เรื่องที่สอบกลางเทอม

นิยามศัพท์ทางฟิสิกส์ เช่น  ปริมาณทางฟิสิกส์ และหน่วยในการวัดปริมาณ
การรวมเว็คเตอร์ เชิงเส้น และ เว็คเตอร์ที่ทำมุมกัน

การเคลื่อนที่เชิงเส้นหรือในแนวตรง
การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่
การเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่

สมการการเคลื่อนที่ในแนวตรง
1:    v = u + at

2:    s  = (u + v)/2 . t

3:     s = ut + 1/2a t^2

4:    v^2  =  u^2 + 2as

เมื่อ  v เป็น ความเร็วปลาย   u  เป็นความเร็วเริ่มต้น  a คือความเร่ง  และ t เป็นเวลาที่ใช้จากความเร็วต้นมาเป็นความเร็วปลาย

กฏการเคลื่อนที่ของนิวตัน
กฏข้อที่ 1 วัตถุที่นิ่ง หรือ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ก็จะนิ่งและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ต่อไป ตามเท่าที่ไม่มีแรงลัพธ์จากภายนอกมากระทำ
กฏข้อที่ 2 ของนี้วตั้น แรงที่กระทำต่อวัตถุเป็นปฏิภาคตรงกับความเร่งที่เกิดขึ้นและมวลของวัตถุ ขณะเดียวกัน ความเร่งเป็นปฏิภาคกลับกับมวลของวัตถุ   กล่าวคือ แรงเท่ากับผลคูณของมวล  F = ma
กฏข้อที่ 3 ทุกแรงกิริยาที่กระทำต่อวัตถุหนึ่งกระทำต่อวัตถุที่สอง แล้วจะมีแรงปฏิกิริยาจากวัตถุที่สองกระทำต่อวัตถุที่หนึ่งด้วยขนาดของแรงเท่ากันแต่ทิศทางตรงกันข้ามกัน

ตัวอย่าง 1 วัตถุหนึ่งมีมวล 20 kg วางนิ่งอยู่บนพื้นลื่น ต่อมามีแรงกระทำทำให้วัตถุมีความเร็ว 24 m/s ภายในเวลา 8 วินาที จงหาขนาดของแรงที่กระทำ

หลักคิด    แรงเป็นไปตามกฏข้อที่ 2 ของนิวตัน  รู้ค่ามวล แต่ยังไม่รู้ ความเร่ง  สามารถหาความเร่งจากสมการการเคลื่อนที่   v = u + at        ที่ไม่ทราบค่าคือ a  นำไปหาค่าแรงได้

ตัวอย่าง 2 วัตถุมวล 5 kg ตกจากดาษฟ้าตึกสูง 100 m อย่างอิสระ จงหาขนาดของแรงที่กระทำต่อวัตถุ

หลักคิด  ดูว่าวัตถุมีแรง ภายนอกใดมากระทำวัตถุบ้าง  มีเพียงอย่างเดียวคือแรงความโน้มถ่วง หรือแรงดึงดูดของโลก หรือแรงดึงดูดระหว่างมวล ที่ต่างก็ดึงดูดกันและกันเป็นแรงต่างร่วม ซึ่งได้แก่น้ำหนักของวัตถุนั่นเอง

ตัวอย่างที่ 3 วัตถุหนึ่งถูกแรง 200 N กระทำแล้วทำให้เกิดความเร่ง 10 m/s^2 ถ้าวัตถุก้อนนี้ถูกแรง 100 นิวตัน กระทำจะเกิดความเร่งเท่าใด

หลักคิด  โจทย์กำหนดแรงและความเร่งจึงหามวลของวัตถุได้ ตามกฏข้อที่ 2  เมื่อทราบค่ามวลก็สามารถหาความเร่ง เมื่อออกแรง 100 N ได้

ตัวอย่างที่ 4  ออกแรงผลักกล่องมวล 10 kg ตามแนวระดับเคลื่อนไถลไปตามพื้นราบกล่องเริ่งเคลื่อนที่ต้องใช้แรง 70 N หลังจากนั้นกล่องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่โดยใช้แรงผลักเพียง 40N
    ก. ให้หาแรงเสียดทานสถิตย์สูงสุด และสัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิตย์ระหว่างผิวกล่องกับพื้นราบ
    ข. แรงเสียดทานจลน์และสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ระหว่างผิวกล่องกับพื้น

หลักคิด  การผลักวัตถุที่วางบนพื้นที่มีความเสียดทานให้เริ่มเคลื่อนที่ได้เรียกว่าแรงเสียดทานสถิตย์  แต่เมื่อเคลื่อนที่แล้วจะมีความเสียดทานน้อยลงจึงใช้แรงน้อยลง   ทั้งแรงเสียดทานสถิตย์และแรงเสียดทานจลน์หาได้จากความสัมพันธ์     f  = ŋN    ŋคือสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน

การที่วัตถุเคลื่อนได้โดยใช้แรง 70 N แสดงว่า แรงเสียดทานเท่ากับ 70N พอดีเพราะเริ่มเคลื่อน  แต่พอเคลื่อนแล้วใช้แรงน้อยลงเป็น 40N เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ แสดงว่ามีแรงเสียดทานคงที่กระทำต่อวัตถุเช่นกัน นั่นคื่อแรงเสียดทานเท่ากับแรงที่ออกคือ 40 N     เมื่อรู้ค่าแรงเสียดทานก็นำไปคำนวนหา สัมประสิทธิ์ความเสียดทานได้

ตัวอย่างที่ 5  ลังใบหนึ่งมวล 120 kg ตำลงมาจากรถกระบะพ่อค้า ที่กำลังแล่นด้วยความเร็ว 20 m/s ถ้าลังใบนี้ไถลตามพื้นถนนไปได้ไกล 50 m จึงหยุด จงหาขนาดแรงต้านทานการเคลื่อนที่ของพื้นถนนที่กระทำต่อลัง

หลักคิด  เมื่อลังตกจากรถความเร็วเท่ากับรถคือ 20m/s  และเคลื่อนไปได้ 50 m แล้วหยุดนิ่ง คำนวนหาความเร่งได้จากสมการการเคลื่อนที่  v^2 = u^2 + 2as  แล้วหาแรงกระทำได้จากกฏข้อที่2 F =ma ซึ่งเป็นแรงต้านการเคลื่อนที่นั่นเอง

ตัวอย่างที่ 6  ออกแรง 500 N ทำมุม 30องศา กับแนวระดับ ถึงวัตถุมวล 40 kgซึ่งวางอยู่่บนพื้นมีสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน 0.4. ให้เคลื่อนที่ไปในแนวระดับจงหาความเร่งของวัตถุ

หลักคิด วัตถุเคลื่อนที่ในแนวระดับ เฉพาะแรงในแนวระดับมีผลต่อการเคลื่อนที่จึงต้องแตกแรง ให้อยู่ในแนวระดับและแนวตั้งฉาก  แรงในแนวดิ่งนำไปคำนวณหาแรงเสียดทาน  เมื่อทราบแรงเสียดทาน นำไปหักล้างกับแรงที่ออกให้วัตถุ แล้วคำนวณหาความเร่งได้ โดยใช้กฏข้อที่สอง
                           แรงลัพธ์ = ma