แนวความคิดพื้นฐาน
ในนิยามเบื้องต้นของแรงอาจกล่าวได้ว่า แรงคือ สิ่งที่ก่อให้เกิด ความเร่งเมื่อกระทำเดี่ยวๆ ในความหมายเชิงปฏิบัติ แรงสามารถแบ่งได้เป็นสองกลุ่ม คือแรงปะทะ และแรงสนาม แรงปะทะจะต้องมีการปะทะทางกายภาพของสองวัตถุ เช่นค้อนตีตะปู หรือแรงที่เกิดจากก๊าซใต้ความกดดัน ก๊าซที่เกิดจากการระเบิดของดินปืนทำให้ลูกกระสุนปืนใหญ่พุ่งออกจากปืนใหญ่ ในทางกลับกัน แรงสนามไม่ต้องการการสัมผัสกันของสื่อกลางทางกายภาพแรงโน้มถ่วง และแม่เหล็กเป็น ตัวอย่างของแรงชนิดนี้ อย่างไรก็ตาม โดยพื้นฐานแล้วทุกแรงเป็นแรงสนาม แรงที่ค้อนตีตะปูในตัวอย่างก่อนหน้านี้ ที่จริงแล้วเป็นการปะทะกันของแรงไฟฟ้าจากทั้งค้อนและตะปู แต่ทว่าในบางกรณีก็เป็นการเหมาะสมที่เราจะแบ่งแรงเป็นสองชนิดแบบนี้เพื่อ ง่ายต่อความเข้าใจ
- วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เปลี่ยนแปลง เป็นการเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง เมื่อแรงลัพธ์มีค่าไม่เท่ากับศูนย์กระทำต่อวัตถุวัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งซึ่งมีทิศทางเดียวกับแรงลัพธ์
ในนิยามเบื้องต้นของแรงอาจกล่าวได้ว่า แรงคือ สิ่งที่ก่อให้เกิด ความเร่งเมื่อกระทำเดี่ยวๆ ในความหมายเชิงปฏิบัติ แรงสามารถแบ่งได้เป็นสองกลุ่ม คือแรงปะทะ และแรงสนาม แรงปะทะจะต้องมีการปะทะทางกายภาพของสองวัตถุ เช่นค้อนตีตะปู หรือแรงที่เกิดจากก๊าซใต้ความกดดัน ก๊าซที่เกิดจากการระเบิดของดินปืนทำให้ลูกกระสุนปืนใหญ่พุ่งออกจากปืนใหญ่ ในทางกลับกัน แรงสนามไม่ต้องการการสัมผัสกันของสื่อกลางทางกายภาพแรงโน้มถ่วง และแม่เหล็กเป็น ตัวอย่างของแรงชนิดนี้ อย่างไรก็ตาม โดยพื้นฐานแล้วทุกแรงเป็นแรงสนาม แรงที่ค้อนตีตะปูในตัวอย่างก่อนหน้านี้ ที่จริงแล้วเป็นการปะทะกันของแรงไฟฟ้าจากทั้งค้อนและตะปู แต่ทว่าในบางกรณีก็เป็นการเหมาะสมที่เราจะแบ่งแรงเป็นสองชนิดแบบนี้เพื่อ ง่ายต่อความเข้าใจ
นิยามเชิงปริมาณ
ในแบบจำลองทางฟิสิกส์ เราใช้ระบบเป็นจุด กล่าวคือเราแทนวัตถุด้วยจุดหนึ่งมิติที่ศูนย์กลางมวลของมัน การเปลี่ยนแปลงเพียงชนิดเดียวที่เกิดขึ้นได้กับวัตถุก็คือการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม (อัตราเร็ว) ของมัน ตั้งแต่มีการเสนอทฤษฎีอะตอมขึ้น ระบบทางฟิสิกส์ใดๆ จะถูกมองในวิชาฟิสิกส์ดั้งเดิมว่าประกอบขึ้นจากระบบเป็นจุดมากมายที่เรียกว่าอะตอมหรือโมเลกุล เพราะฉะนั้น แรงต่างๆ สามารถนิยามได้ว่าเป็นผลกระทบของมัน นั่นก็คือเป็นการเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ที่มันได้รับบนระบบเป็นจุด การเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่นั้นสามารถระบุจำนวนได้โดยความเร่ง (อนุพันธ์ของความเร็ว) การค้นพบของไอแซก นิวตันที่ว่าแรงจะทำให้เกิดความเร่งโดยแปรผกผันกับปริมาณที่เรียกว่ามวล ซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับอัตราเร็วของระบบ เรียกว่ากฎข้อที่สองของนิวตัน กฎนี้ทำให้เราสามารถทำนายผลกระทบของแรงต่อระบบเป็นจุดใดๆ ที่เราทราบมวล กฎนั้นมักจะเขียนดังนี้- F = dp/dt = d (m·v) /dt = m·a (ในกรณีที่ m ไม่ขึ้นกับ t)
- F คือแรง (ปริมาณเวกเตอร์)
- p คือโมเมนตัม
- t คือเวลา
- v คือความเร็ว
- m คือมวล และ
- a=d²x/dt² คือความเร่ง อนุพันธ์อันดับสองของเวกเตอร์ตำแหน่ง x เมื่อเทียบกับ t
- วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เปลี่ยนแปลง เป็นการเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง เมื่อแรงลัพธ์มีค่าไม่เท่ากับศูนย์กระทำต่อวัตถุวัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งซึ่งมีทิศทางเดียวกับแรงลัพธ์
-
ทุกแรงกิริยาจะมีแรงปฏิกิริยาโต้ตอบด้วยขนาดของแรงเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงข้าม
-
การนำความรู้เรื่องแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาไปใช้อธิบาย เช่น การชักเย่อ การจุดบั้งไฟ
- แรงพยุง
คือแรงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุมีค่าเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับส่วนที่จมของวัตถุ
- ของเหลวที่มีความหนาแน่นมากจะมีแรงพยุงมาก
-
วัตถุที่ลอยได้ในของเหลวจะมีความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของของเหลว
-
แรงเสียดทานสถิตเป็นแรงเสียดทานที่กระทำต่อวัตถุขณะหยุดนิ่ง ส่วนแรงเสียดทานจลน์เป็นแรงเสียดทานที่กระทำต่อวัตถุขณะเคลื่อนที่
-
การเพิ่มแรงเสียดทาน เช่น การออกแบบพื้นรองเท้าเพื่อกันลื่น
-
การลดแรงเสียดทาน เช่น
การใช้น้ำมันหล่อลื่นที่ จุดหมุน
-
เมื่อมีแรงที่กระทำต่อวัตถุ แล้วทำให้เกิดโมเมนต์ของแรงรอบจุดหมุน วัตถุจะเปลี่ยนสภาพการหมุน
-
การวิเคราะห์โมเมนต์ของแรงในสถานการณ์ต่าง ๆ
-
การเคลื่อนที่ของวัตถุมีทั้งการเคลื่อนที่ในแนวตรง เช่น
การตกแบบเสรี และการเคลื่อนที่ในแนวโค้ง เช่น
การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ของลูกบาสเกตบอลในอากาศ การเคลื่อนที่แบบวงกลมของวัตถุที่ผูกเชือกแล้วแกว่ง
เป็นต้น
-
การให้งานแก่วัตถุเป็นการถ่ายโอนพลังงานให้วัตถุ
พลังงานนี้เป็นพลังงานกลซึ่งประกอบด้วยพลังงานศักย์
และพลังงานจลน์
พลังงานจลน์เป็นพลังงานของวัตถุ
ขณะวัตถุเคลื่อนที่
ส่วนพลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุเป็นพลังงานของวัตถุที่อยู่สูงจากพื้นโลก
- กฎการอนุรักษ์พลังงานกล่าวว่า
พลังงานรวมของวัตถุไม่สูญหาย
แต่สามารถเปลี่ยนจากรูปหนึ่งไปเป็นอีกรูปหนึ่งได้
- การนำกฎการอนุรักษ์พลังงานไปใช้ประโยชน์ในการอธิบายปรากฏการณ์
เช่น พลังงานน้ำเหนือเขื่อนเปลี่ยนรูป
จากพลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นพลังงานจลน์, ปั้นจั่นตอกเสาเข็ม
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น