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

ความหมายและความสำคัญของ พื้นที่ชุ่มน้ำ

พื้นที่ชุ่มน้ำ (Wetlands) คือ พื้นที่ซึ่งมีน้ำเป็นปัจจัยหลักในการกำหนดหรือควบคุมสภาพแวดล้อมและลักษณะการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต โดยทั่วไปแล้ว พื้นที่ชุ่มน้ำ เกิดจากการที่ระดับน้ำใต้ดิน (Water Table) อยู่ใกล้กับผิวดินมาก ส่งผลให้พื้นที่ดังกล่าวมีน้ำเอ่อล้นขึ้นมาหรืออาจถูกน้ำท่วมขังเป็นบริเวณกว้าง ดังนั้น ความหมายของพื้นที่ชุ่มน้ำจึงครอบคลุมถึงทุกพื้นที่ซึ่งมีลักษณะทางภูมิประเทศเป็นที่ราบลุ่ม พื้นที่ชื้นแฉะ หรือเป็นแหล่งน้ำที่มีระดับน้ำเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา มีการไหลเวียนของน้ำตามฤดูกาล หรืออาจมีระดับน้ำขังคงที่ถาวร รวมไปถึงบริเวณริมชายฝั่งทะเลและพื้นที่ในทะเลบางส่วนที่มีความลึกหรือระดับน้ำไม่เกิน 6 เมตร เมื่อกระแสน้ำลดลงถึงจุดต่ำสุด จากลักษณะทางกายภาพที่กล่าวมา ส่งผลให้พื้นที่ชุ่มน้ำมีองค์ประกอบของพืชพรรณและสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ที่หลากหลาย เนื่องจากมีระบบนิเวศที่อยู่ทั้งในเขตน้ำจืด น้ำกร่อย และน้ำเค็ม รวมถึงพื้นที่ชุ่มน้ำที่เกิดขึ้นจากการสร้างสรรค์ของมนุษย์ เช่น  นาข้าว นากุ้ง และอ่างเก็บน้ำ เป็นต้น พื้นที่ชุ่มน้ำสามารถจำแนกออกเป็น 6 ประเภท ดังนี้   พื้นที่ชุ่มน้ำทางทะเลและชายฝั่ง (Marine and Coastal Wetlands) หมายถึง บริเวณในทะเลและริมชายฝั่งทะเล ซึ่งเป็นพื้นที่ที่ไม่อยู่ภายใต้อิทธิพลของกระแสน้ำจากแม่น้ำ เช่น ทะเลสาบน้ำเค็ม (Lagoon) หาดทราย (Beach) และแนวปะการัง (Coral Reef) […]

คืนชีพแรดขนจากยุคน้ำแข็ง

คืนชีพ แรดขน จากยุคน้ำแข็ง แรดขน ตัวนี้มีชื่อเรียกว่า ซาช่า ทีมนักวิทยาศาสตร์รัสเซียเองยังไม่ค่อยแน่ใจนักว่าเมื่อ 10,000 ปีก่อน เจ้าซากดึกดำบรรพ์นี้เป็นตัวผู้หรือตัวเมีย แต่ชื่อของมันก็ถูกเรียกติดปากไปแล้ว แตกต่างจากช้างแมมอธที่อาศัยอยู่ในยุคน้ำแข็ง ซากของแรดขนไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะพบเจอ ช่วงเวลาการวิวัฒนาการของมันก็ยังไม่แน่ชัด รวมไปถึงวิถีชีวิตของมันตลอดจนอาหารและอายุขัย ข้อมูลพื้นฐานเหล่านี้ยังคงคลุมเครือ   คืนชีพให้ซาช่า ย้อนกลับไปเมื่อเดือนธันวาคมที่ผ่านมา ทีมนักวิทยาศาสตร์จากสาขาบรรพชีวินวิทยา, สถาบันวิทยาศาสตร์รัสเซียและสถาบันวิทยาศาสตร์รัฐซาฮา ที่ตั้งอยู่ทางตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศ ร่วมกันคืนชีพให้แก่ซาซ่า ซากชิ้นส่วนที่ยังคงเหลืออยู่ของมันเก่าจนกลายเป็นสีเทา เมื่อตอนที่ทีมนักวิทยาศาสตร์ไปค้นพบเข้า พวกเขาต้องประหลาดใจที่ในเวลาต่อมาพบว่าสีขนจริงของแรดขนสายพันธุ์นี้เป็นสีน้ำตาลบลอนด์อ่อน ผลการวิเคราะห์ฟันของมันพบว่า เจ้าสัตว์ตัวนี้ตายลงเมื่อมีอายุได้ประมาณ 7 เดือน ความที่ว่ามันยังเป็นลูกสัตว์อยู่นั้น สร้างความประหลาดใจให้แก่บรรดานักวิทยาศาสตร์ ข้อมูลจากวารสาร Siberian Times ซาช่ามีความยาวประมาณ 5 ฟุต สูง 2 ฟุตครึ่ง ซึ่งถือว่าเป็นแรดขนาดใหญ่ เนื่องจากแรดในปัจจุบันกว่าจะมีขนาดเท่านี้ได้ก็ต้องรอให้มีอายุถึง 18 เดือน (ไม่ใช่แค่น้ำแข็งเท่านั้นที่รักษาร่างของสิ่งมีชีวิตไว้ได้ อำพันเองก็เช่นกัน) Olga Potapova เป็นนักวิทยาศาสตร์จากเขตสำรวจซากดึกดำบรรพ์ Mammoth Site of Hot Springs […]

ยินดีต้อนรับสู่ฟาร์มศพ

สถานที่แห่งนี้ไม่เหมาะสำหรับคนขวัญอ่อน เพราะไม่ว่าคุณจะมองไปที่ไหนก็ตาม คุณจะเห็นแต่ศพ ศพ และศพเต็มไปหมด และทั้งหมดนี้คือของจริงล้วนๆ ร่างของผู้เสียชีวิตทั้งหมดนี้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาจากคณะมานุษยวิทยา สาขามานุษยวิทยานิติเวช ของมหาวิทยาลัยเท็กซัส ศพเหล่านี้ถูกทิ้งให้เน่าเปื่อยตามเงื่อนไขและสภาพแวดล้อมต่างๆ เพื่อช่วยให้นักวิจัยศึกษาวิธีการเน่าสลายที่แตกต่างกัน ในการไขปริศนาอาชญากรรม Krystle Lewis นักศึกษาผู้เข้าร่วมการศึกษาครั้งนี้ด้วยกล่าวว่า เธอกำลังศึกษาว่าเสื้อผ้าที่ติดอยู่กับร่างของผู้ตายนั้น จะส่งผลอย่างไรต่อศพ ในขณะที่ Justin Demere นักศึกษาอีกคนศึกษาเกี่ยวกับศพที่ถูกฆาตกรรมซึ่งร่องรอยที่ฆาตกรอำพรางไว้ จะถูกไขให้กระจ่าง ทั้งนี้ร่างของผู้เสียชีวิตทั้งหมด ทางคณะได้รับมาจากการบริจาค เพื่อการศึกษาทดลองโดยเฉพาะ   อ่านเพิ่มเติม : กลไกการเสพติดของสมอง, ทำความรู้จักกับสุริยุปราคาให้มากขึ้น