ประโยชน์ของแรง
แรง หมายถึง อำนาจภายนอกที่สามารถทำให้วัตถุเปลี่ยนแปลงสภาพ เช่นทำให้วัตถุที่อยู่นิ่งเคลื่อนที่ไป ทำให้วัตถุที่เคลื่อนที่อยู่แล้วเคลื่อนที่เร็วหรือช้าลง ทำให้วัตถุมีการเปลี่ยนทิศตลอดจนทำให้วัตถุมีการเปลี่ยนขนาดหรือรูปทรงไปจากเดิมได้แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ที่มีทั้งขนาดและทิศทางการรวมหรือหักล้างกันของแรงจึงต้องเป็นไปตามแบบเวกเตอร์
ภาพ มาตรวัดความเร็ว
ที่มา https://pixabay.com
เวกเตอร์ของแรง
ปริมาณบางปริมาณที่ใช้กันอยู่ในชีวิตประจำวันบอกเฉพาะขนาดเพียงอย่างเดียวก็ได้ความหมายสมบูรณ์แล้ว แต่บางปริมาณจะต้องบอกทั้งขนาดและทิศทางจึงจะได้ความหมายที่สมบูรณ์ ปริมาณในทางฟิสิกส์แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
แรง แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
นอกจากนี้ แรงที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้นก็เป็นแรงที่เกิดจากการกระทาของมนุษย์ เช่น แรงจากเครื่องกล เช่น รถยนต์ เรือ เครื่องบิน และยังมีแรงที่เกิดจากเครื่องผ่อนแรงทั้งหลาย เช่น ลูกรอก คานดีดคานงัด ฯลฯ
ผลของแรงต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุ
วัตถุต่างๆ เมื่อมีแรงมากระทำ วัตถุจะมีการเปลี่ยนแปลงสภาพเดิมใน 3 ลักษณะ คือ
เมื่อแรงที่กระทบต่อวัตถุแตกต่างกัน ย่อมทำให้ผลของการเปลี่ยนแปลงแตกต่างกันไปด้วย ถ้าแรงที่กระทำมีค่ามาก การเปลี่ยนแปลงซึ่งเป็นผลของแรงนั้นย่อมมีการเปลี่ยนแปลงมากด้วย
ในชีวิตประจำวัน การที่วัตถุมีการเปลี่ยนแปลงต่างๆ จะเกิดจากอิทธิพลของแรง แรงที่พบตามธรรมชาติมีอยู่มากมายหลายชนิด ซึ่งก็มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของวัตถุได้แตกต่างกัน
แรงชนิดต่างๆ
การหาค่าแรงลัพธ์จากเวกเตอร์
เมื่อแรงย่อยมีทิศทางเดียวกัน ให้นำแรงย่อยมารวมกัน สามารถเขียนเวกเตอร์แทนแรงได้ด้วยเส้นตรงและหัวลูกศร
เมื่อแรงย่อยมีทิศทางตรงกันข้าม ให้นำค่าของแรงย่อยมาหักล้างกัน เวกเตอร์ของแรงลัพธ์จะมีทิศไปทางแรงที่มากกว่า ค่าของแรงลัพธ์เท่ากับผลต่างของแรงย่อยทั้งสอง
ถ้าแรงย่อยเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงข้าม จะได้แรงลัพธ์มีค่าเป็นศูนย์และไม่มีความเร่ง ดังนั้นวัตถุจะคงสภาพเดิม
ในชีวิตประจำวันของเรามีการนำแรงลัพธ์มาใช้ประโยชน์มากมาย ตัวอย่างเช่น การสร้างสะพานแขวน การปั่นจักรยานพ่วง การใช้สุนัขหลาย ๆ ตัวหลากเลื่อน
ภาพที่ 1: การสร้างสะพานแขวน
ที่มา http://www.thaibizchina.com/upload/thaibizchina/bic-xiamen/fujian/052010/20052010-01.jpg
ภาพที่ 2 : การปั่นจักรยานพ่วง
ที่มา : https://tech.mthai.com/app/uploads/2014/08/mtr2004-1024x677.jpg
ภาพที่ 3 : การใช้สุนัขหลายตัวลากเลื่อน
ที่มา : http://4.bp.blogspot.com/-Gcx4d_lF0og/VLoZOgJU9jI/AAAAAAAAAFY/-K-mGMb8q7Q/s1600/FINLAND1.jpg
แหล่งที่มา
ชุดกิจกรรมการเรียนรู้ เรื่องแรงในชีวิตประจำวัน กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นประถมศึกษา. สืบค้นเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม 2560.จาก
http://www.kroobannok.com/news_file/p24475190545.pdf
แรงกับการเคลื่อนที่.สืบค้นเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม จาก
http://www.pctutorkrupe.com/doc/krusupanus/p3/แรงกับการเคลื่อนที่.pdf
สราวุธ สุธีรวงศ์. แรงในชีวิตประจำวัน. สืบค้นเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม 2560 ,จาก
http://www.krusarawut.net/wp/?p=15434
แรงลอยตัวคืออะไร
แรงลอยตัวคือแรงที่ช่วยพยุงวัตถุไม่ให้จมลงไปในของเหลว โดยมีขนาดขึ้นอยู่กับ ความหนาแน่นของของเหลวนั้น และปริมาตรของงวัตถุส่วนที่จมลงไปในของเหลว
ความหนาแน่นของวัตถุ
ความหนาแน่นของวัตถุคือ อัตราส่วนระหว่างปริมาตรและน้ำหนักของวัตถุ โดยวัตถุที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะมีน้ำหนักมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบ ในปริมาตรที่เท่ากัน
แรงลอยตัว (bouyant force) หรือแรงพยุงของของเหลวเป็นไปตามหลักการของ อาร์คิเมดิส (Archimedes' Principle) ซึ่งกล่าวว่า "แรงลอยตัวหรือแรงพยุงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุ มีขนาดเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมอยู่ในของเหลว"
ที่มา http://theerachot.yolasite.com/แรงลอยตัว.php
ที่มา http://theerachot.yolasite.com/แรงลอยตัว.php
ที่มา http://theerachot.yolasite.com/แรงลอยตัว.php
ที่มา http://theerachot.yolasite.com/แรงลอยตัว.php
แรงลอยตัวอาจจะมากจนพยุงให้วัตถุลอยน้ำอยู่ได้ หรือไม่มากพอซึ่งวัตถุก็ยังจะจมลงน้ำ ทั้งนี้ก็ขึ้นกับความหนาแน่นของวัตถุ พิจารณาสมดุลของแรงที่กระทำต่อวัตถุ ดังรูป
(ที่มาภาพ www.mwit.ac.th/~ampornke/content.../pdf.../05_Archimedis_Principle_1.pdf)
ความสัมพันธ์ระหว่างแรงพยุงกับความดันของของเหลว
ขณะที่วัตถุอยู่ในน้ำ ความดันน้ำจะทำให้มีแรงกระทำต่อวัตถุทุกทิศทุกทาง เมื่อรวมแรงทุกแรงแล้ว แรงลัพธ์ที่กระทำต่อด้านล่างของวัตถุในทิศขึ้นจะมีขนาดมากกว่าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อด้านบนของวัตถุในทิศลง เนื่องจากความดันภายในของเหลวมีค่ามากขึ้นเมื่ออยู่ลึกมากขึ้น
ดังนั้นความดันของน้ำที่ส่วนล่างมีค่ามากกว่าความดันของน้ำส่วนบน จากการรวมแรงทั้งหมดที่น้ำกระทำต่อวัตถุจึงเป็นแรงลัพธ์ของแรงที่มีทิศขึ้นเรียกแรงลัพธ์ของแรงลัพธ์นี้ว่า "แรงพยุงขึ้น" หรือ "แรงลอยตัว (Buoyant force)"
ในการชั่งวัตถุในอากาศและในของเหลว พบว่าเมื่อชั่งวัตถุในของเหลว น้ำหนักของวัตถุมีค่าน้อยกว่าเมื่อชั่งวัตถุในอากาศ เพราะในของเหลว น้ำหนักของวัตถุมีค่าน้อยกว่าเมื่อชั่งวัตถุในอากาศ เพราะในของเหลวมีแรงพยุงขึ้นหรือแรงลอยตัวของของเหลวนั่นเอง
การลอยและการจมของวัตถุในของเหลว
ในชีวิตประจำวันพบว่าในชีวิตประจำวันมีวัตถุหลายชนิดที่ลอยในของเหลวได้ เช่น โฟม ไม้ ขวดพลาสติก ใบไม้ต่างๆ เรือ สามารถลอยน้ำได้ และมีวัตถุอีกจำนวนมากที่จมลงในของเหลว เช่น ก้อนหิน ตะปู เหล็ก ลูกแก้ว เป็นต้น
การลอยของวัตถุในของเหลว
วัตถุสามารถขอลในของเหลวใดๆ เพราะวัตถุนั้นมีความหนาแน่นน้อยกว่าของเหลวชนิดนั้น เช่น น้ำแข็งก้อนหนึ่งมีความหนาแน่น 0.92 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร สามารถลอยได้ในน้ำซึ่งมีความหนาแน่น 1 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร และแรงดันของน้ำที่ดันวัตถุให้ลอยขึ้นมา แรงนี้คือแรงพยุงขึ้นหรือแรงลอยตัวนั่นเอง
การลอยของวัตถุในของเหลวมี 2 แบบ คือ
1) วัตถุลอย เนื่องจากวัตถุนั้นมีความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของของเหลว และแรงพยุงของของเหลวจะทำให้วัตถุลอยขึ้นไปยังผิวน้ำ
ที่มา : https://sukanyadru.files.wordpress.com/2014/01/n3-63-copy.gif
2) วัตถุลอยปริ่ม เนื่องจากวัตถุนั้นมีความหนาแน่นเท่ากับความหนาแน่นของของเหลว และแรงพยุงของของเหลวเท่ากับความหนาแน่นของวัตถุพอดีทำให้วัตถุลอยปริ่มในของเหลวนั้นๆ
ที่มา : https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTMNGRvGAm7_fgy59WE7f6_m4Ah87bysoDxuID3VTI9t6I-lvi0
สูตรคำนวณแรงลอยตัว (Buoyant Force)
แรงลอยตัว มีค่าเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ด้วยวัตถุ
ถ้าให้
rL เป็นความหนาแน่นของของเหลว
FB เป็น แรงลอยตัว
VL เป็น ปริมาตรวัตถุส่วนที่จมในของเหลว
g เป็นค่าความเร่งโน้มถ่วงของโลก
mg เป็นน้ำหนักของวัตถุในอากาศ
ในกรณีวัตถุจม
ขนาดแรงลอยตัว = ขนาดน้ำหนักของเหลวที่มีปริมาตรเท่าวัตถุ
ในกรณีวัตถุลอย
ขนาดแรงลอยตัว = ขนาดน้ำหนักของเหลวที่มีปริมาตรเท่าวัตถุส่วนที่จมในของเหลว
ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับแรงลอยตัว ได้แก่
ไฮโดรมิเตอร์ (hydrometer)
เป็นอุปกรณ์สำหรับใช้วัดความหนาแน่นของของเหลว โดยใช้หลักการเกี่ยวกับการลอยและการจมของวัตถุในของเหลว ไฮโดรมิเตอร์ประกอบด้วยหลอดแก้วยาวที่มีปลายปิดทั้งสองข้าง ปลายข้างหนึ่งเป็นกระเปาะสำหรับบรรจุเม็ดโลหะเล็กๆ เมื่อนำไฮโดรมิเตอร์ไปลอยในของเหลวต่างชนิดกัน ไฮโดรมิเตอร์จะจมได้ลึกไม่เท่ากัน บนหลอดแก้วมีสเกลบอกความหนาแน่นสัมพัทธ์กับความหนาแน่นของน้ำ
หลักการของไฮโดรมิเตอร์
เมื่อนำวัตถุชนิดหนึ่งไปลอยในของเหลวต่างชนิดกัน วัตถุจะมีส่วนที่จมและลอยในของเหลวแต่ละชนิดไม่เท่ากัน เช่น นำแท่งไม้ไปลอยในน้ำเชื่อม น้ำ แอลกอฮอล์ พบว่า แท่งไม้จมแอลกอฮอล์มากที่สุด รองลงมาเป็นน้ำและน้ำเชื่อมตามลำดับ สรุปได้ว่า แท่งไม้จมได้น้อยในของเหลวที่มีความหนาแน่นมาก และจมได้มากในของเหลวที่มีความหนาแน่นน้อย ดังนั้น ความลึกของส่วนที่จมของวัตถุในของเหลวใดๆ จึงบอกความหนาแน่นของของเหลวนั้นได้
แหล่งที่มา
แรงลอยตัว. สืบค้นเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม จาก
http://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/286/15/9/Fluid/buoyant.htm
แรงพยุงของของเหลว/แรงลอยตัว. สืบค้นเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม จาก
https://sites.google.com/site/sciroom23101/page4-1
แรงลอยตัวและหลักของอาร์คิมีดีส. สืบค้นเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม 2560. จาก
mwit.ac.th/~ampornke/content.../pdf.../05_Archimedis_Principle_1.pdf
แรงเสียดทานเป็นอย่างไร
แรงเสียดทาน หมายถึง แรงที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ 2 ชิ้นที่สัมผัสกัน ซึ่งแรงนี้เป็นแรงที่ผิววัตถุผิวหนึ่งต้านทานการเคลื่อนที่ของผิววุตถุอีกผิวหนึ่ง ส่งผลทำให้วัตถุเคลื่อนที่ช้าลงเรื่อยๆ จนกระทั่งหยุดนิ่งในที่สุด
แรงเสียดทาน (friction) เป็นแรงที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุหนึ่งพยายามเคลื่อนที่ หรือกำลังเคลื่อนที่ไปบนผิวของอีกวัตถุ เนื่องจากมีแรงมากระทำ มีลักษณะที่สำคัญ ดังนี้
1. เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ
2. มีทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางที่วัตถุเคลื่อนที่หรือตรงข้ามทิศทางของแรงที่พยายามทำให้วัตถุเคลื่อนที่ดังรูป
ถ้าวาง A อยู่บนวัตถุ B ออกแรง ลากวัตถุ วัตถุ A จะเคลื่อนที่หรือไม่ก็ตาม จะมีแรงเสียดทานเกิดขึ้นระหว่างผิวของ A และ B แรงเสียดทานมีทิศทางตรงกันข้ามกับแรง ที่พยายามต่อต้านการเคลื่อนที่ของ A
ธรรมชาติของแรงเสียดทาน
แรงเสียดทานจะกระทำในทิศตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ ถ้าไม่มีแรงเสียดทานวัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยอัตราคงตัวตลอดการเคลื่อนที่ แต่เมื่อมีแรงเสียดทานวัตถุจะเคลื่อนที่ช้าลงเรื่อย ๆ จนหยุดนิ่งในที่สุด ขนาดของแรงเสียดทานจะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับลักษณะของผิวสัมผัส และน้ำหนักของวัตถุที่กดลงบนอีกพื้นผิวหนึ่งเป็นหลัก หากน้ำหนักของวัตถุมาก แรงที่กดลงบนพื้นผิวอีกพื้นผิวหนึ่งก็จะมาก แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นก็จะมีมาก อีกทั้งหากวัตถุต้องเคลื่อนที่บนพื้นผิวขรุขระมาก ก็จะมีแรงเสียดทานเกิดขึ้นมากกว่าตอนเคลื่อนที่อยู่บนพื้นผิวที่ขรุขระน้อย
ประเภทของแรงเสียดทาน
แรงเสียดทานมี 2 ประเภท คือ
1. แรงเสียดทานสถิต (static friction) แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ ในสภาวะที่วัตถุได้รับแรงกระทำแล้วอยู่นิ่ง
2. แรงเสียดทานจลน์ (kinetic friction) แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ ในสภาวะที่วัตถุได้รับแรงกระทำแล้วเกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่
ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเสียดทาน
แรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ
1. แรงกดตั้งฉากกับผิวสัมผัส ถ้าแรงกดตัวฉากกับผิวสัมผัสมากจะเกิดแรงเสียดทานมาก ถ้าแรงกดตั้งฉากกับผิวสัมผัสน้อยจะเกิดแรงเสียดทานน้อย ดังรูป
รูป ก แรงเสียดทานน้อย รูป ข แรงเสียดทานมาก
ที่มา https://writer.dek-d.com/pimpola/story/viewlongc.php?id=906564&chapter=8
รูป ก แรงเสียดทานมาก รูป ข แรงเสียดทานน้อย
ที่มา https://writer.dek-d.com/pimpola/story/viewlongc.php?id=906564&chapter=8
การลดแรงเสียดทาน
สามารถทำได้หลายวิธีดังนี้
1. การใช้น้ำมันหล่อลื่นหรือจาระบี
2. การใช้ระบบลูกปืน
3. การใช้อุปกรณ์ต่างๆ เช่น ตลับลูกปืน
4. การออกแบบรูปร่างของยานพาหนะให้เพรียวลมทำให้ลดแรงเสียดทาน
ภาพที่ 1 แสดงรูปร่างของเรือที่เพียวลมเพื่อลดแรงเสียดทาน
ที่มา : http://www.manager.co.th/asp-bin/Image.aspx?ID=3492734
การเพิ่มแรงเสียดทาน
ในด้านความปลอดภัยของมนุษย์ เช่น
1.ยางรถยนต์มีดอกยางเป็นลวดลาย มีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มแรงเสียดทานระหว่างล้อกับถนน
2.การหยุดรถต้องเพิ่มแรงเสียดทานที่เบรก เพื่อหยุดหรือทำให้รถแล่นช้าลง
3.รองเท้าบริเวณพื้นต้องมีลวดลาย เพื่อเพิ่มแรงเสียดทานทำให้เวลาเดินไม่ลื่นหกล้มได้ง่าย ดังรูป
ภาพที่ 2 แสดงพื้นรองเท้าที่มีลวดลาย
ที่มา : http://upic.me/i/i6/282476_205903936123574_151144194932882_540098_5168784_n.jpg
ภาพที่ 3 แสดงการปูพื้นด้วยกระเบื้องยาง
ที่มา : http://www.skfloordesign.com/wp-content/uploads/2016/02/P_20160226_155122.jpg
สมบัติของแรงเสียดทาน มีดังนี้
แหล่งที่มา
แรงเสียดทาน. สืบค้นเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม 2560 . จาก
http://1.179.134.197/digitalschool/physics2_2_2/physics1/lesson3/more/item3_1.php
แรงเสียดทาน. สืบค้นเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม 2560 จาก
https://sukanyablog.wordpress.com/แรงเสียดทาน/
คู่มือสื่อการสอนวิชาฟิสิกส์ โดยความร่วมมือระหว่าง สานักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน และ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สืบค้นเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม 2560 . จาก http://www.phukhieo.ac.th/obec-media/2554/manual/%A4%D9%E8%C1%D7%CD%C7%D4%AA%D2%BF%D4%CA%D4%A1%CA%EC/%B5%CD%B9%B7%D5%E8%2067%20%B7%C4%C9%AE%D5%CD%D0%B5%CD%C1%A2%CD%A7%E2%BA%C3%EC%E1%C5%D0%A4%C7%D2%C1%E4%C1%E8%CA%C1%BA%D9%C3%B3%EC%A2%CD%A7%B7%C4%C9%AE%D5%A2%CD%A7%E2%BA%C3%EC%20(%CD.%B4%C3.%BA%D8%C3%D4%B9%B7%C3%EC%20%CD%D1%C8%C7%BE%D4%C0%BE).pdf
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) กระทรวงศึกษาธิการ เป็นหน่วยงานของรัฐที่ไม่แสวงหากำไร ได้จัดทำเว็บไซต์คลังความรู้ SciMath เพื่อส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์และเทคโนโลยีทุกระดับการศึกษา โดยเน้นการศึกษาขั้นพื้นฐานเป็นหลัก หากท่านพบว่ามีข้อมูลหรือเนื้อหาใด ๆ ที่ละเมิดทรัพย์สินทางปัญญาปรากฏอยู่ในเว็บไซต์ โปรดแจ้งให้ทราบเพื่อดำเนินการแก้ปัญหาดังกล่าวโดยเร็วที่สุด
The Institute for the Promotion of Teaching Science and Technology (IPST), Ministry of Education, a non-profit organization under the Thai government, developed SciMath as a website that provides educational resources in Science, Mathematics and Technology. IPST invites visitors to use its online resources for personal, educational and other non-commercial purpose. If there are any problems, please contact us immediately.
Copyright © 2018 SCIMATH :: คลังความรู้ SciMath. Terms and Conditions. Privacy. , All Rights Reserved.
อีเมล: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. (ให้บริการในวันและเวลาราชการเท่านั้น)