แรง และกฎการเคลอนทของนวตน[ Force and Newton Law ]

แรงเสยดทาน

กฎการเคลอนทขอ 1 ของนวตน

กฎการเคลอนทขอ 2 ของนวตน

กฎการเคลอนทขอ 3 ของนวตน

กฎการเคลอนทของนวตนโดย : คณครพชร พรหมมาก

การประยกตกฎการเคลอนทของนวตน

แรงและสนามแรงโนมถวง

Sir Isac Newton

เกดวนท 25 ธนวาคม ค.ศ. 1642 เมองลนคอรนเชยร (Lincohnshire) ประเทศองกฤษ (England)เสยชวต วนท 20 มนาคม ค.ศ. 1727 กรงลอนดอน(London) ประเทศองกฤษ (England)ผลงาน - ตงกฎแรงดงดดของโลก

- ตงกฎเกยวกบการเคลอนทของวตถ- ตงทฤษฎแคลคลส (Calculus)- ประดษฐกลองโทรทรรศนชนดหกเหแสง- คนพบสมบตของแสงทวา แสงสขาวประกอบขนจากแสงสรง

นกประดษฐผหนงไดประยกตกฎขอทสามของนวตนส าหรบรถพวงดงรป 2-39 ระหวางรถลากกบรถพวง จะมกลไกเบรกตดไวอยตรงกลาง กลไกเบรกนไมไดอาศยกลไกทางอเลกทรอนกส แตใชหลกของกฎขอทสามดงน เมอคนขบเหยยบเบรก จะท าใหรถลากชาลงหรอหยดลง แตเพราะวารถพวงมความเฉอยท าใหมนยงไมหยดในทนท และเคลอนทตอไปขางหนา ไปกดกลไกของเบรกทอยตรงกลางท าใหรถพวงหยดตามรถลากได

กฎการเคลอนทขอ 1 ของนวตนบางครงเรยกวา กฏแหงความเฉอย

จากกฎดงกลาวเราอาจพดใหมไดวาถาไมมแรงไปกระท าตอวตถ(แรงลพธเปนศนย)วตถนนจะอยในสภาพเดม

หมายความวา เมอแรงลพธเปนศนย ถาวตถอยนงอยกจะอยนงตอไป แตถาวตถนนเคลอนทอยวตถนนกจะเคลอนทตอไปดวยความเรวเทาเดมในทศเดม

วตถจะรกษาสภาพหยดนงหรอสภาพเคลอนทอยางสม าเสมอในแนวเสนตรงนอกจากมแรง

ลพธทไมเปนศนยมากระท า

คนขบรถมอเตอรไซตอยดวยความเรว v ท าใหคนและรถมความเรวเทากนคอ v แตรถหยดอยางกระทนหน(ชนกบสงกดขวาง) คนจะรกษาสภาพเดมคอเคลอนทไปขางหนาดวยความเรวเทาเดม ผลทเกดขนคอ เมอรถหยดแลว แตคนจะไมหยด ท าใหคนกระเดนไปขางหนาดวยความเรว v

ในท านองเดยวกนถาคนขบรถยนตกจะเกดการกระเดนออกไปจากรถไดเชนเดยวกน

คนและรถเคลอนทดวยความเรวเทากน คอเทากบ v แตเมอรถหยดอยางกระทนหน(ชนกบสงกดขวาง) คนจะรกษาสภาพเดมคอเคลอนทไปขางหนาดวยความเรวเทาเดม ผลทเกดขนคอ เมอเรถหยดแลว แตคนจะไมหยด ท าใหคนกระเดนไปขางหนาดวยความเรว v

แลวเราจะลดการกระเดนไปขางหนาของคนไดอยางไรในกรณเชนน

เมอรถคนหลงชนรถคนหนา ท าไมวตถซงวางอยบนหลงคารถคนหลงจงกระเดนไปขางหนา

ถามแรงมากระท าตอวตถ หรอแรงทมากระท านนไมหกลางกนเปนศนย วตถจะเคลอนทดวยความเรง ความเรง = แรง/มวลของวตถ

ถาวตถมการเคลอนทดวยความเรงใหน าแรงลพธΣF = ma

ซง a จะตองมทศเดยวกบแรงลพธดวย

กฎการเคลอนทขอ 2 ของนวตน

กฎการเคลอนทขอ 3 ของนวตน

กฏการเคลอนทขอ 3 ของนวตนกลาววา "ทกแรงกรยา ยอมมแรงปฏกรยา ซงมขนาดเทากนแตมทศทางตรงกนขาม"

การพจารณาแรงกรยาและแรงปฏกรยา 1. จะตองกระท าตอวตถตางกอนกน 2. ไมจ าเปนทตองเกดกบผวทสมผสกน 3. ไมน าแรงทงสองมาหกลบกน(เนองจากกระท าตอวตถตาง

กอนกน) 4. ผลของแรงตางกน

เมอเราออกแรงตอยผนงดวยแรง F ผนงจะออกแรงกระท าตอมอ ดวยแรง -F แรงกรยาคอแรงทมอกระท าตอผนง ซง = F แรงปฏกรยาคอแรงทผนงกระท าตอมอ ซง = -F (มขนาดเทากนแตทศทางตรงกนขาม)

ผลของแรงตางกน เชน แรงทมอกระท าตอผนงท าใหผนงพง แต แรงทผนงกระท าตอมอท าใหมอเคลด

จากรป มมวลกอนหนงวางอยบนโตะ ถา N = แรงทโตะกระท าตอมวล

W = น าหนกของวตถ Fo = แรงทมวลกระท าตอโตะFE = แรงทมวลดงดดโลก

ขอสงเกต น าหนกกคอแรงทโลกดงดดมวล

แรงใดเปนแรงปฏกรยาของแรงทโตะกระท าตอมวล N ตอบ แรง Fo คอแรงทมวลกระท าตอโตะ

ขอสงเกต แรง N และ แรง W ไมใชแรงกรยาและปฏกรยา แตแรงN = แรงW เนองจากหลกการสมดล (พจารณามวลทวางนงบนโตะ จะไดวา N = W)

พจารณามวล 2 กอน วางหางกน จะเกดแรงดดระหวางมวลทงสอง แรงทมวลกอนโตกระท าตอมวลกอนเลก จะเทากบแรงทมวลกอนเลกกระท าตอมวลกอนโต

ลกแอปเปล 2 ลกวางไวใกล กน จะเกดแรงดดระหวางแอปเปลตามกฏขแงแรงดงดดระหวางมวล แรงทแอปเปลลก A ดดแอปเปลลก B = แรงทแอปเปลลก B ดดแอปเปลลก A

การประยกตกฎการเคลอนทของนวตน

ชายคนหนงนงอยในยานอวกาศทก าลงโคจรรอบโลก เขาวางวตถกอนหนงลงบนตาชงตดกบพนของ ยานอวกาศตาชงจะอานน าหนกไดเทาไร

ค ำตอบ ศนย

กฎการเคลอนทของนวตน

แรงและสนามแรงโนมถวง

เมอใดกตามทวตถสองชนอยใกลกน แรงโนมถวงจะออกแรงดงวตถทงคใหเขาหากน ซงขนาดของแรงจะขนอยกบมวลสาร (ปรมาณของวตถ) ของวตถสองชนนน ท าใหโลกซงมขนาดมหมามแรงดงดดวตถตางๆ อยอยางมหาศาล

สนามแรงโนมถวงของโลกมอาณาเขตออกไปในอวกาศจนถงดวงจนทร การทดวงจนทรถกดงดดเอาไวท าใหมนตองโคจรอยรอบโลก ซงดวงอาทตยกบโลกกเปนเชนนนเหมอนกน แรงดงดดของดวงอาทตยท าใหโลกและดาวเคราะหอนๆ ในระบบสรยจกรวาลจะตองโคจรรอบดวงอาทตย

กำรทดลองเพอพสจนกฎแรงดงดดระหวำงมวล

ให และ เปนมวลสองกอนอยหางกนเปนระยะทาง ขนาดของแรงดงดดระหวางมวลทกระท าตอมวลทงสองกอนคอ

โดยคาคงทโนมถวง (gravitational constant)

Johannes Kepler Sir Henry Cavendish

กำรทดลองเรอง Atwood's machine

เมอแขวนมวล 2 อนในแนวดงกบรอกทเบำมำกและไมมแรงเสยดทำน ดงรป เรำเรยกอปกรณนวำ เครองจกรกลของแอดวด นกฟสกสใชบอยมำกเพอหำควำมเรงโนมถวงของโลก จงค ำนวณหำขนำดของควำมเรงและ แรงตงเสนเชอก ของมวลทงสอง

พนเอยง

แรงเสยดทานจะเกดขนทผวสมผสของสองชน เมอวตถไดรบแรงกระท าใหเคลอนทหรอก าลงจะเคลอนท จะเกดแรงเสยดทานขน แรงเสยดทานกระกระท าในทศตรงขามกบการเคลอนทเสมอ ขนาดของแรงเสยดทานจะขนอย กบชนดของผวสมผสและแรงปฏกรยาในแนวตงฉากกบผวสมผส

แรงเสยดทาน

จากรป แรงเสยดทานจลน (fk) = 40% ของแรงปฏกรยาในแนวตงฉาก (FN). เขยนเปนความสมพนธไดวา

ถาเพมมวลของกลองขนเปน 2 เทาของของเดม แรงปฏกรยาในแนวตงฉากกจะเพมขนเปน 2 เทา ของของเดม แรงเสยดทานกจะเพมขนเปน 2 เทาของของเดมดวย แตเรายงสามารถหาคา แรงเสยดทานจลน (fk) = 40% ของแรงปฏกรยาในแนวตงฉาก (FN) หรอ เขยนไดวา

ซงความสมพนธนเปนจรงทกคาของน าหนกของกลองบนพนราบน เราเรยกคานวาสมประสทธความเสยดทาน(coefficient of friction) ความสมพนธ ของสมประสทธความเสยดทานจลน หาไดจาก

เมอเราเปรยบเทยบแรงเสยดทานของกลองใบเดยวกนบนพนไม กบบนพนยาง พบวาแรงเสยดทานเพมขนบนพนยาง แรงเสยดทานจลนfk= 60% ของแรงปฏกรยาในแนวตงฉาก(FN) หรออาจพดวา

สมประสทธความเสยดทานสถตยกหาไดในลกษณะเดยวกน แรงเสยดทานสถตยเปลยนคาไดตงแต 0 - คามากทสด