ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล...

47
ฟิส ิกส์มูลฐาน Week 3 มวล แรง และกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

Transcript of ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล...

Page 1: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

ฟสกสมลฐานWeek 3 มวล แรงและกฎการเคลอนทของนวตน

Page 2: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.1 แรง

3.2 การหาแรงลพธของแรงทท ามมตอกน

3.3 กฎการเคลอนท

3.4 น าหนกของวตถ

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

3.6 แรงเสยดทาน

Week 3 แรงและกฎการเคลอนทของนวตน

Page 3: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

แรง

แรง (Force) คอสาเหตทท าใหวตถเปลยนสภาพการเคลอนท หรอท าใหมความเรวเปลยนไป เปนปรมาณเวกเตอร มหนวยเปนนวตน

มผลท าให วตถทก าลงเคลอนท เคลอนทเรวข นวตถทก าลงเคลอนท เคลอนทชาลงวตถทก าลงเคลอนท หยด

( )F

Page 4: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

แรง

แรงทกลาวถง หมายถง แรงลพธ ( ) คอผลรวมของแรงทมมากกวาสองแรงทมากระท าตอวตถเดยวกน หาไดจากการน าแรงยอยมาบวกกนแบบเวกเตอร

วตถจะมความเรงไปในทศทางเดยวกบแรงลพธทมากระท าแรงกรยา (action force) คอแรงทกระท ากบวตถทเราสนใจ

F

15 N 20 N

∑F=20-15=5N a

Page 5: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

แรง

วธการหาคาแรงลพธ

กรณท 1 หากแรงยอยมทศทางเดยวกน

1 2totalF F F F

แรงลพธจะมทศทางเหมอนแรงยอยน น

1F2F

1F2F

กรณท 2 หากแรงยอยมทศตรงขามกน

1 2totalF F F F

แรงลพธจะมทศทางเหมอนแรงยอยน น

1F2F

1F

2F

totalF

totalF

Page 6: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

การหาแรงลพธของแรงทท ามมตอกน

กรณท 3 หากแรงยอยกระท าตอวตถมทศทางต งฉากกน

1F

2F

F

แรงลพธหาไดจากการสรางใหเปนสเหลยมดานขนานแลวใชทฤษฎปทาโกรส

2 2

1 2F F F

กรณท 4 หากแรงยอยกระท าตอวตถมทศท ามมใดๆตอกน

1F

2F

F

แรงลพธโดยการลากเสนทแยงมมขากการสรางสเหลยมดานขนาน

2 2

1 2 1 22 cosF F F F F

Page 7: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

การหาแรงลพธของแรงทท ามมตอกน

การแตกแรง1 การแตกแรงออกเปน 2 แรงยอยซงต งฉากกน

yF

xF

F

แตกใกลมมจะได แตกไกลมมจะได

cos

sin

x

y

F F

F F

cos sin

2 การแตกแรงออกเปน 2 แรงยอยทไมต งฉากกน

Q

P

F

แรงลพธโดยใชสมการsin

sin( )

FP

sin

sin( )

FQ

Page 8: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

การหาแรงลพธของแรงทท ามมตอกน

การรวมแรงยอยหลายแรงเปนแรงลพธ1. ต งแกน x และแกน y ทจดซงแรงน นกระท ารวมกน2. แตกแรงยอยท งหมดใหมองคประกอบอยในแนวแกน x และ y3. รวมแรงในแนวแกน x และ y ซงจะมคาเปน และ4.หาขนาดของแรงลพธ

หาทศทางของแรงลพธจาก

xF yF

2 2( ) ( )x yF F F

1tan ; tany y

x x

F F

F F

yF

xF

F

Page 9: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

ตวอยาง 3.1 จงหาแรงลพธ ในกรณตอไปน

Page 10: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

10N

Page 11: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท
Page 12: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

การหาแรงลพธของแรงทท ามมตอกน

ตวอยาง 3.2 แรงสองแรงกระท าทจดเดยวกน เมอรวมกนไดแรงลพธมากทสด 17 นวตน และแรงลพธนอยทสด 7 นวตน เมอแรงท งสองท ามมต งฉากกน จะเกดแรงลพธเทาใด

Page 13: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

การหาแรงลพธของแรงทท ามมตอกน

ตวอยาง 3.3 แรงสองแรงกระท าทจดเดยวกน แรงหนงมคาเปนสองเทาของอกแรงหนง ถาแรงลพธมคาเปน เทาของแรงนอย จงหามมระหวางแรงท งสอง7วธคด

จากโจทย แรงทหนง แรงทสอง แรงลพธ

2 2 2

1 2 1 22 cosF F F F F

2 2 2( 7 ) (2 ) 2( )(2 )cosF F F F F

จากสมการ

F 2F 7F

2 2 27 5 4 cosF F F

2 22 4 cosF F

1cos

2 1 1

cos ( ) 602

Page 14: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

กฎการเคลอนท

เซอรไอแซค นวตน

Page 15: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

กฎการเคลอนท

กฎการเคลอนทขอท 1 ของนวตน (Newton’s First Law of Motion)

กลาววา “วตถจะคงสภาพหยดนง หรอคงสภาพการเคลอนทดวยความเรวในแนวเสนตรงหากไมมแรงลพธทมคาไมเปนศนยมากระท ากบวตถ”

หรอพดอกอยางวา“ถาแรงลพธทกระท าตอวตถมคาเปนศนยวตถจะรกษาสภาพการเคลอนทเดมไว ” จงเรยกกฎขอนในอกชอหนงวา “กฏของความเฉอย”

เขยนเปนสมการไดวา 0F

ความเฉอย(inertia) เปนคณสมบตของวตถจะรกษาสภาพหยดนงหรอเคลอนทเดมเอาไว

วตถทมมวลมาก จะรกษาสภาพการเคลอนทเดมไวไดมาก จงมความเฉอยมากดวย

Page 16: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

กฎการเคลอนท

กฎการเคลอนทขอท 1 ของนวตน (Newton’s First Law of Motion)

ตวอยาง เหตการณในชวตประจ าวนทอธบายดวยกฎขอท 1 ของนวตน

1. ขณะรถเขาโคงทางซาย คนขบจะรสกเอยงไปทางขวา เพราะคนขบพยายามจะรกษาสภาพเดมคอ เคลอนทแนวตรง จงรสกวาล าตวเอยงไปทางขวา

2. เมอเบรกใหรถหยดกะทนหน เราจะเซไปขางหนา เพราะเราพยายามรกษาสภาพการเคลอนทดวยความเรวเทากบความเรวรถ ดงน นเมอรถหยดเราจงเซไปขางหนา

3. ขณะรถชนกนอยางแรง คนทนงดานหนากระเดนทะลผานกระจกหนาเพราะคนนงพยายามรกษาสภาพการเคลอนทดวยความเรวเทากบความเรวเดมของรถไว เมอรถหยดความเรวเปนศนย แตคนโดยสารในรถยงมความเรวเทาเดมอย

Page 17: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

กฎการเคลอนท

Page 18: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

กฎการเคลอนท

กฎการเคลอนทขอท 2 ของนวตน (Newton’s Second Law of Motion)

กลาววา “ถาแรงลพธทกระท าตอวตถมคาไมเปนศนย จะท าใหวตถเคลอนทดวยความเรง ในทศทางเดยวกบแรงทมากระท า โดยขนาดของของความเรงจะแปรผนตรงกบขนาดของแรงลพธ และแปรผกผนกบมวลของวตถ”

เขยนเปนสมการไดวา F ma

โดยท เปนแรงลพธทกระท าตอวตถ (N)

เปนมวลของวตถ (kg)

เปนความเรงของวตถ (m/s2)

F

m

a

จากกฎขอท 2 และa F1

am

Page 19: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

กฎการเคลอนท

กฎการเคลอนทขอท 3 ของนวตน (Newton’s Third Law of Motion)

กลาววา “ทกๆแรงกรยาจะมแรงปฏกรยาขนาดเทากนแตทศทางตรงขามกนเสมอ”ซงแรงทงสองจะมขนาดเทากน แตมทศทางตรงขามกน เรยกวาแรง คกรยา-ปฏกรยา โดยกระท าตอวตถคนละกอนกนตรงผวสมผสของวตถ

เขยนเปนสมการไดวาaction reactionF F

2F

N

1F

mg

(แรงทวตถดนพ น)

(แรงทพ นดนวตถ)

(แรงทโลกดงดดวตถ)

(แรงทวตถดงดดโลก)

ถาแรงทวตถดนพนเปนแรงกรยา แรงทพนดนวตถจะเปนแรงปฏกรยา

ถาแรงทโลกดงดดวตถเปนแรงกรยา แรงทวตถดงดดโลกจะเปนแรงปฏกรยา

Page 20: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

กฎการเคลอนท

หมายเหต 1. เราสามารถเรยกแรงใดวาเปนแรงกรยากได โดยอกแรงหนงจะ เรยกวาแรงปฏกรยา2. แรงกรยา-หกลางกนไมได เพราะแรงท งสองไมไดกระท าบนวตถกอนเดยวกน

2F

N

1F

mg

(แรงทวตถดนพ น)

(แรงทพ นดนวตถ)

(แรงทโลกดงดดวตถ)

(แรงทวตถดงดดโลก)

จากกฎขอท 1 ของนวตน

0yF

0N mg

N mg

แรงท งสองแรงสามารถหกลางกนได ตามสมการถาวตถไมมการเคลอนทในแนวดงในการค านวณ เราจะเขยนเฉพาะ

แรงทกระท าตอวตถทเราสนใจ(Free Body Diagram) เทาน น

Page 21: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

กฎการเคลอนท

สถานการณ แรงกรยา แรงปฏกรยา

1. การเตะฟตบอล แรงทเทากระท าตอลกฟตบอล แรงทลกฟตบอลกระท าตอเทา

2. ดาวเทยมโคจรรอบโลก โลกดงดดดาวเทยม ดาวเทยมดงดดโลก

3. แมเหลกดดตะป แรงทแมเหลกกระท าตอตะป แรงทตะปกระท าตอแมเหลก

4. เดกกระโดดบนพ น เทาออกแรงกระท าบนพ น พ นออกแรงกระท าตอเทา

ตวอยาง แรงกรยาและแรงปฏกรยา

Page 22: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

กฎการเคลอนท

สรป

Page 23: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.4 น าหนกของวตถ

ความเฉอย (inertia) คอ สมบตของวตถทตานการเปลยนสภาพการเคลอนทของวตถ หรอเปนสมบตทพยายามรกษาสภาพการเคลอนทเดมของวตถเอาไว

มวล (mass) คอ ปรมาณทบอกใหทราบวา วตถใดมความเฉอยมากหรอนอย เปนปรมาณสเกลาร มหนวยเปน Kg เขยนแทนดวยสญลกษณ “m”

สงทควรทราบถาวตถมมวลมาก แลวจะตานการเปลยนสภาพการเคลอนทมากถาวตถมมวลนอย แลวจะตานการเปลยนสภาพการเคลอนทนอยมวลเปนปรมาณคงทจะไมข นอยกบรปราง ,ส, ต าแหนงทอย และสถานะของวตถ

Page 24: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.4 น าหนกของวตถ

2/m sg

น าหนก (W) คอ แรงดงดดของโลกทกระท าตอวตถ มทศพงสใจกลางโลก มหนวยเปนนวตน

น าหนกมคาเทากบ mg และมทศเดยวกบ ; 9.8 g

แรงปฏกรยาในแนวต งฉากกบพ นสมผส (N)คอแรงทผวสมผสกระท าตอวตถในแนวต งฉากมหนวยเปน นวตน

Page 25: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.4 น าหนกของวตถ

น าหนก (weight) คอแรงโนมถวงของโลกทกระท าตอวตถ

w mg

น าหนก(w)ของวตถมวล 1.0 kg ทอยบนโลก คอ mg = 1.0 x 9.8 = 9.8 N

น าหนก(w)ของวตถไมไดมคาคงทเสมอไป ข นอยกบวาวตถน นอยทไหน เนองจากวาคา g บนโลกมคาไมเทากน โดยแตกตางกนแลวแตสถานท แตมวลของวตถ (m) มคาคงทไมวาจะอยทใดกตาม เพราะมวลข นอยกบมวลของอะตอมและโมเลกลของวตถ

Page 26: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.4 น าหนกของวตถ สรป

Page 27: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

1. ปรมาณใดในทางฟสกส ทบอกใหเราทราบวาวตถมความเฉอยมากนอยเพยงใดก. แรง ข.น าหนก ค.ความเรง ง.มวล

2. วตถอนหนงมมวล 3.0 กโลกรมบนโลก เมอน าวตถน ไปชงทดาวนาแมกทมคาแรงดงดดเปน 10 เทาของโลก วตถน จะมมวลเปนกกโลกรมก. 3.0 ข. 9.8 ค. 30 ง. 98

3. กฎขอท 1 ของนวตนมชอเรยกอกชอหนงวาอะไรก. กฎของสมดล ข. กฎของแรงกรยา-ปฏกรยาค. กฎแรงดงดดระหวางมวล ง. กฎแรงดงดดระหวางมวล

Page 28: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

4. เมอรถหยดกะทนหนผโดยสารจะคะม าไปขางหนา ปรากกการณน เปนไปตามกฎการเคลอนทของนวตนขอใดก. ขอท 1 ข. ขอท 2ค. ขอท 3 ง. กฎแรงดงดดระหวางมวล

5. ใชมาตวหนงลากรถ แรงทท าใหมาเคลอนทไปขางหนาคอแรงใดก. แรงทมากระท าตอรถ ข. แรงทรถกระท าตอมาค. แรงทมากระท าตอพ น ง. แรงทพ นกระท าตอเทามา

6. เมอตกตนไมลงมากระทบพ นจะรสกเจบ สาเหตทเจบอธบายไดดวยกฎการเคลอนทของนวตนขอใดก. ขอท 1 ข. ขอท 2ค. ขอท 3 ง. กฎแรงดงดดระหวางมวล

Page 29: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

7. ขอความใดทไมถกตอง ตามกฎการเคลอนทขอท 3 ของนวตนก. ประกอบดวยแรงสองแรงข. มขนาดเทากน และมทศทางตรงกนขามค. เปนแรงทท าใหแรงลพธบนวตถมคาเปนศนยง. เปนแรงทกระท าบนวตถตางชนดกน

8. จากรปนกเรยนผลกก าแพงดวยแรงขนาด 2 นวตนแรงปฏกรยาของแรงน เกดข นทไหน

ก. ก าแพง ข. ลอรถค. พ นทลอรถทบอย ง. ทฝามอของนกเรยน

Page 30: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

นวตนไดเสนอกฎแรงดงดดระหวางมวล มใจความวา

“ วตถท งหลายในเอกภพจะออกแรงดงดดซงกนและกน โดยขนาดของแรงดงดดระหวางวตถคหนงๆ จะแปรผนตรงกบผลคณระหวางมวลของวตถท งสอง และจะแปรผนแบบผกผนกบก าลงสองของระยะทางระหวางวตถท งสองน น ”

1 2F m m

2

1F

R

1 2

2

m mF

Rถาให G เปนคาคงทของการแปรผน (คานจโนม

ถวงสากล มคาเทากบ ) 11 2 26.67 10 /G Nm kg

1 2

2

m mF G

R

Page 31: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

ถา m1 และ m2 เปนมวลของวตถท งสอง ซงอยหางกนเปนระยะทาง R

ขนาดของแรงดงดดระหวางมวล FG ตามกฎแรงดงดดระหวางมวล คอ

1m 2m

R. .c m . .c m

GF GF1 22G

Gm mF

R

G = คาคงตวความโนมถวงสากล 6.673 x 10-11 Nm2/kg2

Page 32: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

สงทควรทราบ1. แรงดงดดระหวางมวลเปนแรงกระท ารวม โดยทมวลของวตถกอนท 1ดงดดมวลของวตถกอนท 2 และมวลของวตถกอนท 2 กจะดงดดมวลของวตถกอนท 1 ดวยขนาดของแรงเทากนในแนวเดยวกนแตทศทางตรงกนขามนนคอแรงคกรยาปฏกรยา

2. แรงดงดดของมวลระหวางโลกกบวตถ คอน าหนกของวตถนนเอง (w)

1m2m

. .c m . .c mGF GF

Page 33: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

3.5.1 การประยกตใชกฎแรงดงดดระหวางมวล ในการหามวลของโลก

Em

m

R

จาก2

Em mF G

R

แตแรงโนมถวงทกระท าตอวตถคอ F mg

แทนคา2

Em mmg G

R

จะได2

E

gRm

G

แตแรงโนมถวงทกระท าตอวตถคอ6 2

11

(9.8)(6.38 10 )

6.67 10Em

ก าหนดให เปนมวลของโลก , เปนมวลของวตถ , เปนระยะหางจากจดศนยกลางโลกถงวตถ ( )

ตามกฎแรงดงดดระหวางมวล โลกจะออกแรงดงดดมวล ดวยแรงดงน

Em m

R

m

66.38 10 m

245.98 10 Em kg

Page 34: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

3.5.2 การหาความเรงเนองจากแรงโนมถวงทต าแหนงตางๆ จากผวดาวเคราะห

3.5.2.1 คาความเรงเนองจากแรงโนมถวงทผวดาวเคราะห ( g )

M

m

R

จาก2

MmF G

R

แตแรงโนมถวงทกระท าตอวตถคอ F mg

แทนคา2

Mmmg G

R จะได

2

GMg

R

ถาแทนคา , และ ของโลก จะไดคา ประมาณ ถาเปรยบเทยบ ทผวดาวเคราะห 2 ดวง จะไดวา

G M R g 29.8 /m s

g

11 2

1

(1)GM

gR

22 2

2

(2)GM

gR

น า (1) /(2) จะได2

1 1 2

2 2 1

g M R

g M R

R = มวลของดาวเคราะห (kg)M = ระยะทางระหวางดาวเคราะหกบวตถ (m)

Page 35: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

3.5.2 การหาความเรงเนองจากแรงโนมถวงทต าแหนงตางๆ จากผวดาวเคราะห

3.5.2.2 คาความเรงเนองจากแรงโนมถวงทต าแหนงหางจากผวดาวเคราะห ( )

M

m

R

จาก2( )

MmF G

R h

แตแรงโนมถวงทกระท าตอวตถคอ 'F mg

แทนคา2

'( )

Mmmg G

R h

จะไดคา ทจดสงจากดาวเคราะห 2'

( )

GMg

R h

ความสมพนธระหวาง g กบ g’ จะไดวา

2' (1)

( )

GMg

R h

2 (2)

GMg

R

น า (1) /(2) จะได2

'g R

g R h

'g

'mgh

'g

Page 36: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

3.5.2 การหาความเรงเนองจากแรงโนมถวงทต าแหนงตางๆ จากผวดาวเคราะห

3.5.2.2 คาความเรงเนองจากแรงโนมถวงทต าแหนงลกลงไปใตผวดาวเคราะห ( g” )

ก าหนดใหมวล m อยภายในดาวเคราะห โดยอยหางจากจดศนยกลางของดาวเคราะหซงมมวล M เปนระยะ r สามารถค านวณหาคา ทจดน นได โดยก าหนดใหความหนาแนนดาวเคราะหเปน

''g

จาก34

3

M M

VR

และมวล m ถกดงดดดวยดาวเคราะหทมรศม r ( มวลสวนทแรเงา )

ซงดาวเคราะหรศม r มมวล (M’) 'M V

M

m

R

r

x

3

3

4

4 3

3

MR

R

3

3

Mr

R

Page 37: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

3.5.2 การหาความเรงเนองจากแรงโนมถวงทต าแหนงตางๆ จากผวดาวเคราะห

3.5.2.2 คาความเรงเนองจากแรงโนมถวงทต าแหนงลกลงไปใตผวดาวเคราะห ( g” )

เนองจาก

จะไดคา ทใตผวดาวเคราะห

ถา x = ระยะทางทลกลงไปใตผวดาวเคราะห จะไดวา r = R - x

2( )

MmF G

r

M

m

R

r

x

แตแรงโนมถวงทกระท าตอวตถคอ

แทนคา3

"GmMr

mgR

"g3

"( )

GMrg

R

ดงน น 3

( )"

( )

GM R xg

R

ความสมพนธระหวาง g กบ g” จะไดวา

"g R x

g R

3

GmMr

R

3

2 3

Gm Mr

r R

Page 38: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

หมายเหต1. คา ทผวดาวเคราะหมคามากทสด2. คา ทอยสงจากผวดาวเคราะหข นไปจะมคาลดลง3. คา ทอยลกจากผวดาวเคราะหลงไปจะมคาลดลง และจะเปนศนยเมออยทจด

ศนยกลางของดาวเคราะห

g

'g

"g

g

'g

"g

0

Page 39: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

1. จงพจารณาขอความตอไปน แลวเลอกค าตอบทถกตองทสดA. ทจดศนยกลางของโลก คา g มคาเปนศนยB. ภายใตผวโลกขนาดของ g มคาเทากนทกต าแหนงC. ยงสงข นไปจากผวโลกขนาดของ g จะยงมคาเพมข นD. ยงลกลงไปใตผวโลกขนาดของ g จะมคาลดลงค าตอบทถกตองคอก. ขอ A ,Bและ C ถก ข. ขอ A และ B ถก ข. ค. ขอ A และ D ถก ง. ขอ C และ D ถก

2. ทรงกลม A เปนทรงกลมกลวง ทรงกลม B เปนทรงกลมตน ทรงกลมท งสองมมวลและรศมเทากน คอ 150 kg และ 0.25 m ตามล าดบ ผวของทรงกลมท งสองอยหางกน 1 m แรงดงดดททรงกลม A กระท าตอทรงกลม B คอก. 3.33 x 10-5 ข. 6.67 x 10-5 ค. 3.33 x 10-7 ง. 6.67 x 10-7

0.25m 0.25m

1m

150Am kg 150Bm kg

จากสตร 1 22

Gm mF

R

11

2

6.67 10 (150)(150)(0.25 1 0.25)x

F

76.67 10F x N

Page 40: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

3. ถามวลของดวงจนทรเปน 1/80 ของโลก และรศมเปน ¼ ของโลกใหมวลของโลกเปน ME รศมของโลกเปน RE และ G เปนคาโนมถวงสากลวตถทตกอยางอสระบนดวงจนทรจะมความเรงเปนเทาไรก. 1 m/s2 ข. 2 m/s2 ค. 3 m/s2 ง. 4 m/s2

สมมตให m แทนมวลของวตถ1. พจารณาแรงดงดดบนผวโลก พบวา แรงดงดดระหวางมวลของโลกกบวตถ

คอ น าหนกของวตถ (mg) จากสตร2

GMmF

R 2

GMmmg

R

จะได ………………. (1)2

GMg

R

2. ทบนดวงจนทรจะมแรงดงดดเนองจากแรงโนมถวง ท าใหเกดความเรง ( a )

จากสตร2

GMmF

R

21 1

80 4E Ema G M m R

Page 41: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.5 กฎแรงดงดดระหวางมวลของนวตน

3. ถามวลของดวงจนทรเปน 1/80 ของโลก และรศมเปน ¼ ของโลกใหมวลของโลกเปน ME รศมของโลกเปน RE และ G เปนคาโนมถวงสากลวตถทตกอยางอสระบนดวงจนทรจะมความเรงเปนเทาไรก. 1 m/s2 ข. 2 m/s2 ค. 3 m/s2 ง. 4 m/s2

22

11680

1 8016

EE

EE

GMGM

aRR

25 E

E

GMa

Rจะได ………………. (2)

น า (1) แทนใน (2) จะได 15

a g

21(10) 2 /

5a m s

Page 42: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.6 แรงเสยดทาน

แรงเสยดทาน (Friction Force : )f

แรงเสยดทาน คอ แรงตานการเคลอนทของวตถ เกดขนระหวางผวสมผสของวตถคนนๆ จะมทศทางตรงขามกบการเคลอนทเสมอ ขนอยกบน าหนกทกดลงไปบนผวสมผส และคณสมบตเฉพาะตวของผวสมผสนนๆ

แรงเสยดทานแบงเปนสองชนด คอ

1.แรงเสยดทานสถต คอ แรงเสยดทานทเกดขนเมอมแรงมากระท าตอวตถและวตถยงอยนง แรงเสยดทานสถตจะมคาตงแต 0 นวตน ถง Max โดยคามากทสดเกดขนขณะทวตถเรมเคลอนทพอด

s sf Nขอควรทราบ

แรงเสยดทานสถตจะมคาไมคงท กลาวคอ (max)0 s sf f

sf F

(max)s sf N

ขณะวตถอยนงๆ

ขณะวตถเรมเคลอนท

สมประสทธแรงเสยดทาน เปนคาคงทของแรงเสยดทานโดยข นอยกบลกษณะผวสมผส

Page 43: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.6 แรงเสยดทาน

1.แรงเสยดทานจลน คอ แรงเสยดทานทเกดขนในขณะทวตถเคลอนทดวยความเรวคงท

k kf N

(max)s sf N

k kf N

f

Fชวงความเสยดทานจลน ชวงความเสยดทานสถต

กราฟความสมพนธระหวางแรงเสยดทานและแรงดง

- แรงเสยดทานจลน จะมคาคงทเสมอ ไมวาจะเคลอนทดวยความเรวคงท ความเรง หรอความหนวง- โดยทวไปคา fk จะมคานอยกวา fs(max)

fk(max) = µkN

kk

f

N คาคงตว

Page 44: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.6 แรงเสยดทาน

Page 45: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.6 แรงเสยดทานหลกการพจารณาวา ถาหากออกแรงดงวตถ แลววตถจะเคลอนทได

หรอไม พจารณาจาก

m Ff

1. ถา Fดง < วตถไมเคลอนท fขณะน น = fs ขณะใดๆ(max)sf

2. ถา Fดง = วตถไมเคลอนท fขณะน น = fs (max)(max)sf

3. ถา Fดง > วตถเคลอนทไปได fขณะน น = fk(max)sf

เมอวตถอยบนพ นเอยงแลววตถลนไถลลงมาตามพ นเอยงดวยความเรวคงท จะสามารถหาสมประสทธแรงเสยดทานไดจาก

m

mg

N

cosmg

sinmg

vf

แนวขนานกบพ นเอยง

จากสมการ F ma

sin 0mg f sinmg f

แนวต งฉากกบพ นเอยง cosmg N

1

2

1 2 tanf

N

Page 46: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.6 แรงเสยดทาน

สมบตของแรงเสยดทาน

1. แรงเสยดทานมคาเปนศนย เมอวตถไมมแรงภายนอกมากระท า

2. ขณะทมแรงภายนอกมากระท าตอวตถ และวตถยงไมเคลอนท แรงเสยดทานทเกดข นมขนาดตางๆกนตามขนาดของแรงทมากระท า และแรงเสยดทานทมคามากทสดคอ แรงเสยดทานสถต เกดข นเมอวตถเรมจะเคลอนท

3. แรงเสยดทานมทศทางตรงขามกบการเคลอนทของวตถ

4. แรงเสยดทานสถตมคาสงกวาแรงเสยดทานจลนเลกนอย

5. แรงเสยดทานจะมคามากหรอนอยข นอยกบลกษณะของผวสมผส ผวขรขระมแรงเสยดทานมาก กวาผวราบเรยบ

6. แรงเสยดทานข นอยกบน าหนกหรอแรงกดของวตถบนพ น ถาน าหนกมาก แรงเสยดทานจะมากข นดวย

7. แรงเสยดทานไมข นอยกบขนาดหรอพ นทของผวสมผส

Page 47: ฟิสิกส์มูลฐาน · Week 3 มวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 3.1 แรง 3.2 การหาแรงลัพธ์ของแรงที่ท

3.6 แรงเสยดทาน

1. ถา N เปนแรงปฏกรยาทพ นกระท าตอวตถ เปนสมประสทธของความเสยดทานสถตระหวางผววตถกบพ น แรงเสยดทานสถตในขณะทวตถยงไมเคลอนทจะมคาเทาใดก. ข. ระหวาง 0 กบ ค. มากกวา ง. มากกวา

s N s N s Nk N

s

แรงเสยดทานสถตจะมคาไมคงท กลาวคอ (max)0 s sf f (max)s sf Nกลาวคอ

2. รถมวล 500 kg เพมความเรวอยางสม าเสมอจากจดหยดนงไปเปน 72 km/hr ในเวลา 10 s แรงเสยดทานทสงใหรถวงไปขางหนามคาเทาใดก. 1,000 N ข. 2,000 N ค. 3,600 N ง. 7,200 N

F ma

f ma

v u at

72 10000 (10)

3600a

22 /a m s

f ma

500 2 1,000f N