แรง มวล และกฏการเคลื่อนที่ สมดุลต่อการเคลื่อนที่
1.การหาแรงลัพธ์
2. การหาแรงลัพธ์ของ 2 แรง
3. การหาแรงลัพธ์ของ 3 แรง
4. การหาทิศของแรงที่กระทำต่อวัตถุจากลักษณะของการเคลื่อนที่
5. กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
6. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1
7. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 2
8. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3
9. แรงเสียดทาน
10. สมดุลของแรง
11. สมดุลต่อการเคลื่อนที่(translationalequilibrium)
12. สมดุลต่อการหมุน(rotational equilibrium)
การหาแรงลัพธ์โดยวิธีคำนวณ
แรง (Force) : F คือ สิ่งที่สามารถทำให้วัตถุเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ แรงจัดเป็นปริมาณเวกเตอร์ คือมีทั้งขนาด (ค่าที่เป็นตัวเลข) และทิศทาง มีหน่วยเป็น N (นิวตัน)
เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุตั้งแต่สองแรงขึ้นไปน้อง ๆ จำเป็นต้องหาแรงลัพธ์แล้วนำค่าแรงลัพธ์นั้นไปใช้ในการหาคำตอบสุดท้ายของโจทย์ที่ซับซ้อนต่อไป
แรงที่กระทำต่อวัตถุสรุปได้หลักๆ อยู่ 4 แบบคือ
– แรงในทิศเดียวกัน
– แรงในทิศตรงข้าม
– แรงที่ตั้งฉากกัน
– แรงที่ทำมุมกัน (ที่ไม่ใช่มุมฉาก)
• วิธีที่ 1 ใช้การแตกแรงหรือแยกแรง •
การแตกแรงหรือแยกแรง คือการแยกแรง 1 แรงออกเป็นแรงองค์ประกอบ 2 แรงซึ่งตั้งฉากกันอยู่ตามแนวแกน x และแกน y
F เป็นขนาดของแรงที่มี F ทำมุม q กับแกนนอนหรือแกน x
Fx เป็นขนาดของแรงตามแนวแกน x
Fy เป็นขนาดของแรงตามแนวแกน y
วิธีที่ 2 ใช้ทฤษฎีสี่เหลี่ยมด้านขนาน •
ถ้านำแรง 2 แรงมาเขียนรูปตามทฤษฎีสี่เหลี่ยมด้านขนานจะได้ดังรูป
พิสูจน์สูตร จากรูป X = B sin q
Y = B cos q
ตามรูป และ Pythagorus ( รูปสามเหลี่ยมมุมฉาก , รูปใหญ่ )
R2 = (A + Y)2 + X2
= (A + B cos q)2 + (B sin q)2
= A2 + 2AB cos q + B2 cos2 q + B2 sin2 q
= A2 + 2AB cos q + B2 ( sin2 q + cos2 q )
จากตรีโกณ sin2 q + cos2 q = 1 ดังนั้นจะได้ว่า
และหาทิศของ R หรือมุม a ได้จากสูตร
แรง มวล และกฎการเคลื่อนที่ สมดุลต่อการเคลื่อนที่-ฟิสิกส์ออนไลน์
1.การหาแรงลัพธ์
2. การหาแรงลัพธ์ของ 2 แรง
3. การหาแรงลัพธ์ของ 3 แรง
วิธีการหาแรงลัพธ์
1. การเขียนรูป (โดยแทนแรงด้วยลูกศร )
ใช้หางต่อหัว คือเอาหางของลูกศรที่แทนแรงที่ 2 มาต่อหัวลูกศรที่แทนแรงที่ 1
แล้วเอาหางลูกศรที่แทนแรงที่ 3 มาต่อหัวลูกศรที่แทนแรงที่ 2 …..ต่อกันไปจนหมด
โดยทิศของลูกศรที่แทนแรงเดิมไม่เปลี่ยนแปลง
ขนาดของแรงลัพธ์คือ ความยาวลูกศรที่ลากจากจุดเริ่มต้น ไปยังจุดสุดท้าย
มีทิศจากจุดเริ่มต้นไปจุดสุดท้าย
ตัวอย่าง เมื่อมีแรง A B และ C มากระทำต่อวัตถุ ดังรูป
2. โดยการคำนวณ
2.1. เมื่อแรงทำมุม 0 องศา (แรงไปทางเดียวกัน)
แรงลัพธ์ = ขนาดแรง ทั้งสองบวกกัน และทิศของแรงลัพธ์ มีทิศเดิม
แรงลัพธ์ = แรงมากลบด้วยแรงน้อย ทิศของแรงลัพธ์มีทิศเดียวกับแรงมาก
การหาแรงลัพธ์ของ 3 แรง
สมดุลของแรง 3 แรง
เมื่อมีแรง 3 กระทำต่อวัตถุ วัตถุจะสมดุลได้จะต้องอยู่ภายใต้เงื่อนไขคือ
1. แรงทั้งสามต้องอยู่ในระนาบเดียวกัน
2. แรงลัพธ์ = 0
3. แรงทั้งสามต้องพบกันที่จุดเดียวกันหรือแรงทั้งสามต้องขนานกัน
ทฤษฎีที่ใช้เกี่ยวกับการสมดุล
1. สมดุลของแรง 3 แรง
แรง 3 แรงจะสมดุลได้ มีเงื่อนไขดังนี้
1. แรงทั้งสามต้องอยู่ในระนาบเดียวกัน
2. แรงทั้งสามต้องพบกันที่จุดเดียวกัน หรือไม่ก็ต้องขนานกัน
3. แรงลัพธ์เท่ากับศูนย์
การหาขนาดของแรงที่ทำให้วัตถุสมดุล โดย
1. ทฤษฎีของลามิ ” ถ้ามีแรง 3 แรงมากระทำที่จุดหนึ่งและอยู่ในสภาพสมดุลอัตราส่วนของแรงต่อ Sin ของมุมตรงข้าม ย่อมมีค่าเท่ากัน ”
.2. สามเหลี่ยมแทนแรง “ ถ้าแรงทั้งสามตั้งฉากกับด้านทั้งสามของสามเหลี่ยม อัตราส่วนของแรงต่อด้าน ที่ตั้งฉากกับแรงนั้นจะมีค่าคงที่ ”
จากรูป 
โดย ด้าน BC แทนแรง P ( BC 
ด้าน AC แทนแรง Q ( AC 
ด้าน AB แทนแรง R ( AB 
ได้
หรือ “ถ้าแรงทั้งสามขนานกับด้านทั้งสามของ รูปสามเหลี่ยมจะได้ว่าอัตราส่วนของแรงต่อด้านที่ขนานกับแรง นั้นจะมีค่าคงที่
จากรูป DABC เป็นสามเหลี่ยมแทนแรง
โดย ด้าน BC แทนแรง P ( BC//P )
ด้าน AC แทนแรง Q ( AC//Q )
ด้าน AB แทนแรง R ( AB//R )
ได้
การหาทิศของแรงที่กระทำต่อวัตถุจากลักษณะของการเคลื่อนที่
แรงเป็นปริมาณที่มีขนาดและทิศทาง แรงจึงเป็นปริมาณเวกเตอร์ การรวมแรงต้องรวมแบบเวกเตอร์ ในการรวมแรงหลายๆ แรงที่กระทำต่อวัตถุ ถ้าผลรวมของแรงที่ได้เป็นศูนย์แสดงว่า วัตถุนั้นอยู่ในสภาพสมดุล เมื่อปล่อยวัตถุ วัตถุนั้นจะตกลงสู่พื้นดิน แสดงว่ามีแรงกระทำต่อวัตถุ ซึ่งแรงนั้นเกิดจากแรงดึงดูดที่โลกกระทำต่อวัตถุ หรือที่เรียกว่า แรงโน้มถ่วงของโลก หรือน้ำหนักของวัตถุนั่นเอง แรงโน้มถ่วงนี้จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุ ในการลากวัตถุให้เคลื่อนที่ไปบนพื้นผิวจะมีแรงต้านการเคลื่อนที่ เรียกแรงนี้ว่า แรงเสียดทาน ซึ่งแรงเสียดทานจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะผิวสัมผัสระหว่างวัตถุทั้งสองและแรงที่วัตถุกดพื้น กิจกรรมบางอย่างต้องการให้ผิวสัมผัสมีแรงเสียดทาน แต่กิจกรรมบางอย่างต้องการลดแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัส
เมื่อออกแรงแล้วทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวแรงนั้น เรียกว่า มีการทำงาน คำนวณหาค่าของงานที่ทำได้จากผลคูณของแรงและระยะทางในแนวเดียวกันกับแรง และกำหนดให้งานที่ทำได้ในหนึ่งหน่วยเวลา คือ กำลัง
ในบางกรณี เมื่อออกแรงกระทำต่อวัตถุอาจทำให้วัตถุหมุน เรียกว่าเกิดโมเมนต์ของแรง ซึ่งเกิดเมื่อแรงที่กระทำมีทิศตั้งฉากกับระยะทางจากจุดหมุนไปยังแนวแรง การหมุนนี้มีทั้งหมุนในทิศตามเข็มนาฬิกา และทวนเข็มนาฬิกา โดยถ้าผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกาเท่ากับผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา วัตถุจะอยู่ในสภาพสมดุล
เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุทำให้วัตถุเคลื่อนที่สามารถวัดอัตราเร็วหรือขนาดของความเร็วของการเคลื่อนที่ได้จากการใช้เครื่องเคาะสัญญาณเวลา วัตถุที่เคลื่อนที่โดยมีความเร็วเปลี่ยนไป เรียกว่า วัตถุเคลื่อนที่โดยมีความเร่ง โดยความเร่งจะมีทิศเดียวกับทิศของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ
การเคลื่อนที่ของวัตถุนอกจากจะเคลื่อนที่ในแนวตรงแล้ว ยังมีการเคลื่อนที่แบบอื่นอีก เช่น การเคลื่อนที่แบบโพรเจคไทล์ ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่แนวโค้ง โดยได้ระยะทางในแนวราบและแนวดิ่งพร้อมๆ กัน การเคลื่อนที่ในแนววงกลม เป็นการเคลื่อนที่ที่มีแรงกระทำต่อวัตถุในทิศเข้าสู่ศูนย์กลาง
