ในชีวิตประจำวัน ทุกคนออกแรงกระทำต่อวัตถุต่างๆกัน เช่น ดันประตู หิ้วกระเป๋า ยกหนังสือ เข็นรถ เป็นต้น การออกแรงดังกล่าวจะ
บอกขนาดของแรงว่ามากหรือน้อยมักใช้ความรู้สึกเข้าช่วย เช่น รู้สึกว่ายกหนังสือออกแรงน้อยกว่าเข็นรถ การบอกขนาดของแรงดังกล่าวจะได้ข้อมูลไม่เที่ยงตรง ส่วนการบอกขนาดของแรงในทางฟิสิกส์นั้น จะบอกจากผลของแรงได้แก่ มวลวัตถุ และการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุ เพราะแรงสามารถทำให้วัตถุเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ได้
(โดยกำหนดให้ขนาดของแรง 1 นิวตันคือ ขนาดแรงที่ทำให้มวล 1 กิโลกรัมเคลื่อนที่ไปตามแนวแรงด้วยความเร่ง 1 m/s2 )
2.มวล
มวล คือปริมาณของวัตถุที่ต้านการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุ มวลเป็นปริมาณ สเกลาร์ มีหน่วยวัดเป็นกิโลกรัม(kg) (วัตถุที่อยู่นิ่ง จะต้านความพยายามที่จะทำให้วัตถุนั้น เคลื่อนที่ ในทำนองเดียวกัน วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่อยู่แล้ว ก็จะต้านความพยายามที่จะทำให้วัตถุนั้นหยุดนิ่ง วัตถุมวลมากจะต้านได้มาก วัตถุมวลน้อยจะต้านได้น้อย)
แรง มวล และกฎการเคลื่อนที่
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
เกิด วันที่ 25 ธันวาคม ค.ศ. 1642 เมืองลินคอร์นเชียร์ (Lincohnshire) ประเทศอังกฤษ (England)
เสียชีวิต วันที่ 20 มีนาคม ค.ศ. 1727 กรุงลอนดอน (London) ประเทศอังกฤษ (England)
ผลงาน – ตั้งกฎแรงดึงดูดของโลก
– ตั้งกฎเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ
– ตั้งทฤษฎีแคลคูลัส (Calculus)
– ประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสง
– ค้นพบสมบัติของแสงที่ว่า แสงสีขาวประกอบขึ้นจากแสงสีรุ้ง
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
นักประดิษฐ์ผู้หนึ่งได้ประยุกต์กฎข้อที่สามของนิวตันสำหรับรถพ่วงดังรูป 2-39 ระหว่างรถลากกับรถพ่วง จะมีกลไกเบรกติดไว้อยู่ตรงกลาง กลไกเบรกนี้ไม่ได้อาศัยกลไกทางอิเล็กทรอนิกส์ แต่ใช้หลักของกฎข้อที่สามดังนี้ เมื่อคนขับเหยียบเบรก จะทำให้รถลากช้าลงหรือหยุดลง แต่เพราะว่ารถพ่วงมีความเฉื่อยทำให้มันยังไม่หยุดในทันที และเคลื่อนที่ต่อไปข้างหน้า ไปกดกลไกของเบรกที่อยู่ตรงกลางทำให้รถพ่วงหยุดตามรถลากได้
แรง คืออะไร
ในทางวิทยาศาสตร์ คำว่าแรงมีความหมายที่ง่ายและเฉพาะเจาะจง แรง ( Force ) คือ
การผลักหรือการดึง เมื่อวัตถุชิ้นหนึ่งผลักหรือดึงวัตถุอีกชิ้นหนึ่ง นักเรียนอาจกล่าวได้ว่าวัตถุชิ้นแรกออกแรงกระทำต่อวัตถุชิ้นที่สอง นักเรียนออกแรงกระทำต่อปากกาในขณะที่นักเรียนเขียนหนังสือ นักเรียนออกแรงกระทำต่อหนังสือในขณะยกหนังสือนักเรียนออกแรงกระทำต่อซิปกางเกงในขณะรูดซิป นักเรียนออกแรงกระทำต่อลูกบอลในขณะที่ขว้างลูกบอลนักเรียนออกแรงกระทำต่อรถในขณะที่นักเรียนเข็นรถ และออกแรงกระทำกับตะปูในขณะที่ใช้ค้อนตอกตะปู
ลงไปบนแผ่นไม้
ในทำนองเดียวกับความเร็วและความเร่ง นอกจากนักเรียนจะต้องบอกว่า แรงที่กระทำนั้นมีค่ามากเท่าไรแล้ว นักเรียนยังต้องบอกทิศที่แรงกระทำด้วย เช่น ถ้านักเรียนผลักประตู นั่นคือ นักเรียนกำลังออกแรงใน ทิศตรงข้ามกับในขณะที่นักเรียนดึงมัน
แรงที่ไม่สมดุล
สมมติว่านักเรียนต้องการผลักกล่องที่หนักใบหนึ่งไปตามพื้น ในขณะที่นักเรียนผลักกล่อง นั่นคือ นักเรียนได้ออกแรงกระทำต่อกล่อง ถ้ามีเพื่อนมาช่วยนักเรียนผลัก แรงทั้งหมดที่กระทำต่อกล่องก็คือ ผลรวมของแรงที่นักเรียนและเพื่อนช่วยกันผลัก ถ้าแรงสองแรงกระทำต่อวัตถุในทิศทางเดียวกัน แรงทั้งสองจะรวมเข้าด้วยกัน
แรง คือสิ่งที่กระทำต่อวัตถุในรูปของการพยายามดึงหรือดันให้วัตถุนั้นเคลื่อนที่โดยที่วัตถุอาจเคลื่อนที่หรือไม่ก็ได้
เพราะมีแรงอื่นกระทำต่อวัตถุอยู่ด้วย แรงถือเป็นปริมาณเวคเตอร์ที่ต้องกำหนดด้วยขนาดและทิศทาง
กฏการเคลื่อนที่ของนิวตัน
กฏข้อที่ 1 ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำกับวัตถุเป็นศูนย์วัตถุจะรักษาสภาพการเคลื่อนที่เดิมถ้าเดิมวัตถุหยุดนิ่งก็จะ
หยุดนิ่งอยู่อย่างนั้น หรือถ้าเดิมเคลื่อนที่ก็จะเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วคงที่ในแนวเส้นตรง จะได้สมการ
ซึ่งใช้กับการคำนวณสมดุลกล
กฏข้อที่ 2 ถ้ามีแรงลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์มากระทำกับวัตถุ วัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งในทิศเดียวกับแรงลัพธ์
โดยความเร่งจะมีขนาดแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์ และแปรผกผันกับมวลของวัตถุ จะได้สมการ
กฏข้อที่ 3 ทุก ๆ แรงกิริยา (Action Force) จะมีแรงปฏิกิริยา (Reaction Force) ที่มีขนาดเท่ากัน
และมีทิศทางตรงกันข้ามกันเสมอจะได้สมการ
น้ำหนัก คือ แรงดึงดูดของโลกซึ่งกระทำต่อวัตถุอยู่ตลอดเวลา คำนวณได้จาก
โดยที่ W = น้ำหนักของวัตถุ มีหน่วยเป็นนิวตัน (N)
m = มวลของวัตถุ มีหน่วยเป็นกิโลกรัม (kg)
g = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที
ค่า g ในบริเวณต่างๆ ทั่วโลกมีค่าไม่เท่ากัน โดยทั่วไปมักให้ใช้ค่า g = 10