แรงและการเคลื่อนที่ เกี่ยวข้องกันอย่างไร และความหมายของแรงคืออะไร

แรงและการเคลื่อนที่ (Force and Motion)

เมื่อวัตถุสองชิ้นมีปฏิกิริยาต่อกันย่อมส่งผลให้เกิด แรงและการเคลื่อนที่

ทฤษฎีของ แรงและการเคลื่อนที่

แรง (Force) คืออำนาจภายนอกที่สามารถกระทำให้วัตถุเกิดการเปลี่ยนแปลง ทั้งทางลักษณะรูปร่าง ตำแหน่งทิศทาง และการเคลื่อนที่ เป็นปฏิสัมพันธ์ (Interaction) ระหว่างวัตถุต่อวัตถุด้วยกันเอง หรือระหว่างวัตถุต่อสิ่งภายนอก ในทางวิทยาศาสตร์ แรงจึงถูกกำหนดให้เป็นปริมาณเวกเตอร์ (Vector) ที่มีทั้งขนาด (Magnitude) และทิศทาง (Direction) แรงประกอบไปด้วยแรงย่อยและแรงลัพธ์ ถ้ามีแรงมากกว่าหนึ่งแรงกระทำต่อวัตถุ แรงลัพธ์คือผลรวมของแรงย่อยทั้งหมดที่มากระทำต่อวัตถุดังกล่าว โดยมีหน่วยเป็นนิวตัน (Newton)

ปริมาณทางฟิสิกส์จำแนกออกได้ 2 ประเภท คือ

  1. ปริมาณสเกลาร์ (Scalar) คือ ปริมาณที่บ่งบอกเพียงขนาด เช่น มวล อุณหภูมิ เวลา พลังงาน ความหนาแน่น และระยะทาง
  2. ปริมาณเวกเตอร์ (Vector) คือ ปริมาณที่ต้องบ่งบอกทั้งขนาดและทิศทาง เช่น แรง โมเมนต์ การกระจัด และความเร็ว
แรงและการเคลื่อนที่,
การเล่นสกีเป็นการเคลื่อนที่ตามแรงโน้มถ่วงโลก

แรงพื้นฐานทั้ง 4 แรงในธรรมชาติ

แรงทั้งหมดในจักรวาลล้วนแล้วแต่ตั้งอยู่บนพื้นฐานของการปฏิสัมพันธ์หรือแรงพื้นฐานทั้ง 4 ในธรรมชาติ ได้แก่

  1. แรงนิวเคลียร์เข้ม (Strong Nuclear Force) คือแรงยึดเหนี่ยวอนุภาคมูลฐานและเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของสสารหรือ “ควาร์ก” (Quark) ภายในโปรตอนและนิวตรอน เป็นแรงที่ยึดเหนี่ยวอนุภาคต่างๆภายในนิวเคลียสของอะตอม
  2. แรงนิวเคลียร์อ่อน (Weak Nuclear Force) คือแรงที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับการสลายตัวของอนุภาคหรือ “การแผ่กัมมันตภาพรังสี”
  3. แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Force) คือแรงที่ก่อให้เกิดการกระทำระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า
  4. แรงโน้มถ่วง (Gravitational Force) คือแรงดึงดูดระหว่างวัตถุหรือสสารที่มีมวล
แรงและการเคลื่อนที่, การเคลื่อนที่, แรง, แรงโน้มถ่วง
แรงดึงดูดระหว่างดาวเคราะห์เกิดจากแรงโน้มถ่วงในดาวเคราะห์

แรงก่อให้เกิดการเคลื่อนที่ (Motion) หรือการเปลี่ยนตำแหน่งของวัตถุ โดยมีองค์ประกอบที่สำคัญ ได้แก่

  • ระยะทาง (Distance) คือระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่จริงตามเส้นทางทั้งหมด เป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นเมตร
  • การกระจัด (Displacement) คือระยะทางที่สั้นที่สุดหรือความยาวของเส้นตรงสมมติที่ลากจากจุดเริ่มต้นถึงจุดสิ้นสุด เป็นปริมาณเวกเตอร์ มีหน่วยเป็นเมตร
  • เวลา (Time) คือระยะเวลาที่วัตถุใช้เดินทางจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง เป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นวินาที
  • อัตราเร็ว (Speed) คือระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา โดยในการเคลื่อนที่แต่ละช่วงเวลา วัตถุอาจไม่ได้เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วคงที่เสมอไป อัตราเร็วเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที (m/s)
  • ความเร็ว (Velocity) คือการกระจัดของวัตถุในหนึ่งหน่วยเวลา เป็นปริมาณเวกเตอร์ มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที
  • อัตราเร่ง (Magnitude of Acceleration) คืออัตราเร็วที่เปลี่ยนแปลงไปในหนึ่งหน่วยเวลา เป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที2
  • ความเร่ง (Acceleration) คือความเร็วที่เปลี่ยนแปลงไปในหนึ่งหน่วยเวลา เป็นปริมาณเวกเตอร์ มีหน่วยเป็นเมตร/วินาที2
แรงและการเคลื่อนที่
เสือชีตาห์ เป็นสัตว์ที่วิ่งเร็วเป็นอันดับต้นๆ ของโลก เนื่องจากมีกล้ามเนื้อ และระบบสรีรวิทยา ที่เอื้อต่อการเป็นผู้ล่า

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน (Newton’s Law of Motion)

ในปี 1687 หลังการให้นิยามต่อแรงโน้มถ่วงและบัญญัติกฎความโน้มถ่วงสากล เซอร์ ไอแซก นิวตัน (Sir Isaac Newton) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษผู้โด่งดัง ได้ทำการค้นคว้าและบัญญัติ “กฎการเคลื่อนที่” (Three Laws of Motion) ที่สำคัญยิ่งให้กับวงการกลศาสตร์ ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับแรงและการเคลื่อนที่ของวัตถุต่างๆ โดยกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันประกอบไปด้วย

  1. กฎของความเฉื่อย (Law of Inertia)

เมื่อไม่มีแรงจากภายนอกมากระทำ วัตถุดังกล่าวจะคงสภาวะเดิมของการเคลื่อนที่ เช่น สภาพอยู่นิ่งกับที่หรือเคลื่อนที่ต่อไปอย่างสม่ำเสมอ

  1. กฎของความเร่ง (Law of Acceleration)

เมื่อมีแรงมากระทำต่อวัตถุ แรงนั้นจะเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุและทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวแรง โดยความเร็วของวัตถุจะแปรผันตามแรงดังกล่าวและผกผันกับมวลของวัตถุ

  1. กฎของแรงปฏิกิริยา (Law of Action and Reaction)

เมื่อมีแรงมากระทำต่อวัตถุ วัตถุนั้นจะออกแรงโต้ตอบในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงที่มากระทำ แรงทั้งสองจะมีขนาดเท่ากันและเกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันทั้ง 3 ข้อเป็นกฎกายภาพที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของสสารและการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นจริงอยู่เสมอ เป็นกฎของธรรมชาติที่มนุษย์เราไม่สามารถควบคุม ดัดแปลง หรือแก้ไขกฎแห่งความจริงเหล่านี้ได้

 ปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อแรงและการเคลื่อนที่

  • มวล (Mass) เป็นสมบัติของวัตถุที่ก่อให้เกิดการต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพและการเคลื่อนที่ของวัตถุ จากการกระทำของแรง หรือที่เรียกว่า “ความเฉื่อย” (Inertia) วัตถุทุกชนิดมีความเฉื่อย โดยวัตถุที่มีมวลมากจะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ได้ยาก ดังนั้น วัตถุดังกล่าวจึงมีความเฉื่อยมากเมื่อเปรียบเทียบกับวัตถุที่มีมวลน้อยกว่า มวลเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นกิโลกรัม (Kilogram)
  • น้ำหนัก (Weight) คือแรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุที่มีมวลซึ่งส่งผลให้วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงตัว น้ำหนักเป็นปริมาณเวกเตอร์ มีหน่วยเป็นนิวตัน (Newton)

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

Idaho State Board of Education- https://idahoptv.org/sciencetrek/topics/force_and_motion/facts.cfm

Wired.com – https://www.wired.com/2008/09/basics-what-is-a-force/

National Geographic – https://www.nationalgeographic.com/news/2010/1/100104-isaac-newton-google-doodle-logo-apple/

ทรูปลูกปัญญา – http://www.trueplookpanya.com/learning/detail/31414

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://www.scimath.org/lesson-physics/item/8782-2018-09-20-06-44-23

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี – http://www.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/288/6/newton48.pdf


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : แรงโน้มถ่วงของโลก

เรื่องแนะนำ

เหตุผลอันน่าประหลาดใจ ว่าทำไมหมีขั้วโลกต้องพึ่งพาน้ำแข็งทะเลเพื่ออยู่รอด

งานวิจัยชิ้นใหม่สำรวจความเชื่อมโยงชิ้นสำคัญในห่วงโซ่อาหารของเหล่า หมีขั้วโลก ทุกฤดูหนาว น้ำแข็งในทะเลอาร์กติกจะขยายตัวรอบขั้วโลก กิ่งก้านเยือกแข็งของมันแผ่ขยายไปตามแนวชายฝั่งทางเหนือ ขณะนี้ น้ำแข็งทะเลเพิ่งผ่านจุดที่ขยายตัวมากที่สุดในรอบปี และจะเริ่มหดตัวเมื่อฤดูใบไม้ผลิมาถึง นี่เป็นช่วงเวลาที่สำคัญสำหรับหมีขั้วโลก ซึ่งมีแหล่งอาหารที่เกี่ยวพันกับน้ำแข็งทะเลอย่างไม่อาจแยกขาดจากกันได้ และในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา น้ำแข็งทะเลหดตัวอย่างรวดเร็วกว่าที่เคยเป็นมา ข้อมูลจากศูนย์ข้อมูลด้านหิมะและน้ำแข็งแห่งชาติ (National Snow and Ice Data Center) ระบุว่า ในปี 2019 น้ำแข็งทะเลที่ปกคลุมอาร์กติก มีขนาดเล็กที่สุดเป็นอันดับเจ็ด นับตั้งแต่พวกเขาเริ่มเก็บข้อมูลจากดาวเทียมเมื่อ 40 ปีก่อน ในปีนี้ “[การหดตัวของน้ำแข็งทะเล] ไม่ได้สร้างสถิติใหม่ แต่สิ่งสำคัญคือแนวโน้ม” แอนดรูว์ เดโรเชอร์ (Andrew Derocher) นักวิทยาศาสตร์ด้านหมีขั้วโลกแห่งมหาวิทยาลัยแอลเบอร์ตา กล่าว “แนวโน้มเชิงลบของน้ำแข็งทะเลตลอดทุกเดือน เป็นสิ่งที่น่ากังวล” ฤดูใบไม้ผลิที่หนาวเย็นทำให้น้ำแข็งคงตัวอยู่ได้ ซึ่งทำให้หมีขั้วโลกสามารถเข้าถึงหนึ่งในอาหารโปรดอย่างแมวน้ำได้ง่ายขึ้น แต่ฤดูใบไม้ผลิที่อุ่นขึ้นทำให้เส้นทางหาอาหารที่สำคัญของพวกมันขาดหายไป “สำหรับ หมีขั้วโลก หมีตัวที่อ้วนที่สุดคือตัวที่อยู่รอด” เดโรเชอร์กล่าว หมีที่ตัวอ้วนกว่า มีโอกาสที่จะอยู่รอดในฤดูร้อนซึ่งไม่มีน้ำแข็งและไม่มีหรือแทบไม่มีแหล่งอาหาร มากกว่าตัวที่ผอม และหมีเพศเมียที่อ้วนกว่า ต้องการพลังงานเพื่อให้กำเนิดและเลี้ยงดูลูกให้มีสุขภาพดีได้โดยสมบูรณ์ “ไม่เคยมี หมีขั้วโลก ตัวไหนที่มองตัวเองในทะเลสาบที่ละลาย แล้วคิดว่านี่ฉันอ้วนเกินไปแล้วนะ” […]

ไฉน ชันสูตร จึงสำคัญ

ไฉน ชันสูตร จึงสำคัญ เรื่องและภาพ ธนเสฏฐ์ ศิริวัฒนาดิเรก ข่าวคราวการเสียชีวิตเป็นเรื่องเศร้า แม้ว่าความตายจะเป็นสัจธรรมที่เราทุกคนต้องพบเจอ แต่ถ้าเป็นคุณเองจะสามารถทำใจและใช้ชีวิตต่อไปในวันข้างหน้าได้อย่างไร หากคนที่คุณรักจากโลกใบนี้ไปแบบไม่ทราบสาเหตุ ย้อนกลับไปเมื่อเดือนที่ผ่านมา ความตายกลายเป็นหัวข้อหลักของการสนทนาและการติดตามในสังคมไทย ความตายของ นายภคพงศ์ ตัญกาญจน์ หรือ น้องเมย นักเรียนเตรียมทหารชั้นปีที่ 1 ที่เสียชีวิตอย่างกะทันหัน ภาพความเจ็บปวดของครอบครัวผู้เสียชีวิตถูกเผยแพร่ผ่านโทรทัศน์และโลกออนไลน์ The Perspective พาคุณผู้อ่านไปทำความรู้จักกับกระบวนการ ชันสูตรศพ ศาสตร์ที่ว่านี้ย้อนอายุได้ไกลเป็นพันปี และในปัจจุบันกระบวนการชันสูตรพัฒนาไปไกลจากเดิมมาก การ ชันสูตร มีความสำคัญอย่างไร? มีขั้นตอนอะไรบ้าง? ต้องขอขอบคุณความสงสัยใคร่รู้ของมนุษย์ที่นำพาไปสู่นวัตกรรมใหม่ๆ ความตายเองก็เช่นกัน จริงที่ว่าคนตายไม่อาจฟื้นคืนกลับมาได้ แต่องค์ความรู้และกระบวนการทางวิทยาศาสตร์เหล่านี้ สามารถพาเราย้อนเวลากลับไปเพื่อหาคำตอบของปริศนาที่ยังคงติดค้างอยู่ในใจคนซึ่งยังมีชีวิตอยู่ ช่วยให้พวกเขาหมดข้อกังขา และก้าวเดินต่อไปได้ ชันสูตรศพนี้มีมาช้านาน ย้อนกลับไปในอดีต กระบวนการผ่าศพไม่ได้มีขึ้นเพื่อช่วยไขคดีปริศนาความตายเช่นในปัจจุบัน แต่ศาสตร์ดังกล่าวมีขึ้นเพื่อช่วยให้แพทย์ได้ศึกษาทำความเข้าใจเกี่ยวกับการทำงานของร่างกายได้มากขึ้น องค์ความรู้ที่เกี่ยวข้องกับกายวิภาคศาสตร์และกระบวนการผ่าศพนี้มีจุดเริ่มต้นตั้งแต่ในสมัยอียิปต์ หรือหลายพันปีก่อนคริสตกาลเลยทีเดียว เป็นที่รู้กันดีอยู่แล้วว่าวิทยาการที่โด่งดังของชาวอียิปต์นั่นคือการทำมัมมี่ หรือการดองศพตามความเชื่อของพวกเขา ดังนั้นแล้วการผ่าศพเพื่อความรู้จึงมีส่วนสนับสนุนให้การทำมัมมี่ของพวกเขานั้นมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น จากนั้นศาสตร์ที่ว่าด้วยการผ่าศพก็ถูกพัฒนาขึ้นมาเรื่อยๆ จนมาหยุดชะงักในยุคกลาง เมื่อศาสนจักรครองอำนาจ การผ่าศพถูกมองว่าเป็นบาป เนื่องจากศาสนาคริสต์มีความเชื่อเกี่ยวกับโลกหลังความตาย ว่าทุกคนจะฟื้นขึ้นมาอีกครั้งในวันพิพากษาดังนั้นในทรรศนะของพวกเขาแล้ว การผ่าศพจึงเป็นการทำลายร่างกายซึ่งเป็นของขวัญจากพระเจ้า และอาจปิดโอกาสที่คนๆ นั้นจะได้ไปอยู่กับพระเจ้า […]

ชมแผ่นน้ำแข็งทรงกลมค่อยๆ หมุนอยู่บนผิวน้ำ

โดย ซาร่าห์ กิบเบ็นส์ ภาพที่เกิดขึ้นนี้ดูราวกับเป็นความสมบูรณ์แบบทางธรรมชาติ เมื่อแผ่นน้ำแข็งรูปทรงกลมกำลังหมุนอย่างช้าๆ บนผิวของแม่น้ำ คลิปวิดีโอนี้ถูกบันทึกไว้ในปี 2016 จากแม่น้ำใน Omsk Oblast ภูมิภาคทางตอนกลางของรัสเซีย และทางตอนเหนือของคาซัคสถาน เมื่อมองในแวบแรก แผ่นน้ำแข็งดูเหมือนว่ากำลังหยุดนิ่ง แต่หากดูให้ดีจะพบว่ามันกำลังหมุนอย่างช้าๆ และที่น่าทึ่งก็คือแผ่นน้ำแข็งรูปวงกลมนี้ถูกสร้างขึ้นอย่างสมมาตร หรือเรียกได้ว่าเป็นวงกลมที่สมบูรณ์แบบ คำบอกเล่าจากผู้ถ่ายวิดีโอ (ที่ไม่ขอเปิดเผยชื่อ) แผ่นน้ำแข็งแผ่นนี้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 50 ฟุต ในรัสเซียแผ่นน้ำแข็งทรงกลมขนาดใหญ่เช่นนี้หาดูได้ยาก แต่ปรากฏการณ์ดังกล่าวไม่ใช่เรื่องผิดธรรมชาติแต่อย่างใดและแผ่นน้ำแข็งลักษณะนี้ก็มีรายงานการพบใน รัฐนอร์ทดาโกตา, วอชิงตัน และมิชิแกนเช่นกัน ทฤษฎีแรกที่เกิดจากการสังเกตแผ่นน้ำแข็งในปี 1987 และ 1994 ที่อยู่ระหว่างการไหลของแม่น้ำ อธิบายถึงสาเหตุของการเกิดลงใน Royal Meteorological Society ว่า การไหลของแม่น้ำทำให้เกิดกระแสน้ำวนขึ้น และส่งผลให้เกิดแผ่นน้ำแข็งเป็นรูปวงกลม แต่ผลการศึกษาเพิ่มเติม เมื่อเดือนมีนาคม ปีที่ผ่านมา ระบุว่าทฤษฎีนี้ไม่น่าจะเป็นไปได้เท่าไหร่ ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ลงในวารสาร Physical Review E นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยลีแยฌ ในเบลเยียม พบว่า อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปเป็นตัวทำให้เกิดน้ำวนขึ้น โดยเกิดจากเมื่อน้ำมีอุณหภูมิสูงขึ้นจะมีความหนาแน่นน้อยลงในขณะที่พื้นผิวยังคงเย็นอยู่ด้วยน้ำแข็ง จึงเกิดเป็นน้ำวนขึ้นมา ทีมนักวิจัยทดลองทฤษฎีนี้ในห้องปฏิบัติการ […]