Home arrow บทความวิทยาศาสตร์ arrow กฏข้อที่ 2 ของนิวตัน
  
เมนูอื่นๆ
Home บทความวิทยาศาสตร์ เซ็นสมุดเยี่ยม
กฏข้อที่ 2 ของนิวตัน PDF พิมพ์
กฎข้อที่ 2 กฎแห่งความเร่ง 
ในตอนที่แล้วเรื่องกฎข้อที่ 1 กฎแห่งความเฉื่อย  แรงสมดุลกันไม่มีความเร่ง พอมาตอนนี้เราจะเล่าให้ฟังถึงกรณีที่แรงไม่สมดุล แรงรวมไม่เท่ากับ 0 นิวตัน ตัวอย่างเช่น การเตาะลูกบอล แรงรวมที่ให้ลูกบอลมีค่ามากกว่า 0 นิวตัน เป็นการให้แรงที่ทำให้ลูกบอลมีความเร่ง ความสำพันธ์ที่เป็นเหตุให้เกิดกฎแห่งความเร่งมี 2 หัวข้อดังนี
1.แรงเป็นสาเหตุที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง ยิ่งออกแรงมากขึ้นเท่าไรวัตถุยิ่งมีความเร่งมากขึ้นเท่านั้น สรุปเป็นความสำพันธ์ได้ว่าแรงแปลผันตรงกับความเร่ง


 เด็กน้อยเตะลูกบอลไม่แรงลูกบอลจึงเคลื่อนที่ด้วยความเร่งต่ำ


โรเบอโต้ คาร์ลอสออกแรงเต็มข้ออย่างนี้ลูกบอลมีความเร่งสูงมาก
(หลบให้ทันนะเขาเคยเตะบอลถูกหัวนักเตาะทีมอื่นสลบมาแล้ว!!)

2.มวลที่มากขึ้นเป็นสาเหตุให้ความเร่งลดลง รถบรรทุกที่วิ่งด้วยแรงเท่าเดิมแต่เพิ่มมวลขึ้นเรื่อยๆย่อมมีอัตราเร่งลดลง สรุปเป็นความสำพันธ์ได้ว่าความเร่งแปลผกผันกับมวล




จากความสำพันธ์ทั้ง 2 ข้างต้น 1.แรงเป็นสาเหตุที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง
2.มวลที่มากขึ้นเป็นสาเหตุให้ความเร่งลดลง
สรุปได้ว่าความเร่งแปรผันตรงกับแรง และแปลผกผันกับมวล

หรือย้ายข้างสมการเป็น 
แรงรวมที่กระทำกับวัตถุเท่ากับมวลคูณกับความเร่ง

มวลและน้ำหนัก


นักบินอวกาศอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักแต่มวลยังคงเท่าเดิม
ในชีวิตประจำวันเราเรียกน้ำหนักของสิ่งของว่ามีหน่วยเป็น kgกิโลกรัมซึ่งผิด ความจริงแล้วน้ำหนักในทางฟิสิกส์ต้องมีหน่วยเป็น นิวตัน ส่วนมวลมีหน่วยเป็น kg กิโลกรัม
มวลคือเนื้อสาร นักบินอวกาศไร้น้ำหนักเนื่องจากไม่มีแรงดึงดูดจากดวงดาวกระทำกับเขา เขาจึงไม่มีน้ำหนัก แต่มวลของเขาซึ่งก็คือร่างกายของเองยังเท่าเดิมเหมือนที่อยู่บนโลก
น้ำหนักคือแรงเนื่องจากความเร่งโน้มถ่วงกระทำกับมวลคนที่มีมวลมากน้ำหนักเยอะ และถ้าอยู่บนดาวที่มีแรงโน้มถ่วงมากน้ำหนักก็จะเยอะ เขียนเป็นสมการได้ดังนี้
W = mg
W คือน้ำหนักหน่วยเป็น นิวตัน
m คือมวลหน่วยเป็น kg กิโลกรัม
g คือความเร่งโน้มถ่วงหน่วยเป็น m/s2 เมตรต่อวินาทีกำลัง 2
เช่น คนมวล 65 kg อยู่บนโลกซึ่งมีความเร่งโน้มถ่วงประมาณ 9.8 m/s2 จะมีน้ำหนัก
W = mg
W = (65)(9.8) = 637 N
เมื่อคนที่มวล 65 kg ไปอยู่ที่ดวงจันทร์ซึ่งมีความเร่งโน้มถ่วง 1.6 m/s2 ดังนั้นเขาจะหนัก
W = mg
W = (65)(1.6) = 105.7 N
ดังนั้นน้ำหนักของคนที่อยู่บนดวงจันทร์จะลดลงจะเห็นได้ว่านักบินอวกาศที่อยู่บนดวงจันทร์แม้ว่าจะต้องสวมชุดที่หนักแต่ก็สามารถกระโดดบนดวงจันทร์ได้อย่างสบายเนื่องจากน้ำหนักลดลง
ยิ่งดาวดวงใดมีขนาดใหญ่ย่อมมีความเร่งโน้มถ่วงมาก น้ำหนักของเราก็จะยิ่งมากตามไปด้วย แต่ถ้าเป็นดาวดวงเล็กน้ำหนักเราจะน้อยลง คนที่มีน้ำหนัก 637 บนโลกแต่เมื่อไปเยือนที่ต่างๆในอวกาศ น้ำหนักจะเปลี่ยนไปดังนี้
อวกาศ

ไร้น้ำหนัก 0 N
ดวงจันทร์ 
ลดลงเหลือ 105.7 N
ดาวพฤหัสบดี 
เพิ่มเป็น 1,505.8 N
ดวงอาทิตย์ 
เพิ่มเป็น 17,224.8 N

การเคลื่อนที่อย่างเสรีในแนวดิ่ง ด้วยอัตราเร่ง g

การเคลื่อนที่อย่างเสรีในแนวดิ่งเป็นการเคลื่อนที่ภายใต้แรงดึงดูดของโลกเพียงอย่างเดียว โดยไม่มีเครื่องช่วยพยุง หรือผลักดันเหมือนจรวด ไม่คิดแรงต้านอากาศ การเคลื่อนที่แบบนี้จะมีความเร่งคงที่ คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก g = 9.8 m/s2 หรือบางทีเพื่อความสะดวกใช้ค่า g = 10 m/s2

สมการที่ใช้ในการคำนวณเหมือนกับการเคลื่อนที่ในแนวราบ แต่ต้องใช้ความเร่งเป็นค่าคงที่ เสมอ
นิวตันเป็นคนแรกที่ศึกษาแรงโน้มถ่วงจนเข้าใจ เขาใช้หลักการทางคณิตศาสตร์ที่เขาสร้างขึ้นมาเองคือวิชาแคลลูลัส มารวมกับข้อมูลทางดาราศาสตร์สร้างเป็นกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน และกฎของแรงโน้มถ่วง เขาเป็นคนแรกที่ทำให้เราเข้าใจการเคลื่อนที่ของวัตถุในชีวิตประจำวัน รวมถึงวัตถุขนาดใหญ่อย่างดวงดาวต่างๆว่าเคลื่อนที่อย่างไรสามารถทำนายการโคจรของดวงดาวได้ จนมนุษย์โลกสามารถคำนวณการเดินทาง และลงไปลงเหยียบบนดวงจันทร์ได้สำเร็จ ด้วยความสามารถนี้เองนิวตันจึงได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์เอกของโลก

ต้นแอปเปิลต้นนี้เป็นต้นที่นิวตันสังเกตการณ์ตกของผลแอปเปิลเปรียบ เทียบกับการเคลื่อนที่ของดวงจันทร์รอบโลกว่าเนื่องมาจากแรงชนิดเดียวกัน นั่นก็คือแรงโน้มถ่วงนั่นเอง วัตถุใดยิ่งมีมวลมากยิ่งมีแรงโน้มถ่วงมาก และเมื่อวัตถุอยู่ห่างกันมากแรงโน้มถ่วงจะน้อยลง (ห้องชั้น 1หน้าต่างเล็กเป็นห้องของนิวตัน)




การทดลองหาค่าความเร่งโน้มถ่วง



ช่วง
ระยกระจัด
1
3 cm
2
14 cm
3
22 cm
4
32 cm


ภาพถ่ายจากกล้องความเร็วสูงจับภาพการตกอย่างอิสระของวัตถุ ลองสังเกตดูครับว่าแต่ละช่วงเคลื่อนที่ได้กี่ cm ถ้าแต่ละขีดเท่ากับ 10 cm แต่ละช่วงใช้เวลาเดินทาง 1/10 s
จากตารางจะเห็นได้ว่ายิ่งตกจากที่สูงมากยิ่งมีอัตราเร็วสูงมาก ถ้าเราโดดจากหลังคาบ้านก็อาจรอดตายได้  แต่ถ้าโดดลงมาจากตึกใบหยกจะรอดไหมนะ?
จากตารางข้างต้นเรามาวิเคราะห์ต่อครับ โดยใช้สมการ


และข้อมูลจากการทดลองเราจะหาค่าความเร่งโน้มถ่วงกันว่าจะได้เท่ากับ



จริงไหม


ช่วงที่
ระยะแต่
ละช่วง(cm)
เวลาแต่
ละช่วง (s)
ความเร็วแต่
ละช่วง(cm/s)
เวลาที่ผ่านไป
(s)
1
3
1/10
30
1/10
2
14
1/10
140
2/10
3
22
1/10
220
3/10
4
32
1/10
320
4/10

แล้วหาความชันของกราฟ ซึ่งก็คือความเร่งโน้มถ่วงนั่นเองการคำนวณให้เธอทำเองนะครับ ครูเตรียมกราฟไว้ให้แล้วข่างล่างลุยเลยครับ อย่าลืมหาค่าความคลาดเคลื่อนด้วยหละ 



วัตถุตกอย่างอิสระตกถึงพื้นพร้อมกัน
เหตุไดการตกอย่างอิสระไม่คิดแรงต้านอากาศทำให้วัตถุที่มีน้ำหนักต่างกันตกถึงพื้นพร้อมกัน ถ้าไม่ก็ลองโยนของที่ไม่เบาเกินไป(เพื่อไม่ให้แรงต้านจากอากาศมีผลกับการทดลอง) สองชิ้นจากระดับเดียวกันปล่อยพร้อมกันจะตกถึงพื้นพร้อมกัน นักบินอวกาศนาซ่าในโครงการอะพอลโล่ 15 ซึ่งทำการทดลองบนดวงจันทร์อยู่บนดวงจันทร์ เคยลองปล่อยขนนกและค้อนจากระดับเดียวกันปรากฏว่า ตกถึงพื้นพร้อมกัน ในกรณีนี้ไม่มีอิทธิพลจากแรงต้านอากาศเนื่องจากในอวกาศไม่มีอากาศนั่นเอง
บนโลก

ภาพการตกของวัตถุสองอันที่มีน้ำหนักต่างกันแต่ตกถึงพื้นพร้อมกัน
(แรงต้านจากอากาศมีผลกับการทดลองน้อยมากจนตัดออกได้)

วีดีโอ

http://www.youtube.com/watch?v=1vbxC8EuQG4&feature=youtu.be

นักบินอวกาศโครงการอะพอลโล่ 15 ทดลองการตกอย่างอิสระ ของค้อนและขนนกที่ระดับเดียวกันผลคือตกถึงพื้นพร้อมกัน


ตามกฎข้อที่ 2 กฎแห่งความเร่ง  นำมาพิจารณาการตกอย่างอิสระด้วยความเร่ง g ดังนั้น สมการจึงเปลี่ยนไปเป็น 
จากภาพจะเห็นว่าก้อนอิฐ 1 ก้อนมวล ตกด้วยความเร่ง เมื่อผูกเข้ากับอิฐอีกก้อนมวลเพิ่มขึ้นเป็น m ในขณะเดียวกัน แรงก็เพิ่มขึ้นเป็น F เช่นกันเมื่อหารด้วยวัตถุ m ก็เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง เช่นเดิม เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่งเท่ากัน ปล่อยจากตำแหน่งเดียวกันวัตถุจึง ตกถึงพื้นพร้อมกัน

Views: 9596

ความคิดเห็นแรก

Only registered users can write comments.
Please login or register.

Powered by AkoComment Tweaked Special Edition v.1.4.6
AkoComment © Copyright 2004 by Arthur Konze - www.mamboportal.com
All right reserved

< ก่อนหน้า   ถัดไป >
ขณะนี้มี 106 บุคคลทั่วไป ออนไลน์
สถิติผู้เยี่ยมชม
ผู้เยี่ยมชม: 5883918  คน
หนังสืออิเล็กทรอนิกส์
ฟิสิกส์ 1 (ภาคกลศาสตร์)
ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)
ฟิสิกส์ 2
กลศาสตร์เวกเตอร์
โลหะวิทยาฟิสิกส์
เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1
ฟิสิกส์ 2 (บรรยาย)
ฟิสิกส์พิศวง
สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
ทดสอบออนไลน์
วีดีโอการเรียนการสอน
แผ่นใสการเรียนการสอน
เอกสารการสอน PDF
หน้าแรกในอดีต

ทั่วไป
การทดลองเสมือน
บทความพิเศษ
ตารางธาตุ(ไทย1)
พจนานุกรมฟิสิกส์
ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์
ธรรมชาติมหัศจรรย์
สูตรพื้นฐานฟิสิกส์
การทดลองมหัศจรรย์
กิจกรรมการทดลองทางวิทยาศาสตร์

บททดสอบ
แบบฝึกหัดกลาง
แบบฝึกหัดโลหะวิทยา
แบบทดสอบ
ความรู้รอบตัวทั่วไป
อะไรเอ่ย ?
ทดสอบ(เกมเศรษฐี)
คดีปริศนา
ข้อสอบเอนทรานซ์
เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์
แบบฝึกหัดออนไลน์

สรรหามาฝาก
คำศัพท์ประจำสัปดาห์
ความรู้รอบตัว
การประดิษฐ์แของโลก
ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์เทศ
นักวิทยาศาสตร์ไทย
ดาราศาสตร์พิศวง
สุดยอดสิ่งประดิษฐ์
การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ

การเรียนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
การวัด
เวกเตอร์
การเคลื่อนที่แบบหนึ่งมิติ
การเคลื่อนที่บนระนาบ
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
การประยุกต์กฎของนิวตัน
งานและพลังงาน
การดลและโมเมนตัม
การหมุน
สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง
การเคลื่อนที่แบบคาบ
ความยืดหยุ่น
กลศาสตร์ของไหล
กลไกการถ่ายโอนความร้อน
เทอร์โมไดนามิก
คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร
คลื่น
การสั่น และคลื่นเสียง
ไฟฟ้าสถิต
สนามไฟฟ้า
ความกว้างของสายฟ้า
ตัวเก็บประจุ
ศักย์ไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้า
สนามแม่เหล็ก
การเหนี่ยวนำ
ไฟฟ้ากระแสสลับ
ทรานซิสเตอร์
สนามแม่เหล็กไฟฟ้า
แสงและการมองเห็น
ทฤษฎีสัมพัทธภาพ
กลศาสตร์ควอนตัม
โครงสร้างของอะตอม
นิวเคลียร์

สมัครสมาชิก
เพื่อรับเอกสารเพิ่ม!