สำหรับน้องๆ ม.4 ที่กำลังเตรียมตัวจะเข้าสู่เทอมที่ 2 หรือกำลังเรียน ฟิสิกส์ ม 4 เทอม 2 กันอยู่ในตอนนี้ ที่อยากจะติวเข้มเนื้อหาวิชาฟิสิกส์ให้เข้าใจมากยิ่งขึ้น เพื่อไปพิชิตคะแนนสอบกันได้อย่างแม่นยำ วันนี้พี่ๆ Athome มีคอร์ส ฟิสิกส์ ม 4 เทอม 2 เตรียมพร้อมก่อนใคร เก่งก่อนใครมาแนะนำให้กับน้องๆได้ทราบว่า ในวิชาฟิสิกส์ ในระดับชั้น ม.4 ในภาคเรียนที่ 2 นั้น น้องๆจะได้เรียนอะไรบ้าง รับรองเลยว่าคอร์สนี้ของทางแอดโฮมน้องๆจะได้ติวเข้มกันแบบแน่นๆ ครบทุกเนื้อหาในหลักสูตรที่ถูกกำหนดเอาไว้อย่างแน่นอนเลยค่ะ
มาดูเนื้อหาตัวอย่างคอร์สนี้แบบคร่าวๆกันเลยดีกว่าค่ะ ว่าน้องๆจะได้เรียนอะไรกันบ้าง
เนื้อหา ฟิสิกส์ ม 4 เทอม 2 หลักสูตรใหม่ เรียนอะไร?
ในส่วนของ เนื้อหา ฟิสิกส์ ม 4 เทอม 2 หลักสูตรใหม่ จากคอร์สของทางพี่ๆ Athome น้องๆจะได้เรียน เนื้อหาดังต่อไปนี้ค่ะ
บทที่ 1 สมดุลกล
สมดุลกล (mechanical equilbrium) หรือ สมดุล (equilibrium) หมายถึง วัตถุที่สามารถรักษาสภาพการเคลื่อนที่ให้ยังอยู่คงเดิม หรือสามารถกล่าวได้อีกว่าเป็น วัตถุอยู่นิ่ง หรือ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่
โดย สมดุลกล นั้นสามารถแบ่งออกได้เป็น
1. สมดุลสถิต (static equilibrium) หมายถึง วัตถุที่อยู่นิ่งและไม่มีการหมุน เช่น ขวดน้ำวางอยู่บนโต๊ะ
2. สมดุลจลน์ (dynamic equilibrium) หมายถึง วัตถุที่มีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่คงตัว หรือวัตถุที่การหมุนด้วยอัตราความเร็วที่คงตัว เช่น ขวดน้ำกลิ้งตกลงมาตามพื้นเอียง
ทั้งนี้ คำว่าสมดุลจลน์ สามารถแปลได้ 2 ความหมายคือ สมดุลของวัตถุที่เคลื่อนที่แนวตรงด้วยความเร็วคงตัวแล้ว และหมายถึงสมดุลของวัตถุที่หมุนรอบแกนเดิมด้วยอัตราเร็วคงตัว
ศูนย์กลางมวลและศูนย์ถ่วง คืออะไร
| จุดศูนย์กลางมวล (center of mass, C.M.) หมายถึง จุดที่เป็นศูนย์รวมของมวลทั้งก้อนของวัตถุ ซึ่งอยู่ประจำที่แน่นอนโดยไม่ขึ้นอยู่กับสถานที่และไม่จำเป็นต้องอยู่ภายในเนื้อวัตถุเสมอไป เช่น ศูนย์กลางมวลของวงแหวน |
| จุดศูนย์ถ่วง (center of gravity, C.G.) หมายถึง จุดที่แรงโน้มถ่วงของโลกกระทำต่อวัตถุ โดยวัตถุที่อยู่ในบริเวณที่สนามโน้มถ่วงมีค่าคงที่สม่ำเสมอ จุดศูนย์ถ่วงของวัตถุและจุดศูนย์กลางมวล จะอยู่ในตำแหน่งเดียวกัน |
สมดุล แบ่งออกได้เป็น 3 ลักษณะ คือ
1. สมดุลต่อการเคลื่อนที่ (translation equilibrium) คือ การสมดุลที่วัตถุอยู่นิ่ง ๆ
หรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว
( ใส่รูป 1 )
โดยในการคำนวณปริมาณที่เกี่ยวข้องกับการที่วัตถุอยู่ในสมดุลต่อการเลื่อนที่และอยู่นิ่ง สามารถแยกพิจารณาได้ดังนี้ คือ
· กรณีมีแรงสองแรงกระทำ แรงทั้งสองจะต้องมีขนาดเท่ากันแต่มีทิศตรงข้ามกัน
และแนวแรงผ่านศูนย์กลางมวล
· สมดุลที่เกิดจากแรง 2 แรง คือ เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุ 2 แรงแล้ว วัตถุสมดุลต่อการเคลื่อนที่ (อยู่นิ่งหรือเคลื่อนด้วยความเร็วคงตัว) ดังรูป แรงทั้งสองจะมีความสัมพันธ์กันคือ แรงทั้งสองต้องมีขนาดเท่ากัน ต้องมีทิศทางตรงกันข้ามและอยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน และแรงลัพธ์ของแรงทั้งสองเท่ากับศูนย์
( ใส่รูป 2 )
· กรณีมีแรงสามแรงกระทำ สามารถแบ่งได้เป็นกรณีย่อยอีกสองกรณีคือ
· กรณีที่แรงอยู่ในแนวเดียวกัน ผลรวมของแรงที่มีทิศตรงข้ามกันต้องมีขนาดเท่ากัน
· กรณีที่แรงไม่อยู่ในแนวเดียวกันแต่อยู่ในระนาบเดียวกัน แนวแรงทั้งสามต้องพบกันที่จุด ๆ หนึ่ง
2. สมดุลต่อการหมุน (absolute equilibrium) คือ วัตถุมีอัตราการหมุนคงตัวผลรวมของโมเมนต์
( ใส่รูป 3 )
ข้อควรรู้
- โมเมนต์ของแรง (moment of forces) เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุ นอกจากจะทำให้วัตถุเกิดการเคลื่อนตำแหน่งแล้ว บางครั้งยังทำให้วัตถุเกิดการหมุนด้วยโดยผลหมุนของวัตถุจะเรียกว่า โมเมนต์ (moment) หรือ ทอร์ค (torque) โดยหาได้จาก
| โมเมนต์ของแรง แรง x ระยะทางที่ลากจากหมุนไปตั้งฉากกับแนวแรง หรือ M = F x L |
- โมเมนต์เป็นปริมาณเวกเตอร์ เพื่อความสะดวกและง่ายในการคำนวณ จึงคิดเฉพาะขนาดของโมเมนต์ของแรงกับทิศทางตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา
- เงื่อนไขสมดุลต่อการหมุน คือ ถ้าวัตถุอยู่ในสภาพสมดุลต่อการหมุนจะได้ “ผลรวมทางพืชคณิต“
( ใส่รูป 4 )
3. สมดุลสัมบูรณ์ (absolute equilibrium) คือ การสมดุลที่มีทั้งสมดุลต่อการเลื่อนตำแหน่งและสมดุลต่อการหมุนและเงื่อนไขของสมดุล
| ΣF = 0 และ ΣM = 0 |
หมายเหตุ :
F คือ แรง หน่วยเป็น N
M คือ โมเมนต์ หน่วยเป็น N•m
· กรณีที่มีแรงมากกว่าสามแรงกระทำ จะเกิดเมื่อผลรวมของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเท่ากับศูนย์ โดยที่แรงแต่ละแรงไม่อยู่ในแนวเดียวกัน ถ้านำเวกเตอร์แทนแรงทั้งหมดมารวมกันด้วยวิธีหางต่อ
หัวเวกเตอร์ จะได้เป็นรูปหลายเหลี่ยมปิด
บทที่ 2 งานและพลังงาน
1. งานเนื่องจากแรงคงตัว
งาน (Work) คือ ผลของแรงที่กระทำบนวัตถุ และทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปตำมแนวแรง ซึ่งเป็นปริมาณ
สเกลล่าร์มี หน่วยเป็น นิวตันเมตร (N.m) หน่วยนี้มีชื่อใหม่ว่ำ จูล (Joule, J) นั่นคือ 1 J = 1 N.m ในกรณีแรง F ที่มากระทำเป็นแรงคงตัวและกำรกระจัด s ของวัตถุอยู่ในแนวเดียวกับแรง ปริมำณงำนที่แรง F กระทำจะมีค่ำเท่ากับ “ผลคูณระหว่างขนำดของแรงและขนำดของกำรกระจัด”
| 𝑾 = 𝑭s |
เมื่อ W = งำนที่ทำได้มีหน่วยเป็น จูล (J)
F = แรงที่กระทำต่อวัตถุ มีหน่วยเป็น นิวตัน (N)
s = ระยะทำงที่วัตถุเคลื่อนที่ได้มีหน่วยเป็น เมตร (m)
( ใส่รูป 5 )
( ใส่รูป 6 )
กรณีที่แรง F กระทำต่อวัตถุในแนวทำมุม θ กับทิศกำรเคลื่อนที่ของวัตถุ 𝐹𝑥 = 𝐹 cos 𝜃
| 𝑾 = 𝑭𝒔 𝐜𝐨𝐬 θ |
เมื่อ θ เป็นมุมระหว่างทิศของแรงที่กระทำกับทิศกำรเคลื่อนที่ของวัตถุ
( ใส่รูป 7 )
งานที่เกิดจำกแรงกระทำไม่อยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนของวัตถุจะหำได้จำกผลคูณระหว่ำงขนำดของแรง องค์ประกอบในแนวกำรเคลื่อนที่กับขนำดกำรกระจัดของวัตถุที่เกิดขึ้นในช่วงที่แรงนี้กระทำ ดังนั้น เมื่อ
แรงอยู่ในทิศเดียวกับการเคลื่อนที่ งาน W เป็นบวก +
แรงอยู่ในทิศสวนทางกับการเคลื่อนที่ งาน W เป็นลบ –
แรงอยู่ในทิศตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ งาน W เป็นศูนย์ 0
2. งานเนื่องจากแรงไม่คงตัว
การหางานจากกราฟ
งาน มีค่าเท่ากับพื้นที่ใต้กราฟของกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงลัพธ์ที่เข้ามำกระทำกับวัตถุ และการกระจัดที่เกิดขึ้น สามารถหาค้าของงานได้ทั้งในกรณีที่แรงเป็นค่ำคงที่ และเมื่อแรงไม่คงที่
( ใส่รูป 8 )
แรงที่ กระทำกับวัตถุอำจไม่คงที่ เช่น ออกแรงดึงสปริงให้ยืดช้ำๆ แรงจะเพิ่มขึ้นตำมระยะยืดของสปริง
( ใส่รูป 9 )
ดังนั้นงานทั้งหมดจาก s1 ไป s2 W = F1∆s1 + F2∆s2 + … = ∑Fi∆si
3. กำลัง(Power)
กำลังเป็นปริมาณที่ใช้วัดขีดความสามารถหรือประสิทธิภาพของ การทำงานของระบบ ระบบใดที่สามารถทำงานอันหนึ่ง หกปี ได้เร็วกว่าอีกระบบหนึ่ง ถือว่าระบบนั้นมีกำลังสูงกว่า ดังนั้นกำลังคืออดีต
ตราการทำงานหรือปริมาณงาน ที่ทำได้ในหนึ่งหน่วยเวลา ซึ่งโดยทั่วไปเป็นค่ากำลังเฉลี่ย
4. พลังงาน (Energy)
พลังงานกล หรือพลังงานทำงกลศาสตร์ พลังงานกลของวัตถุมี2 รูปแบบที่ต่างกันชัดเจน ได้แก่
· พลังงานจลน์ คือ พลังงานที่ขึ้นกับ ความเร็วของวัตถุ
· พลังงานศักย์ คือ พลังงานที่ขึ้นกับตำแหน่งของวัตถุ
บทที่ 3 การชนและโมเมนตัม
โมเมนตัม หมายถึง ความสามารถในการเคลื่อนที่ของวัตถุ ซึ่งมีค่าเท่ากับผลคูณระหว่าง มวลและ
ความเร็วของวัตถุ มวลเป็นปริมาณ สเกลาร์แต่ความเร็วเป็นปริมาณเวกเตอร์ เมื่อนำปริมาณทั้งสองเข้าคูณด้วยกัน ถือว่าปริมาณใหม่เป็นปริมาณเวกเตอร์เสมอ ฉะนั้นโมเมนตัมจึงเป็นปริมาณเวกเตอร์ คือมีทั้งขนาดและทิศทาง
| โมเมนตัม = มวล × ความเร็ว |
โดยที่ m แทนมวล และ v แทนความเร็ว หน่วยเอสไอของโมเมนตัม คือ กิโลกรัมเมตรต่อวินาที(kg m/s) ความเร็วของวัตถุจะให้ทั้งขนาด (อัตราเร็ว) และทิศทาง โมเมนตัมของวัตถุขึ้นอยู่กับความเร็ว จึงทำให้เป็นปริมาณเวกเตอร์
การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของวัตถุ เราเรียกว่า การดล ซึ่งหาได้จาก มวล × การเปลี่ยนแปลงความเร็ว หรือ แรงที่กระทำต่อวัตถุ × เวลาที่แรงนั้นกระทำ
กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม และการชน
โมเมนตัมมีสมบัติพิเศษ นั่นก็คือจะถูกอนุรักษ์อยู่เสมอ (ไม่เพิ่มขึ้น และในขณะเดียวกันก็ไม่ลดหายไป) แม้แต่ใน
การชน ต่อมาพลังงานจลน์นั้นจะไม่ถูกอนุรักษ์ในการชน ถ้าการชนนั้นเป็นการชนแบบไม่ยืดหยุ่น เนื่องจากการคงตัวของโมเมนตัมที่กล่าวมาแล้ว จึงทำให้สามารถนำไปคำนวณความเร็วที่ไม่ทราบค่าภายหลังการชนได้
ปัญหาในวิชาฟิสิกส์ที่จะต้องใช้ความจริงที่กล่าวมานี้ ก็คือการชนกันของสองอนุภาค
โดยผลรวมของโมเมนตัมก่อนการชนจะต้องเท่ากับผลรวมของโมเมนตัมหลังการชนเสมอ
โดยที่ ตัวห้อย i แสดงถึง ก่อนการชน
และ ตัวห้อย f แสดงถึง หลังการชน
โดยปกติ เราจะทราบเพียงความเร็วก่อนการชน หรือหลังการชน ไม่อย่างใดก็อย่างหนึ่ง และต้องการที่จะทราบความเร็วอีกตัวหนึ่ง การแก้ไขปัญหานี้อย่างถูกต้องจะทำให้เราทราบว่าการชนนั้นเป็นอย่างไร
การชนนั้นมีสองประเภท ดังต่อไปนี้
- การชนแบบยืดหยุ่น เป็นการชนที่อนุรักษ์พลังงาน
- การชนแบบไม่ยืดหยุ่น เป็นการชนที่ไม่อนุรักษ์พลังงาน
การเคลื่อนที่แนวโค้ง
การเคลื่อนที่แบบวิถีโค้ง หรือการเคลื่อนที่แบบโพรเจคไทล์ คือ การเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีแรงกระทำทำมุมใดๆ กับความเร็ว โดยมุมกระทำนั้นไม่คงที่ เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา จะได้ลักษณะการเคลื่อนที่เป็น
โค้งพาราโบลาซึ่งมีการขจัดเกิดขึ้น 2 แนวพร้อมกันคือ แนวราบและแนวดิ่ง ดังนั้น ความเร็วขณะใด ๆ ของการเคลื่อนที่จะต้องประกอบด้วยความเร็ว 2 แนว คือ แนวราบ ( V ) และแนวดิ่ง ( V, ) ทิศของความเร็วใดๆ จะต้องสัมผัสกับเส้นโค้งการเคลื่อนที่เสอม ดังรูป
( ใส่รูป 10 )
จบลงกันไปแล้วสำหรับรายละเอียดคร่าวๆของคอรส์นี้ หากน้องๆต้องการสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมสามารถติดต่อพี่ๆ Athome เข้ามาได้เลยนะคะ และหากต้องการเรียนเพิ่มเติมเพื่อเจาะลึกเนื้อต่างๆเพิ่มเติม อย่างเช่น xxxxxx,xxxxx,xxxxx ก็สามารถเลือกดูคอร์สอื่นๆเพิ่มเติมเพื่อเรียนควบคู่กันไปได้เลยค่ะ
