แรงและการเคลื่อนที่ของแรง

แรงและการเคลื่อนที่ของแรง

          แรง หมายถึง อำนาจภายนอกที่สามารถทำให้วัตถุเปลี่ยนสถานะได้ เช่น ทำให้วัตถุที่อยู่นิ่งเคลื่อนที่ไป ทำให้วัตถุที่เคลื่อนที่อยู่แล้วเคลื่อนที่เร็วหรือช้าลง ทำให้วัตถุมีการเปลี่ยนทิศตลอดจนทำให้วัตถุมีการเปลี่ยนขนาดหรือรูปทรงไปจากเดิมได้ แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่มีทั้งขนาดและทิศทาง การรวมหรือหักล้างกันของแรงจึงต้องเป็นไปตามแบบเวกเตอร์

ประเภทของแรง แรงมีหลายประเภท ได้แก่ แรงย่อย แรงลัพธ์ แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา แรงขนาน แรงคู่ควบ แรงตึง แรงสู่ศูนย์กลาง แรงต้าน แรงเสียดทาน

แรงเสียดทาน หมายถึงแรงที่เกิดจากการเสียดสีระหว่างผิววัตถุที่มีการเคลื่อนที่หรือพยายามที่จะเคลื่อนที่ แรงเสียดทานเป็นแรงต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ มีทิศทางตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่เสมอ แรงเสียดทานมี 2 ชนิด คือ

1. แรงเสียดทานสถิต คือ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นขณะวัตถุเริ่มเคลื่อนที่

2. แรงเสียดทานจลน์ คือ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นขณะที่วัตถุเคลื่อนที่

ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเสียดทาน

1. น้ำหนักของวัตถุ คือวัตถุที่มีน้ำหนักกดทับลงบนพื้น ผิวมากจะมีแรงเสียดทานมากกว่าวัตถุที่

มีน้ำหนักกดทับลงบนพื้นผิวน้อย

2. พื้นผิวสัมผัส ผิวสัมผัสที่เรียบจะเกิดแรงเสียดทานน้อยกว่าผิวสัมผัสที่ขรุขระ

ประโยชน์ของแรงเสียดทาน

1. ป้องกันการเกิดอุบัติเหตุทางรถยนต์

2. ป้องกันการหกล้มจากรองเท้า

โทษของแรงเสียดทาน

ถ้าล้อรถยนต์กับพื้นถนนมีแรงเสียดทานมากรถยนต์จะแล่นช้า ต้องใช้น้ำมันเชื้อเพลิงมากขึ้นเพื่อให้รถยนต์มีพลังงานมากพอที่จะเอาชนะแรงเสียดทาน

การเคลื่อนตู้ขนาดใหญ่ ถ้าใช้วิธีผลักตู้ปรากฏว่าตู้เคลื่อนที่ยากเพราะเกิดแรงเสียดทานจะต้องออกแรงผลักมากขึ้นหรือลดแรงเสียดทาน โดยใช้ผ้ารองขาตู้ที่ด้วยความเร็วคงที่

แรงดึงดูดของโลก หรือแรงดึงดูดโน้มถ่วง (Gravitational force) ของโลก เป็นพลังงานที่เกิดจากมวลสาร ซึ่งประกอบขึ้นมาเป็นโลก เป็นแรงที่จะเกิดขึ้นเสมอกับสสารทุกชนิด ไม่ว่าจะเล็กจิ๋วถึงระดับอะตอม หรือใหญ่ระดับโลก ระดับกาแล็กซี่ นั้นคือ สสารทุกชนิดหรือมวลสารทุกชนิดจะมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกันเสมอดังเช่นแรงดึงดูดของโลกที่กระทำต่อมนุษย์บนโลก

แรงลอยตัว คือแรงลัพธ์ที่ของไหลกระทำต่อผิวของวัตถุที่จมบางส่วนหรือจมทั้งชิ้นวัตถุ ซึ่งเป็นแรงปฏิกิริยาโต้ตอบในทิศทางขึ้นเพื่อให้เกิดความสมดุลกับการที่วัตถุมีน้ำหนักพยายามจมลงอันเนื่องมาจากแรงโน้มถ่วงของโลก ขนาดของแรงลอยตัวมีค่าเท่ากับน้ำหนักของของไหลที่มีปริมาตรเท่ากับวัตถุส่วนที่จม ซึ่งสามารถพิสูจน์ได้โดยพิจารณาวัตถุที่จมในของไหล

แรงลอยตัวจะเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่

ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับแรงลอยตัว ได้แก่

1. ชนิดของวัตถุ วัตถุจะมีความหนาแน่นแตกต่างกันออกไปยิ่ง วัตถุมีความหนาแน่นมาก ก็ยิ่ง

จมลงไปในของเหลวมากยิ่ง ขึ้น

2. ชนิดของของเหลว ยิ่งของเหลวมีความหนาแน่นมาก ก็จะทำให้แรงลอยตัวมีขนาดมากขึ้นด้วย

3. ขนาดของวัตถุ จะส่งผลต่อปริมาตรที่จมลงไปในของเหลว เมื่อปริมาตรที่จมลงไปในของเหลวมาก ก็จะทำให้แรงลอยตัวมีขนาดมากขึ้นอีกด้วย

ประโยชน์ของแรงลอยตัว

ใช้ในการประกอบเรือไม่ให้จมน้ำ

แรงดึงดูดของโลก ความหมาย ประโยชน์ และโทษของแรงดึงดูดของโลก

แรงที่กระทำต่อวัตถุ (Force of Gravitation) หมายถึงแรงดึงดูดระหว่างมวลของโลกกับวัตถุบนโลกช่วยทำให้ทุกสิ่งต้องตรึงตัวติดอยู่กับผิวโลก โดยมีจุดศูนย์ถ่วงตั้งฉากกับผิวโลกอยู่เสมอ

การค้นพบกฎแรงดึงดูดของโลก (Law of Gravitation)

นิวตันได้ค้นพบทฤษฎีโดยบังเอิญ เหตุการณ์เกิดขึ้นในวันหนึ่งขณะที่นิวตันกำลังนั่งดูดวงจันทร์ แล้วก็เกิดความสงสัยว่าทำไมดวงจันทร์จึงต้องหมุนรอบโลก ในระหว่างที่เขากำลังนั่งมองดวงจันทร์อยู่เพลิน ๆ ก็ได้ยินเสียงแอปเปิ้ลตกลงพื้น เมื่อนิวตันเห็นเช่นนั้นก็ให้ เกิดความสงสัยว่าทำไมวัตถุต่าง ๆ จึงต้องตกลงสู่พื้นดินเสมอทำไมไม่ลอยขึ้นฟ้าบ้าง ซึ่งนิวตันคิดว่าต้องมีแรงอะไรสักอย่างที่ทำให้แอปเปิ้ลตกลงพิ้นดิน จากความสงสัยข้อนี้เอง นิวตันจึงเริ่มการทดลองเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงของโลก การทดลองครั้งแรกของนิวตัน คือ การนำก้อนหินมาผูกเชือก จากนั้นก็แกว่งไปรอบ ๆ ตัว นิวตัน สรุปจากการทดลองครั้งนี้ว่าเชือกเป็นตัวการสำคัญที่ทำให้ก้อนหินแกว่งไปมารอบ ๆ ไม่หลุดลอยไป ดังนั้น สาเหตุที่ โลก ดาวเคราะห์ต้องหมุนรอบดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ต้องหมุนรอบโลก ต้องเกิดจากแรงดึงดูดที่ดวงอาทิตย์ที่มีต่อโลก และดาวเคราะห์ และแรงดึงดูดของโลกที่ส่งผลต่อดวงจันทร์ รวมถึงสาเหตุที่แอปเปิ้ลตกลงพื้นดินด้วยก็เกิดจากแรงดึงดูดของโลก

เมื่อแรงถูกกระทำกับวัตถุหนึ่ง วัตถุนั้นสามารถได้รับผลกระทบ 3 ประเภทดังนี้

1. วัตถุที่อยู่นิ่งอาจเริ่มเคลื่อนที่

2. ความเร็วของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่อยู่เปลี่ยนแปลงไป

3. ทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุอาจเปลี่ยนแปลงไป

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน มีด้วยกัน 3 ข้อ

1. วัตถุจะหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วและทิศทางคงที่ได้ต่อเนื่องเมื่อผลรวมของแรง(แรงลัพธ)์ ที่กระทำต่อวัตถุเท่ากับศูนย์

2. เมื่อมีแรงลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์มากระทำต่อวัตถุ จะทำให้วัตถุที่มีมวลเกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง โดยขนาดของแรงจะเท่ากับมวลคูณความเร่ง

3. ทุกแรงกิริยาย่อมมีแรงปฏิกิริยาที่มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงกันข้ามเสมอแรงโน้มถ่วงของโลกมีประโยชน์มากมายมหาศาล เพียงแค่คิดว่าหากโลกนี้ไม่มีแรงโน้มถ่วงอีกแล้วจะเกิดอะไรขึ้น แทบจะกล่าวได้ว่า สิ่งต่าง ๆ ทั้งหลายแม้แต่โลกเองต้องสูญสลายทั้งหมด มนุษย์ใช้

ประโยชน์มากมายจากแรงโน้มถ่วงของโลก ทั้งประโยชน์โดยตรง และประโยชน์โดยอ้อม เช่น

1. แรงโน้มถ่วงของโลกทำให้วัตถุต่าง ๆ บนพื้นโลกไม่หลุดลอยออกไปจากโลก โดยเฉพาะ

บรรยากาศที่ห่อหุ้มโลกไม่ให้ลอยไปในอวกาศ จึงทำให้มนุษย์ดำรงชีวิตอยู่ได้

2. แรงโน้มถ่วงของโลกทำให้น้ำฝนตกลงสู่พื้นดิน ให้ความชุ่มชื้นแก่สิ่งมีชีวิตบนพื้นโลก

3. แรงโน้มถ่วงของโลกทำให้น้ำไหลลงจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำทำให้เกิดน้ำตก น้ำในแม่น้ำไหลลงทะเล คนเราก็อาศัยประโยชน์จากการไหลของน้ำอย่างมากมาย เช่น การสร้างเขื่อนแปลงพลังงานน้ำมาเป็นพลังงานไฟฟ้า เป็นต้น

4. แรงโน้มถ่วงของโลกทำให้เราทราบน้ำหนักของสิ่งต่าง ๆ

5. แรงโน้มถ่วงของโลกทำให้ผ้าแห้งเร็วขึ้น ในขณะที่เราตากผ้า นอกจากแสงแดดจะช่วยให้น้ำระเหยออกไปจากผ้าแล้ว แรงโน้มถ่วงยังช่วยดึงหยดน้ำออกจากผ้าให้ตกลงพื้นอีกด้วย