แรงในชีวิตประจำวัน

ลักษณะของการเคลื่อนที่ แบ่งเป็น 4 ลักษณะ คือ 1. การเคลื่อนที่เป็นแนวเส้นตรง แบบนี้เป็นพื้นฐานของการเคลื่อนที่ เพราะมี ทิศทางเดียวแต่อาจจะไป - กลับ รูปแบบการ เคลื่อนที่อาจจะแตกต่างกันออกไป ตัวอย่างเช่น - การเคลื่อนที่ของรถไฟบนราง - การเคลื่อนที่ของรถบนถนนที่เป็นแนวเส้นตรง - การเคลื่อนที่ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก

2. การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีแนวเส้นทาง การเคลื่อนที่เป็นรูปโค้งพาราโบลา เนื่องจากวัตถุเคลื่อนที่เข้าไปในบริเวณที่มี แรงกระทำต่อวัตถุไม่อยู่ในแนวเดียวกับทิศ ของการเคลื่อนที่

3. การเคลื่อนที่แบบสู่ศูนย์กลาง คือ การเคลื่อนที่ของวัตถุรอบจุด ๆหนึ่ง โดยมีรัศมีคงที่ ทิศทางและความเร็วของการเคลื่อนที่ จะเปลี่ยนแปลง ตลอดเวลาทิศของแรงจะตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ แรงที่กระทำต่อวัตถุจะมีทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลาง เรียกว่า “แรงสู่ศูนย์กลาง”ขณะเดียวกันจะมีแรงต้านที่ไม่ให้วัตถุ เข้าสู่ศูนย์กลาง เรียกว่า “แรงหนีศูนย์กลาง” แรงหนี ศูนย์กลางจะเท่ากับแรงสู่ศูนย์กลาง วัตถุจึงจะเคลื่อนที่ เป็นวงกลมได้

4. การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย มีลักษณะพิเศษ คือ วัตถุจะ เคลื่อนที่กลับไปกลับมาเรียกว่า แกว่งหรือสั่น การเคลื่อนที่แบบ นี้ จะเคลื่อนที่อยู่ในช่วงสั้น ๆ มี ขอบเขตจำกัด เรียกว่า แอมพลิ จูด (Amplitude) โดยนับจาก ตำแหน่งสมดุล ซึ่งอยู่ตรงจุดกลาง วัดไปทางซ้ายหรือขวาเช่น การ แกว่ง ของชิงช้า ยานไวกิงในสวนสนุก

แรงเสียดทาน(friction) μ ต้องมีค่าอยู่ระหว่าง 0-1 แรงเสียดทาน หมายถึง  แรงที่ต่อต้านการเคลื่อนทีของวัตถุโดยเกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุกับผิวของพื้น แรงเสียดทานมีทิศตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ f=μN μ ต้องมีค่าอยู่ระหว่าง 0-1

ลักษณะของแรงเสียดทาน มีทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ - ถ้าผิวสัมผัสของวัตถุ 2 ชนิด เรียบ จะเกิดแรงเสียดทานน้อย วัตถุเคลื่อนที่ได้มาก - ถ้าผิวสัมผัสของวัตถุ 2 ชนิด ไม่เรียบ จะเกิดแรงเสียดทานมาก วัตถุเคลื่อนที่ได้น้อย

ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเสียดทาน 1.  น้ำหนักหรือแรงกดของวัตถุที่กดลงบนพื้น  ถ้าน้ำหนักหรือแรงกดวัตถุมาก จะเกิดแรงเสียดทานมาก ถ้าน้ำหนักหรือแรงกดของวัตถุน้อยจะเกิดแรงเสียดทานน้อย

 2.  ลักษณะของพื้นผิวสัมผัส ถ้าพื้นผิวเรียบ เช่น กระเบื้อง กระจก พลาสติกจะเกิดแรงเสียดทานน้อย เนื่องจากพื้นผิวเรียบ มีการเสียดสีระหว่างกันน้อย

ประเภทของแรงเสียดทาน 1.แรงเสียดทานสถิต (Static  Friction) คือ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุยังไม่เคลื่อนที่(อยู่นิ่ง)จนกระทั่งวัตถุเริ่มเคลื่อนที่ เช่น ออกแรงผลักรถแล้วรถยังอยู่นิ่ง เป็นต้น   แรงและการเคลื่อนที่

2.แรงเสียดทานจลน์ (kinetic friction) เป็นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุกำลังเคลื่อนที่ จะมีค่าคงที่เสมอ   แรงและการเคลื่อนที่

การนำแรงเสียดทานไปใช้ประโยชน์ 1.  ทำให้วัตถุหยุดนิ่งไม่เคลื่อนที่ เช่น ช่วยหยุดรถยนต์ที่กำลังเคลื่อนที่ ยางรถที่มีดอกยางช่วยให้รถเกาะถนนได้ดี เป็นต้น  2.  การสร้างพื้นถนนต้องทำให้พื้นถนนเกิดแรงเสียดทานพอสมควร รถจึงจะเคลื่อนที่บนถนนโดยที่ล้อรถไม่หมุนอยู่กับที่ได้ 3.  ช่วยในการหยิบจับสิ่งของโดยไม่ลื่นไหลไปมา 4.  ช่วยในการเดินไม่ให้ลื่นไหล

แรงพยุงหรือแรงลอยตัว... คือ แรงพยุงของของเหลวและแก๊สที่กระทำต่อวัตถุที่อยู่ในของเหลวและแก๊สนั้น ทำให้วัตถุลอยอยู่ได้ ในชีวิต ประจำวันจะพบว่าวัตถุบางชนิดลอยอยู่ในน้ำได้ เพราะแรงลอยตัวที่กระทำต่อวัตถุนั้นมีค่าเพียงพอที่จะต้านน้ำหนักของวัตถุ ที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงของโลกได้ วัตถุบางชนิดที่จมในน้ำแสดงว่า แรงลอยตัวที่กระทำต่อวัตถุนั้นมีค่าน้อยกว่าน้ำหนักของวัตถุ

ลักษณะของแรงพยุงตัวของของเหลว น้ำหนักของวัตถุชนิดต่างๆ เกิดจากแรงโน้มถ่วงของโลก ซึ่งมีทิศทางลงสู่พื้นโลก แต่ถ้าวัตถุตกลงในน้ำ น้ำหนักของวัตถุจะลดลง เพราะมีแรงของน้ำพยุงวัตถุในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วงของโลก เรียกว่า แรงพยุง ของของเหลว ซึ่งเป็นแรงของของเหลวที่พยุงวัตถุในทิศทางตรงกันข้ามกับน้ำหนักของวัตถุ

อาร์คิมีดิส นักคิดชาวกรีกเป็นผู้ค้นพบแรงลอยตัว และ ให้หลักการเกี่ยวกับการจมและการลอยของวัตถุเรียกว่า “ หลักของอาร์คิมีดิส " คือ แรงลอยตัวที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ด้วยปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมในของเหลวนั้น

ค่าของแรง ที่อ่านได้เมื่อชั่งวัตถุในของเหลว จะมีค่าน้อยกว่าเมื่อชั่งวัตถุในอากาศ เพราะว่าของเหลวมีแรงลอยตัวช่วยพยุงวัตถุไว้

ปัจจัยที่มีผลต่อการลอยและการจมของวัตถุ 1.ความหนาแน่นของวัตถุวัตถุแต่ละชนิดมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน 1.1 ถ้าวัตถุมีความหนาแน่นน้อยกว่าของเหลววัตถุจะลอยในของเหลว 1.2 ถ้าวัตถุมีความหนาแน่นเท่ากันกับของเหลววัตถุจะลอยปริ่มในของเหลว 1.3 ถ้าวัตถุมีความหนาแน่นมากกว่าของเหลววัตถุจะจมในของเหลว

2. ความหนาแน่นของของเหลว 2.  ความหนาแน่นของของเหลว ของเหลวที่มีความหนาแน่นมากจะมีแรงลอยตัวมาก ทำให้พยุงวัตถุให้ลอยขึ้นได้มากกว่าของเหลวที่มีความหนาแน่นน้อย เช่น น้ำเกลือมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำเปล่า เมื่อนำไข่ไก่ไปใส่ในน้ำเกลือเปรียบเทียบกับน้ำเปล่า ไข่ไก่ลอยในน้ำเกลือ แต่จมลงในน้ำเปล่า น้ำเปล่า + ไ ข่ น้ำเกลือ + ไ ข่

ประโยชน์ของแรงพยุงของของเหลว นักวิทยาศาสตร์นำความรู้เรื่องแรงพยุงหรือแรงลอยตัวไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ เช่น การประดิษฐ์เสื้อชูชีพ เรือ แพยาง เป็นต้น

ตัวอย่างการคำนวณ

แรงดันอากาศ... ความดัน คือ ขนาดของแรงที่กระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่ของวัตถุ อากาศ เป็นสิ่งที่มีตัวตน มีน้ำหนัก ต้องการที่อยู่และสัมผัสได้ น้ำหนักของอากาศมีแรงกดหรือแรงดัน อนุภาคของอากาศเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระและตลอดเวลา ทุกทิศทาง โดยจะเคลื่อนที่ชนกันเองและชนกับวัตถุต่าง ๆ ที่ล้อมรอบ ทำให้เกิดแรงดันรอบทิศทาง

- แรงดันอากาศ หมายถึง แรงที่อากาศกดลงบนผิวของวัตถุในทุกทิศทาง เช่น ถ้าเป่าลูกโป่ง อากาศที่เข้าด้านในจะดันลูกโป่งให้พองออกและมีขนาดใหญ่ขึ้นขณะเดียวกัน อากาศภายนอกก็ออกแรงดันลูกโป่งทุกทิศทางด้วยเช่นกัน

เครื่องวัดความดันอากาศ เรียกว่า บารอมิเตอร์ ความดัน 1 บรรยากาศ จะดันให้ปรอทสูง760 มิลลิเมตรของปรอทในระดับน้ำทะเล ในแนวตั้งฉากกับผิวโลก

ถ้าสูงจากระดับน้ำทะเลความดันอากาศจะลดลงเรื่อย ๆ

ประโยชน์ของความดันอากาศ 2. การดูดของเหลวเข้าหลอดหยดหรือเข็มฉีดยา 1.  การดูดน้ำออกจากขวดโดยใช้หลอดดูด 2.  การดูดของเหลวเข้าหลอดหยดหรือเข็มฉีดยา 3.  การเจาะกระป๋องนมต้องเจาะ 2 รู เพื่อให้อากาศในกระป๋องนมมีความดันอากาศเท่ากับความดันภายนอกกระป๋องนมทำให้สามารถเทนมออกจากกระป๋องนมได้ 4.  การถ่ายของเหลวโดยสายยางจากภาชนะหนึ่งไปยังอีกภาชนะหนึ่งที่อยู่ต่างระดับกัน เรียกว่า “ กาลักน้ำ ” 5.  การใช้แป้นยางดูดติดกับกระจกเพื่อยึดสิ่งของให้ติดกับกระจก เนื่องจากความดันอากาศภายนอกมากกว่าความดันอากาศภายในแป้นยาง จึงกดหัวแป้นยางให้ดูดติดกับกระจก       

ความดันของเหลว... ความดันของของเหลวมีลักษณะคล้ายกับความดันอากาศ คือ เกิดจากน้ำหนักของของเหลวที่มีอยู่เหนือตำแหน่งนั้น ๆกดทับลงมา ยิ่งในระดับที่ลึกมากขึ้น ของเหลวที่อยู่เหนือตำแหน่งนั้นก็จะมีมากขึ้น ทำให้น้ำหนักของของเหลวมีมากขึ้น

ปัจจัยที่มีผลต่อความดันของของเหลว 1.  ความลึกของของเหลว -  ของเหลวไม่ว่าจะอยู่ในภาชนะรูปร่างใดก็ตาม ถ้าที่ระดับความลึกเดียวกัน ความดันของของเหลวจะเท่ากัน น้ำจะมีความดันเท่ากัน -  แต่ถ้าระดับความลึกต่างกัน น้ำที่ระดับความลึก มากกว่าจะมีความดันมากกว่า

2. ความหนาแน่นของของเหลว  2.  ความหนาแน่นของของเหลว ของเหลวต่างชนิดกันจะมีความดันต่างกัน โดยของเหลวที่มีความ หนาแน่นมาก จะมีความดันสูงกว่าของเหลวที่มีความหนาแน่นน้อย น้ำเปล่า น้ำเกลือ 20 เซนติเมตร 10 เซนติเมตร

ประโยชน์ของความดันของเหลว 1. การสร้างเขื่อน ต้องสร้างให้ฐานเขื่อนมีความกว้างมากกว่าสันเขื่อน เพราะแรงดันของน้ำบริเวณฐานเขื่อนมากกว่าแรงดันของน้ำบริเวณสันเขื่อน *** เขื่อนต้องสร้างให้ฐานเขื่อนกว้างกว่าสันเขื่อน*** สันเขื่อน แรงดันน้อย แรงดันมาก ฐานเขื่อน

2. การออกแบบเรือดำน้ำจะต้องมีความแข็งแรงและทนทานต่อสภาพความดันสูงในน้ำลึกได้ เพราะยิ่งลึกความดันน้ำจะยิ่งมากขึ้น

น้ำหนัก คือ แรงดึงดูดของโลกซึ่งกระทำต่อวัตถุอยู่ตลอดเวลา เป็นปริมาณเวกเตอร์ที่มีทิศเดียวกับความเร่ง เนื่องจากแรงดึงดูดของโลก(g) ใช้สัญลักษณ์ “W” มีหน่วยเป็นนิวตัน (N) คำนวณได้จาก   

จุดศูนย์ถ่วง (Center of Gravity : CG) คือ จุดแรงลัพธ์ของแรงดึงดูดของโลกกระทำต่อส่วนต่างๆของวัตถุ ตุ๊กตาล้มลุกมีตำแหน่งจุดศูนย์ถ่วงต่ำ การโยกตุ๊กตาจึงไม่ล้มและจะกลับมาตั้งตามเดิม แรงและการเคลื่อนที่

เอกสารอ้างอิงขอขอบคุณเนื้อหาและรูปภาพจาก....... จำนง ภาษาประเทศ และคณะ.หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐาน วิทยาศาสตร์ ชั้น ป. 5 กลุ่มสาระ การเรียนรู้วิทยาศาสตร์ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพมหานคร : บริษัท สำนักพิมพ์แม็ค จำกัด,2555 นคร มีแก้ว.คู่มือ-เตรียมสอบ วิทยาศาสตร์ ป. 5 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ตามหลักสูตร แกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551.กรุงเทพมหานคร : บริษัท ภูมิบัณฑิตการพิมพ์ จำกัด ,2554 ดร.บัญชา แสนทวี, ลัดดา อินทร์พิมพ์ และดารุณี ชวดศรี.คู่มือครู แผนการจัดการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ ป. 5 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพมหานคร : บริษัท สำนักพิมพ์วัฒนาพานิช จำกัด,2551 “แรง”.  [ออนไลน์].  เข้าถึงได้จาก: http://www.thaigoodview.com/node/45977 “แรงและความดัน”.  [ออนไลน์].  เข้าถึงได้จาก:http://www.myfirstbrain.com/student_view.aspx?ID =70361 ศิริรัตน์ วงศ์ศิริและรักซ้อน รัตน์วิจิตต์เวช.หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐาน วิทยาศาสตร์ ชั้น ป. 5 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพมหานคร : บริษัท อักษรเจริญทัศน์ อจท. จำกัด,2554