราบ • หลอดเรโซแนนซ การเกิดเรโซแนนซของเสียงใน

หลอดเรโซแนนซ • การเกิดเรโซแนนซ การเกิดเรโซแนนซของการสั่น

ของวัตถ ุ • ปรากฎการณดอปเปลอรและคลื่นกระแทก ปรากฎการณดอปเปลอรและการเกิด

คลื่นกระแทก • ปรากฎการณดอปเปลอร 1 ทดลอง

ปรากฎการณดอปเปลอร 1 • ปรากฎการณดอปเปลอร 2 ทดลอง

ปรากฎการณดอปเปลอร 2

หนังสืออิเล็กทรอนกิส

ธรรมชาติของคลื่นเสียง

คล่ืนเสียง

ความเขมเสียง

บีตส

ปรากฎการณดอปเปอร

แบบฝกหัด

ชมภาพยนตรเครื่องบินไอพนบินที่ความเร็วเทาเสียง

ภาพเครื่องบินไอพน F-18 บินผานทะลุกําแพงเสียง หรือบินเร็วเหนือเสียง จะเห็นคลื่นกระแทกเกิดขึ้นเปนแนวกรวยอยูทางดานหลัง กดที่รูปภาพหรือที่นี่เพื่อดูภาพขนาดใหญ ภาพนี้ถายไววันที่ 1 กรกฎาคม 1999

กําหนดให ทิศทางการเคลื่อนที่ไปทางขวาเปนบวก และทางซายเปนลบ เร่ิมตนดวย vo = 4.0 m/s และ vs = 10.0 m/s

และ fs = 200 Hz กดปุม RUN แหลงกําเนิดเสียงจะเคลื่อนที่ไดเร็วกวาผูสังเกต กดที่รูปภาพหรือที่นี่เพื่อเขาสูการทดลอง

การเกิดบีตส (Beat) เปนปรากฎการณจากการแทรกสอดของคลื่นเสียง 2 ขบวน ที่มีความถี่แตกตางกันเล็กนอย และเคลื่อนที่อยูในแนวเดียวกันเกิดการรวมคลื่นเปนคลื่นเดียวกัน ทําใหแอมพลิจูดเปลี่ยนไป เปนผลทําใหเกิดเสียงดังเสียงคอยสลับกันไปดวยความถี่คาหนึ่ง กดที่ภาพหรือที่นี่เพื่อเขาสูการทดลอง