บทที่3

บทที่3

แรงและการเคลื่อนที่

หน่วยที่ 1 แรงและการเคลื่อนที่    1. เวกเตอร์ของแรง       แรง หมายถึง สิ่งที่สามารถทำให้วัตถุที่อยู่นิ่งเคลื่อนที่หรือทำให้วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่มีความเร็วเพิ่มขึ้นหรือช้าลง หรือเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุได้            ปริมาณทางฟิสิกส์ มี 2 ชนิด คือ            1. ปริมาณเวกเตอร์ หมายถึงปริมาณที่มีทั้งขนาดและทิศทาง เช่น แรง ความเร็ว น้ำหนัก            2. ปริมาณสเกลาร์ หมายถึง ปริมาณที่มีแต่ขนาดอย่างเดียว ไม่มีทิศทาง เช่น พลังงาน อุณหภูมิ เวลา พื้นที่ ปริมาตร อัตราเร็ว             การเขียนเวกเตอร์ของแรง            ใช้ความยาวของส่วนเส้นตรงแทนขนาดของแรง และหัวลูกศรแสดงทิศทางของแรง    2. การเคลื่อนที่ในหนึ่งมิติ          2.1 การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง แบ่งเป็น 2 แบบ คือ               1. การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงที่ไปทิศทางเดียวกันตลอด เช่น โยนวัตถุขึ้นไปตรงๆ รถยนต์  กำลังเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง               2. การเคลื่อนที่ในแนวเส้นเส้นตรง แต่มีการเคลื่อนที่กลับทิศด้วย เช่น รถแล่นไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง เมื่อรถมีการเลี้ยวกลับทิศทาง ทำให้ทิศทางในการเคลื่อนที่ตรงข้ามกัน         2.2 อัตราเร็ว ความเร่ง และความหน่วงในการเคลื่อนที่ของวัตถุ               1. อัตราเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุ คือระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ใน 1 หน่วยเวลา               2. ความเร่งในการเคลื่อนที่ หมายถึง ความเร็วที่เพิ่มขึ้นใน 1 หน่วยเวลา เช่น วัตถุตกลงมาจากที่สูงในแนวดิ่ง               3. ความหน่วงในการเคลื่อนที่ของวัตถุ หมายถึง ความเร็วที่ลดลงใน 1 หน่วยเวลา เช่น โยนวัตถุขึ้นตรงๆ ไปในท้องฟ้า    3. การเคลื่อนที่แบบต่างๆ ในชีวิตประจำวัน             3.1 การเคลื่อนที่แบบวงกลม หมายถึง การเคลื่อนที่ของวัตถุเป็นวงกลมรอบศูนย์กลาง เกิดขึ้นเนื่องจากวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่จะเดินทางเป็นเส้นตรงเสมอ แต่ขณะนั้นมีแรงดึงวัตถุเข้าสู่ศูนย์กลางของวงกลม เรียกว่า แรงเข้าสู่ศูนย์กลางการเคลื่อนที่ จึงทำให้วัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบศูนย์กลาง เช่น การโคจรของดวงจันทร์รอบโลก            3.2 การเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวราบ  เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุขนานกับพื้นโลก เช่น รถยนต์ที่กำลังแล่นอยู่บนถนน            3.3 การเคลื่อนที่แนววิถีโค้ง เป็นการเคลื่อนที่ผสมระหว่างการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งและในแนวราบ หน่วยที่ 2 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               2. แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยากับการเคลื่อนที่ของวัตถุ         2.1 วัตถุเคลื่อนที่ด้วยแรงกิริยา เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุตามแรงที่กระทำ เช่น การขว้างลูกหินออกไป          2.2 วัตถุเคลื่อนที่ด้วยแรงปฏิกิริยา เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุเนื่องจากมีแรงขับดันวัตถุให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม เช่น การเคลื่อนที่ของจรวด หน่วยที่ 3 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   หน่วยที่ 4 โมเมนต์ของแรง    1. ความหมายของโมเมนต์        โมเมนต์ของแรง หรือ โมเมนต์ หมายถึง ผลคูณของแรงกับระยะตั้งฉากจากแนวแรงถึงจุดหมุน         มีหน่วยเป็น นิวตัน-เมตร        โมเมนต์(นิวตัน-เมตร) = แรง(นิวตัน) X ระยะตั้งฉากจากแนวแรงถึงจุดหมุน(เมตร)                 2. ชนิดของโมเมนต์         โมเมนต์ของแรงแบ่งตามทิศการหมุนได้เป็น 2 ชนิด         1. โมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา          2. โมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา    3. หลักการของโมเมนต์        ถ้ามีแรงหลายแรงกระทำต่อวัตถุชิ้นหนึ่ง แล้วทำให้วัตถุนั้นสมดุลจะได้ว่า ผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา   =   ผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา    ตัวอย่างที่ 1   ยาว 4 เมตร นำไปงัดก้อนหินหนัก 400 N ให้เคลื่อนที่ ถ้าต้องการออกแรงเพียง 100 N ควรจะนำก้อนหินก้อนเล็กๆ มาหนุนไม้ที่ตำแหน่งใด                              ผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา   =   ผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา                                          (M ตาม       =         M ทวน)                                400 (4 - X)           =             100X                             1600 - 400X            =             100X                                            X             =             3.2 m                          ดังนั้น จะต้องนำก้อนหินเล็กหนุนไม้ห่างจากก้อนหิน 3.2 m ตอบ  ตัวอย่าง 2   แขวนไม้กับเพดานดังรูป วัตถุ y ควรหนักเท่าใด จึงจะทำให้ไม้สมดุล                                                                                                                                 ผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา = ผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา                                                                               (M ทวน =   M ตาม)                                                          (20 x 2.5) + (Y x 0.5)  =   40 x 1.5                                                                       50 + 0.5Y      =     60                                                                                   Y      =     20 N     4. โมเมนต์ในชีวิตประจำวัน          โมเมนต์เกี่ยวข้องกับกิจกรรมต่างๆ ในชีวิตประจำวันของเราเป็นอย่างมาก แม้แต่การเคลื่อนไหวของอวัยวะบางส่วนของร่างกาย การใช้เครื่องใช้หรืออุปกรณ์ต่างๆ หลายชนิด เช่น     5. ประโยชน์โมเมนต์         จากหลักการของโมเมนต์จะพบว่า เมื่อมีแรงขนาดต่างกันมากระทำต่อวัตถุคนละด้านกับจุดหมุนที่ระยะห่างจากจุดหมุนต่างกัน วัตถุนั้นก็สามารถอยู่ในภาวะสมดุลได้ หลักการของโมเมนต์จึงช่วยให้เราออกแรงน้อยๆ แต่สามารถยกน้ำหนักมากๆ ได้ ข้อสอบเรื่อง...เเรงเเละการเคลื่อนที่ พร้อมเฉลย

1.ข้อใดเเสดงถึงเเรงผลัก

ก.ดันกำแพง

ข.เปิดประตู

ค.ปิดหน้าต่าง

ง.ปิดประตูรถ

2.ข้อใดเป็นการเคลื่อนที่แนวโค้ง

ก.การยิงธนู

ข.การเล่นเปตอง

ค.การยิงกระสุนปืนใหญ่

ง.การวิ่งผลัด

3.ปริมาณสเกลาร์มีลักษณะอย่างไร

ก.ไม่มีขนาดและทิศทาง

ข.มีทั้งขนาดและทิศทาง

ค.มีเฉพาะทิศทาง

ง.มีเฉพาะขนาด

4.ข้อใดเป็นปริมาณเวกเตอร์

ก.พื้นที่

ข.เวลา

ค.อุณหภูมิ

ง.แรง

5.ข้อใดไม่ใช่แรงพื้นฐานตามธรรมชาติ

ก.แรงแม่เหล็ก

ข.แรงจากปฏิกิริยาเคมี

ค.แรงดึงดูดระหว่างมวล

ง.แรงไฟฟ้า

6.แม่เหล็กถ้าอยู่ในสภาพปกติจะมีการวางตัวอย่างไร

ก.อยู่ในแนวตะวันออก ตะวันตก

ข.อยู่ในแนวเหนือใต้

ค.อยู่ในแนวระดับ

ง.อยู่ในแนวดิ่ง

7.ข้อใดคือทิศทางของแรงเสียดทาน

ก.ทางเดียวกับการดึงวัตถุ

ข.ทางเดียวกับการผลักวัตถุ

ค.ทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ

ง.ทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ

8.แรงมีหน่วยเป็นอย่างไร

ก.กรัม

ข.เมตร

ค.นิวตัน

ง.วินาที

9.นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับแรงและการเคลื่อนที่คือใคร

ก.นิวตัน

ข.ดาร์วิน

ค.เมนเดล

ง.เอดิสัน

10.เมื่อกลิ้งวัตถุไปบนพื้น ทำไมวัตถุจึงหยุดเคลื่อนที่

ก.แรงที่กลิ้งเป็นศูนย์

ข.วัตถุสัมผัสและถ่ายเทพลังงานให้พื้น

ค.วัตถุไม่มีความเร็ว

ง.มีแรงเสียดทานบนพื้นต้านการเคลื่อนที่

11.ถ้าพื้นไม่มีแรงเสียดทาน จะเป็นอย่างไร

ก.คนจะเดินไม่ได้

ข.วัตถุจะไม่หยุดนิ่ง

ค.รถจะวิ่งได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องยนต์

ง.วัตถุจะเคลื่อนที่ได้ดีกว่าเดิม

12.ถ้าล้อรถยนต์ไม่มีดอกยาง เวลาฝนตกจะเป็นอย่างไรเมื่อรถแล่น

ก.ลื่นมาก

ข.เกาะถนนดี

ค.รถแล่นไม่ได้

ง.รถแล่นเร็วมาก

13.ข้อใดใช้หลักแรงเสียดทานมากที่สุด

ก.ไม้ 2แผ่นวางซ้อนกัน

ข.กลิ้งลูกกลมบนพื้นเอียง

ค.ป้ายโฆษณาวางพิงกำแพง

ง.ตะปูตอกไม้ให้ติดแน่น

14.ยางรถยนต์ที่มีดอกมีลวดลายมากๆ จะทำให้แรงเสียดทานระหว่างล้อและถนนเป็นอย่างไร

ก.แรงเสียดทานไม่ได้เกิดจากดอกยาง

ข.ดอกยางไม่ช่วยให้ลดหรือเพิ่มแรงเสียดทาน

ค.แรงเสียดทานจะมากขึ้น

ง.แรงเสียดทานจะลดลง

15.เมื่อรถกำลังแล่นไปบนถนน เมื่อรถเบรกแรงเสียดทานระหว่างล้อกับถนนจะมีทิศอย่างไร

ก.จากหน้ารถชี้ไปทางหลังรถ

ข.จากหลังรถชี้ไปทางหน้ารถ

ค.จากด้านขวาของรถชี้ไปทางด้านซ้าย

ง.จากด้านซ้ายของรถชี้ไปทางด้านขวา

16.ข้อใดแสดงว่าถ้าไม่มีแรงเสียดทานรถจะแล่นไม่ได้คือข้อใด

ก.รถไต่ขึ้นเนินสูงต้องเร่งเครื่อง

ข.รถแล่นบนพื้นขรุขระจะกระโดดขึ้นลง

ค.รถแล่นลงมาเนินเขามีความเร่งเร็ว

ง.รถแล่นบนพื้นลื้นล้อจะหมุน แต่ตัวรถไม่เคลื่อนที่

17.รถคันหนึ่งมีความเร็วเริ่มต้นถึงความเร็วสุดท้ายแตกต่างกัน 8 เมตร/วินาทีใช้เวลาต่างกัน 4นาทีจงหาความเร่งของรถคันนี้

ก. 1 เมตร/วินาที²

ข. 2 เมตร/วินาที²

ค. 3 เมตร/วินาที²

ง. 4 เมตร/วินาที²

18.ข้อใดกล่าวถูกต้อง

ก.ความเร่งและแรงลัพธ์ที่มากกระทำกับวัตถุมีทิศทางเดียวกัน

ข.ขนาดของความเร่งจะแปรผกผันกับขนาดของแรงลัพธ์

ค.ขนาดของความเร่งจะแปรผันตรงกับมวลของวัตถุ

ง.ความเร่งและความเร็วมีค่าเท่ากัน

19.แรงเสียดทาน มีความหมายตรงกับข้อใด

ก.แรงที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่

ข.แรงที่ต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ

ค.แรงยึดเหนี่ยวของพื้นผิว

ง.แรงดึงดูดระหว่างมวลของวัตถุ

20.การกระทำในข้อใดเป็นการลดแรงเสียดทาน

ก.การใช้ล้อในยานพาหนะ

ข.การทำดอกยางในยางรถยนต์

ค.พื้นรองเท้าที่มีลวดลาย

ง.ถนนที่มีผิวขรุขระ

21.วัตถุในข้อใดทำให้เกิดแรงเสียดทานมากที่สุด

ก.วัตถุที่มีพื้นผิวเรียบ

ข.วัตถุที่มีพื้นผิวขรุขระ

ค.วัตถุที่มีมวลมาก

ง.วัตถุที่มีมวลน้อย

22.เมื่อพิงบันไดกับกำแพงสูงที่ตีนบันไดมักมียางหุ้ม เกี่ยวข้องกับแรงเสียดทานอย่างไร

ก.ลดแรงเสียดทานเพื่อให้ยกบันไดง่าย

ข.ลดแรงเสียดทานเพื่อให้เลื่อนง่าย

ค.เพิ่มแรงเสียดทานเพื่อให้ยกบันไดยาก

ง.เพิ่มแรงเสียดทานให้เลื่อนยาก

23.คานอันหนึ่งยาว 2 เมตร มีน้ำหนักถ่วงที่ปลายคานดังรูป มีจุดหมุนอยู่ตรงกลางคาน น้ำหนักถ่วง W เป็นเท่าใด คานจึงจะสมดุล

ก. 50 kg

ข. 100 kg

ค. 75 Kg

ง. 200 Kg

24.คานในรูปข้อ 23 น้ำหนักกดลงบนจุดหมุนมีค่าเท่าใด

ก. 0 Kg

ข. 100 Kg

ค. 75 Kg

ง. 300 Kg

25.คานเบาอันหนึ่งยาว 70 เซนติเมตร มีน้ำหนัก 6 กิโลกรัม และ 8 กิโลกรัม กดที่ปลายคานแต่ละข้าง จะต้องวางจุดหมุนตรงไหน คานจึงจะสมดุล

ก.วางที่ปลายคานตรงจุด 70 เซนติเมตร

ข.35 เซนติเมตรจากก้อนแรก

ค.40 เซนติเมตรจากก้อนแรก

ง.60 เซนติเมตรจากก้อนแรก

26.แขวนน้ำหนักกับคานดังรูปจะต้องแขวนคานตรงจุดไหนจึงจะสมดุล

ก. จุด A

ข. จุด B

ค. จุด C

ง. จุด D

27.ออกแรงลากท่อนไม้ 5 กิโลกรัม บนพื้นโต๊ะดังรูป ถ้าท่อนไม้เคลื่อนที่สม่ำเสมอและแรงดึงในเส้นเชือกเท่ากับ 19.6 นิวตัน จะมีสัมประสิทธิ์ของความเสียดทานระหว่างท่อนไม้และพื้นโต๊ะเท่าใด

ก.0.2

ข. 0.4

ค. 0.6

ง. 0.8

28.ข้อใดมีความหมายเกี่ยวกับกฏของนิวตันข้อที่ 1

ก.แรงกิริยาเท่ากับแรงปฏิกิริยา

ข.พลังงานไม่สูญหายไปจากโลก

ค.แรงที่ใช้ในการเคลื่อนที่มีค่าเท่ากับแรงต้านการเคลื่อนที่

ง.ความเร่ง และแรงลัพธ์มีทิศทางเดียวกัน

29.วัตถุที่ตกอย่างอิสระในแนวดิ่ง จะมีความเร็วมากที่สุดที่ตำแหน่งใด

ก.จุดเริ่มต้น

ข.ช่วงกึ่งกลางของความสูง

ค.ก่อนถึงพื้นโลก

ง.ตกกระทบพื้นโลก

30.ข้อใดไม่ใช่การเคลื่อนที่ในหนึ่งมิติ

ก.การเคลื่อนที่แนวเส้นตรง

ข.การเคลื่อนที่แนวราบ

ค.การเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้ง

ง.การเคลื่อนที่แนวดิ่ง

เฉลย

1. ก 2. ค 3. ง 4 .ง. 5. ข

6.ข 7. ค 8.ค 9.ก 10.ง

11. ก 12.ก 13.ข 14.ค 15.ข

16.ง 17.ข 18.ก 19.ข 20.ก

21.ค 22.ง 23.ข 24.ก 25.ค

26.ข 27.ข 28.ก 29.ง 30.ค