Download
หน่วยการเรียนรู้ที่ 5 แรงและการเคลื่อนที่
เมื่อเราเล่นฟุตบอล ยกของ หรือปั่นจักรยาน เราต้องออกแรงกระทำต่อวัตถุ หรือ สิ่งของนั้น ๆ จึงจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของวัตถุ แรงจึงหมายถึงอำนาจที่กระทำต่อวัตถุ หรือสิ่งของต่าง ๆ แล้วทำให้วัตถุ หรือสิ่งของที่อยู่นิ่งเกิดการเคลื่อนที่ได้ หรือทำให้วัตถุที่เคลื่อนที่อยู่หยุดนิ่งได้ หรือทำให้วัตถุเคลื่อนที่เร็วขึ้น หรือช้าลง หรือทำให้วัตถุเปลี่ยนรูปร่างไปจากเดิมได้ เช่น การออกแรงบีบดินน้ำมัน การปั้นดินเหนียว เป็นต้น
นักเรียนจะเห็นว่า ถ้าเราออกแรงเตะลูกฟุตบอลที่หยุดนิ่ง แรงจำทำให้ลูกฟุตบอลเกิดการเคลื่อนที่เปลี่ยนตำแหน่งไปจากเดิม
ถ้าเราออกแรงเตะลูกฟุตบอลไปในทิศเดียวกับที่ลูกฟุตบอลกำลังเคลื่อนที่ แรงจะทำให้ลูกฟุตบอลเคลื่อนที่เร็วขึ้น ดังรูป
แต่ถ้าเราออกแรงเตะลูกฟุตบอลในทิศทางตรงกันข้างกับการเคลื่อนที่ของลูกฟุตบอล แรงอาจจะทำให้ลูกฟุตบอลเคลื่อนที่ช้าลง หยุดนิ่ง หรือเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ไปจากเดิม ซึ่งจะขึ้นอยู่กับแรงที่กระทำต่อลูกฟุตบอล
ชนิดของแรง
แรงที่พบในชีวิตประจำวัน แบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ
1) แรงที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์
แรงที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์ หมายถึง แรงที่เกิดจากการเคลื่อนไหว ซึ่งอาจะเป็นแรงจากกล้ามเนื้อของเรา เช่น จากการยกของ ขว้างก้อนหิน แรงดึง แรงผลัก เป็นต้น หรือเป็นแรงที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้น เช่น แรงจากเครื่องกล ได้แก่ รถยนต์ หรือ เรือบิน รวมไปถึงแรงที่เกิดจากเครื่องผ่อนแรงทั้งหลาย เช่น ลูกรอก เป็นต้น
2) แรงที่เกิดจากธรรมชาติ
แรงที่เกิดจากธรรมชาติ เป็นแรงที่มนุษย์ไม่ได้กระทำขึ้น แต่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติ เช่น แรงลม แรงดันน้ำ แรงแม่เหล็ก แรงนิวเคลียร์ แรงโน้มถ่วง เป็นต้น
แรงโน้มถ่วงของโลก
วัตถุต่าง ๆ ที่ปล่อยจากที่สูงบนผิวโลก จะตกลงสู่พื้นโลกเสมอ เพราะโลกและวัตถุต่าง ๆ นั้น จะออกแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน นักวิทยาศาสตร์เรียกแรงดึงดูดที่โลกดึงดูดวัตถุนี้ว่า แรงโน้มถ่วงของโลก
เซอร์ไอแซค นิวตัน นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษมีชีวิตอยู่ในช่วย พ.ศ. 2186 ถึง พ.ศ. 2270 ได้สังเกตเห็นถึงผลของแรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุต่าง ๆ ในโลกแล้วได้อธิบายว่า “วัตถุทุกอย่างจะออกแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน เหมือนกับแรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุทุกอย่างในโลก”
แรงดึงดูดของโลกหรือแรงโน้มถ่วงของโลก ทำให้วัตถุสิ่งของต่าง ๆ ที่อยู่บนโลกมีน้ำหนัก ดังนั้น เมื่อเรายกสิ่งของต่าง ๆ จะรู้สึกว่า สิ่งของเหล่านั้นมีน้ำหนัก เราต้องออกแรงยกขึ้น ซึ่งจะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับสิ่งของเหล่านั้นมาน้ำหนักมากหรือน้อย ทั้งนี้ เพราะมีแรงดึงดูดระหว่างโลกกับสิ่งของเหล่านั้น
แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุต่าง ๆ จะมีขนาดเท่านั้น ไม่ว่าวัตถุนั้นจะเป็นอะไรก็ตาม แต่สาเหตุที่ทำให้วัตถุต่าง ๆ มีน้ำหนักไม่เท่ากันทั้ง ๆ ที่ถูกโลกดึงดูดด้วยแรงขนาดเท่ากัน ก็เพราะว่าวัตถุต่าง ๆ มีมวลต่างกันนั่นเอง
ดังนั้น นักเรียนจะเห็นว่า ในการเคลื่อนย้ายหรือยกสิ่งของขึ้น โต๊ะขนาดใหญ่หรือตู้เสื้อผ้า นักเรียนจะต้องออกแรงมาก เพราะวัตถุเหล่านี้มีมวลมาก ตรงข้ามกับไม้บรรทัด กระเป๋านักเรียน ใช้แรงน้อยมากในการเคลื่อนย้ายที่ หรือยกมัน เพราะมีมวลน้อย จึงมีน้ำหนักน้อยกว่ามวลและน้ำหนัก จึงมีความหมายแตกต่างกัน
มวลและน้ำหนัก
มวล หมายถึง ปริมาณของเนื้อสารที่มีอยู่ในวัตถุ ซึ่งจะมีค่าคงที่ตลอดเวลา ไม่ว่าวัตถุจะอยู่ที่ไหนก็ตาม วัตถุใดมีเนื้อสารมาก จะมีมวลมาก และวัตถุใดมีเนื้อสารน้อย จะมีมวลน้อย เราสามารถวัดมวลของวัตถุโดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า เครื่องชั่ง
น้ำหนัก คือ แรงดึงดูดของโลกที่ดึงให้วัตถุตงลงสู่พื้น น้ำหนักของวัตถุขึ้นกับแรงดึงดูดของโลกที่กระทำต่อวัตถุนั้น แรงดึงดูดของโลกจะแตกต่างกันไปตามแต่ละสถานที่
ถ้าเราชั่งน้ำหนักบนดวงจันทร์ จะพบว่า น้ำหนักของเราจะน้อยกว่าเมื่อชั่งบนโลก และในอวกาศ ตัวเราหรือวัตถุต่าง ๆ จะอยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก
เครื่องมือในการหาน้ำหนักของวัตถุ เรียกว่า เครื่องชั่งน้ำหนัก ซึ่งมีหลายแบบ แล้วแต่ความเหมาะสมของสิ่งของที่จะชั่ง เช่น เครื่องชั่งแบบสปริง ซึ่งแบ่งออกเป็น 3 แบบ คือ
น้ำหนักมีหน่วยเป็นนิวตัน แต่เครื่องชั่งน้ำหนักในชีวิตประจำวัน ใช้หลักการเปรียบเทียบกับน้ำหนักของมวลมาตรฐาน (1 กิโลกรัม) และกำหนดให้ค่าที่อ่านได้บนเครื่องชั่งเป็นกิโลกรัม
ประโยชน์ของแรงโน้มถ่วง
1) ช่วยดึงดูดวัตถุบนโลกไม่ให้หลุดลอยไปในอวกาศ
2) ช่วยผ่อนแรงเวลายกของลงจากที่สูง
3) ช่วยให้เกิดแรงน้ำ เนื่องจากทำให้น้ำไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำ
4) ทำให้วัตถุบนพื้นโลกทุกชนิดมีน้ำหนัก
5) ช่วยในการก่อสร้าง เช่น การใช้ลูกดิ่งหามุมฉาก
โทษของแรงโน้มถ่วง
1) ทำให้ร่างกายได้รับอันตรายจากการตกจากที่สูง
2) สิ่งของที่ตกจากที่สูงจะได้รับความเสียหาย เช่น แก้วแตก
3) ต้องออกแรงมากกว่าปกติเมื่อยกของขึ้นที่สูง หรือเดินขึ้นที่สูง
4) ต้องออกแรงมากเมื่อต้องการเคลื่อนย้ายวัตถุ
5) สิ้นเปลืองพลังงานมากเมื่อต้องการส่งจรวดออกไปนอกโลก
การต้านทานแรงโน้มถ่วง
วัตถุชนิดเดียวกัน ถ้ามีอากาศหรือสิ่งอื่นเป็นแรงต้าน วัตถุขนาดโตกว่ามีน้ำหนักเท่ากัน จะตกถึงพื้นช้ากว่าวัตถุขนาดเล็ก เช่น แผ่นกระดาษจะตกถึงพื้นช้ากว่ากระดาษที่ถูกขยำเป็นก้อน ที่เป็นเช่นนี้เพราะว่า แผ่นกระดาษมีพื้นผิวกว้าง แรงต้านทานของอากาศที่กระทำต่อกระดาษจึงมีมากกว่าทำให้ตกลงถึงพื้นช้า
แรงเสียดทาน
แรงเสียดทาน เป็นแรงที่ต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุโดยมีทิศทางไปทางตรงข้ามกับวัตถุที่เคลื่อนที่ไป แรงเสียดทานนี้จะปรากฏอยู่ที่ผิวของวัตถุที่จะเคลื่อนที่ ถ้านักเรียนสังเกตคนเล่นสเก็ตน้ำแข็งจะเห็นว่า เขาไถลไปบนน้ำแข็งได้รวดเร็ว ทั้งนี้เพราะมีแรงเสียดทานน้อย เนื่องจากผิวสัมผัสเป็นโลหะกับน้ำแข็ง ซึ่งต่างกับรองเท้ายางกับพื้นซีเมนต์ ที่ทำให้การไถลเกิดขึ้นได้ยาก เพราะมีแรงเสียดทานมากระหว่างผิวสัมผัสยางกับพื้นซีเมนต์
การย้ายโต๊ะ ตู้ ไปบนพื้นที่ลื่น สามารถทำได้ง่ายขึ้นเมื่อใช้ผ้าหนา ๆ มารองข้างล่าง แล้วดันไป ดังนั้นจึงมีการประดิษฐ์อุปกรณ์ที่ช่วยลดแรงเสียดทานที่เกิดขึ้น เพื่อลดการสัมผัสระหว่างวัตถุกับพื้นผิว เช่น การทำล้อเลื่อน และการใช้น้ำมันหล่อลื่น เป็นต้น
โดยสรุก วัตถุที่ไถลไปบนพื้นแล้วหยุดนิ่ง ก็เพราะมีแรงเสียดทานกระทำในทิศตรงข้ามกับทิศที่วัตถุเคลื่อนที่ ซึ่งเมื่อวัตถุหยุดแล้ว แรงเสียดทานก็จะหมดไปด้วย
** สรุปสาระสำคัญ
1) แรงเป็นอำนาจอย่างหนึ่งที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ หรือเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม เช่น ตำแหน่ง ความเร็ว ขนาด หรือรูปร่าง
2) แรงแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ แรงที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์ กับแรงที่เกิดจากธรรมชาติ
3) แรงที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์ เช่น แรงดึง แรงผลัก แรงจากเครื่องกล เป็นต้น
4) แรงที่เกิดจากธรรมชาติ เช่น แรงลม แรงดันน้ำ แรงแม่เหล็ก แรงนิวเคลียร์ แรงโน้มถ่วง เป็นต้น
5) แรงโน้มถ่วงของโลก หรือแรงดึงดูดของโลก คือ แรงดึงดูดที่โลกดึงดูดวัตถุทุกอย่างเข้าหาโลกเสมอ แรงโน้มถ่วงที่โลกกระทำต่อวัตถุใด ๆ มีค่าเท่ากัน การที่วัตถุแต่ละชนิดมีน้ำหนักไม่เท่ากัน ก็เนื่องมาจากมวลของวัตถุแต่ละชนิดนั่นเอง
6) มวลและน้ำหนักมีความหมายแตกต่างกัน ดังนี้
มวล หมายถึง ปริมาณของเนื้อสารที่มีอยู่ในวัตถุ ซึ่งจะมีค่าคงที่ตลอดเวลา ไม่ว่าวัตถุจะอยู่ที่ไหนก็ตาม
น้ำหนัก คือ แรงดึงดูดของโลกที่ดึงให้วัตถุตกลงสู่พื้น
7) น้ำหนักของวัตถุ ขึ้นกับแรงดึงดูดของโลกที่กระทำต่อวัตถุนั้น ซึ่งแรงดึงดูดของโลกจะแตกต่างกันไปตามแต่ละสถานที่
8) แรงโน้มถ่วงของโลกมีทั้งประโยชน์และโทษ
9) วัตถุชนิดเดียวกัน ถ้ามีอากาศหรือสิ่งอื่นเป็นแรงต้าน วัตถุขนาดโตกว่า มีน้ำหนักเท่ากัน จะตกถึงพื้นช้ากว่าวัตถุขนาดเล็ก เช่น แผ่นกระดาษจะตกถึงพื้นช้ากว่ากระดาษที่ถูกขยำเป็นก้อน
10) วัตถุที่ไถลไปบนพื้นแล้วหยุดนิ่ง ก็เพราะมีแรงเสียดทานกระทำในทิศตรงข้ามกับทิศที่วัตถุเคลื่อนที่
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น