แรง และการเคลื่อนที่

        วัตถุหรือสิ่งต่างๆ  สามารถเคลื่อนที่เปลี่ยนแปลงรูปร่าง  หรือหยุดนิ่งได้  เมื่อมีพลังงานรูปหนึ่งซึ่งเรียกว่า  "แรง"  มากระทำกับวัตถุนั้น

          แรงที่รู้จักกันในปัจจุบัน แบ่งออกเป็น  3  ประเภท  คือ
          1.  แรงที่เกิดจากธรรมชาติ  เช่น  แรงลม  แรงน้ำ  แรงโน้มถ่วง  เป็นต้น
          2.  แรงที่เกิดจากกล้ามเนื้อ  คือ  แรงที่เกิดจากการเคลื่อนไหว  ซึ่งอาจเป็นแรงจากกล้ามเนื้อของเรา  เช่น  การยกของ  ขว้างก้อนหิน  แรงดึง  แรงผลัก  เป็นต้น
          3.  แรงที่ได้จากเครื่องจักรกล  เป็นแรงที่เกิดจากมนุษย์ประดิษฐ์ขึ้น  เช่น  แรงจากเครื่องกล  ได้แก่ รถยนต์  เรือ  รวมไปถึงแรงที่เกิดจากเครื่องผ่อนแรงทั้งหลาย  เช่น  ลูกรอก  เป็นต้น

          แรงโน้มถ่วงของโลก
          วัตถุต่างๆ  ที่ปล่อยจากที่สูง จะตกลงสู่ผิวโลกเสมอ  เพราะโลกและวัตถุต่างๆ นั้น  จะออกแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน  จึงเรียกแรงจึงดูดที่โลกดึงดูดวัตถุนี้ว่า  แรงโน้มถ่วงของโลก

เซอร์ไอแซก  นิวตัน (Sir Isaac Newton)  นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ  เป็นผู้ค้นพบแรงโน้มถ่วงจากการสังเกตการหล่นของลูกแอปเปิล  จากการสังเกตถึงผลแรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุต่างๆ  ในโลกแล้วอธิบายว่า  "วัตถุทุกอย่างจะออกแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน

เหมือนกับแรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุทุกอย่างในโลก"

          กาลิเลโอ  กาลิเลอิ (Galileo Galilei)  นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาเลียน

เป็นผู้ค้นพบว่า  แรงโน้มถ่วงดึงดูดวัตถุด้วยความเร่งเดียวกัน  และทำให้วัตถุตกลง

มาด้วยความเร่งคงที่  แม้ว่าวัตถุจะมีน้ำหนักไม่เท่ากัน  นั่นคือ วัตถุใดๆ เมื่อปล่อยจากที่สูงเท่ากัน  จะตกลงสู่พื้นผิวโลกพร้อมกัน

           แรงดึงดูดของโลก  หรือ  แรงโน้มถ่วงของโลก  (gravity) ทำให้วัตถุสิ่งของต่างๆ  ที่อยู่บนโลกมีน้ำหนัก  ดังนั้น  เมื่อเรายกสิ่งของต่างๆ  จะรู้สึกว่าสิ่งของเหล่านั้นมีน้ำหนัก  เราต้องออกแรงยกขึ้นซึ่งจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับสิ่งของเหล่านั้นมี

น้ำหนักมากหรือน้อย  ทั้งนี้เพราะมีแรงดึงดูดระหว่างโลกกับสิ่งของเหล่านั้น

            แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุต่างๆ  จะมีขนาดเท่ากันไม่ว่าวัตถุนั้นจะเป็นอะไรก็ตาม  แต่สาเหตุที่ทำให้วัตถุต่างๆ  มีน้ำหนักไม่เท่ากันทั้งๆ  ที่ถูกแรงดึงดูดเท่าๆ กัน  ก็เพราะว่าวัตถุต่างๆ  มีมวลต่างกันนั่นเอง

            ดังนั้น  จะพบว่า  การเคลื่อนย้ายหรือยกสิ่งของ  เช่น โต๊ะขนาดใหญ่  หรือตู้เย็น  จะต้องออกแรงมาก  ตรงกันข้ามกับดินสอ  กระเป๋านักเรียน  ใช้แรงน้อยมากในการเคลื่อนย้ายหรือยก  เพราะมีมวลน้อย  จึงมีน้ำหนักน้อยกว่า  มวลและ น้ำหนักจึงมีความหมายแตกต่างกัน

มวลและน้ำหนัก
        มวล  หมายถึง  ปริมาณของเนื้อสารที่มีอยู่ในวัตถุ  ซึ่งจะมีค่าคงที่ตลอดเวลา  ไม่ว่าวัตถุจะอยู่ที่ไหนก็ตาม  วัตถุใดมีเนื้อสารมากจะมีมวลมาก  และถ้าวัตถุใดมีเนื้อสารน้อยจะมีมวลน้อย  เราสามารถวัดมวลของวัตถุได้  โดยใช้เรื่องมือที่เรียกว่า  เครื่องชั่งน้ำหนัก คือ แรงดึงดูดของโลก  ที่ดึงให้วัตถุตกลงสู่พื้น

น้ำหนักของวัตถุขึ้นอยู่กับแรงดึงดูดของโลกที่กระทำต่อวัตถุนั้น

แรงดึงดูดของโลกจะแตกต่างกันไปตามแต่ละสถานที่
        เครื่องมือในการหาน้ำหนักของวัตถุ  เรียกว่า  เครื่องชั่งน้ำหนักมีหลายแบบ  แล้วแต่ความเหมาะสมของสิ่งของ  เช่น  เครื่องชั่งสปริง

น้ำหนักมีหน่วยเป็น นิวตัน  แต่เครื่องชั่งน้ำหนักในชีวิตประจำวันใช้หลักการเปรียบเทียบกับน้ำหนักของมวลมาตรฐาน  (1 กิโลกรัม)  และกำหนดให้ค่าที่อ่านได้บนเครื่องชั่งเป็นกิโลกรัม

ประโยชน์ของแรงโน้มถ่วง
       1.  ช่วยดึงดูดวัตถุในโลกไม่ให้หลุดลอยไปในอวกาศ

        2.  ช่วยผ่อนแรงเวลายกของลงจากที่สูง

        3.  ทำให้วัตถุบนโลกทุกชนิดมีน้ำหนัก

        4.  ทำให้เกิดแรงน้ำ  เนื่องจากทำให้น้ำไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำ

โทษของแรงโน้มถ่วง

        1.  ทำให้ร่างกายได้รับอันตรายจากการตกจากที่สูง
        2.  สิ่งของที่ตกจากที่สูงได้รับความเสียหาย
        3.  ต้องออกแรงมากเมื่อต้องการเคลื่อนย้ายวัตถุ

แรงเสียดทาน

        แรงเสียดทาน  (friction)  เป็นแรงที่ต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุโดยมีทิศทางไปทางตรงข้ามกับวัตถุที่เคลื่อนที่ไปแรงเสียดทานนี้จะปรากฏอยู่ที่ผิวของวัตถุที่จะเคลื่อนที่น้องๆลองสังเกตคนที่เล่นสเก็ตน้ำแข็ง  เขาจะไถลไปบนน้ำแข็งได้อย่างรวดเร็วทั้งนี้เพราะมีแรงเสียดทานน้อย เนื่องจากผิวสัมผัสเป็นโลหะกับ

น้ำแข็งซึ่งต่างกับรองเท้ายางกับพื้นซีเมนต์ที่ทำให้การไถลเกิดขึ้นได้ยากเพราะมีแรงเสียดทานมากระหว่างผิวสัมผัสยางกับพื้นซีเมนต์การย้ายโต๊ะ  ตู้   ไปบนพื้นที่ลื่นสามารถทำได้ง่ายขึ้นเมื่อใช้ผ้าหนาๆ มารองข้างล่างแล้วดันไป

        ดังนั้น  จึงมีการประดิษฐ์อุปกรณ์ที่ช่วยลดแรงเสียดทานที่เกิดขึ้น  เพื่อลดการสัมผัสระหว่างวัตถุกับพื้นผิว  เช่น การทำล้อเลื่อน และการใช้น้ำมันหล่อลื่น  เป็นต้น

ประโยชน์ของการลดแรงเสียดทาน
     1.   การลดการเสียดสีกันของข้อต่อกระดูก
   2.  ลดการเสียดสีกันระหว่างลูกสูบและกระบอกสูบของเครื่องยนต์  โดยใช้การใช้น้ำมันหล่อลื่นในเครื่องยนต์

     3.   กระดานลื่นที่สนามเด็กเล่นทำการขัดถูผิววัตถุให้เรียบลื่น
    4.  การฉาบสารเทฟลอนบนภาชนะ  กระทะ  ถาดอบ เพื่อเพิ่มความลื่นไม่ให้อาหารติด

ประโยชน์ของการเพิ่มแรงเสียดทาน
    1.  ทำให้มีแรงยึดเหนี่ยวที่ดีขึ้น  เช่น  การผลิตนอตให้มีเกลียว  เพื่อเพิ่มแรงเสียดทาน
   2. ทำให้การเดินหรือการทรงตัวดีขึ้น  เช่น  บนพื้นถ้าลื่นไม่มีแรงเสียดทาน จะทำให้คนเดินได้ลำบากลื่นล้มง่าย การทำพื้นให้มีความขรุขระทำให้เดินหรือทรงตัวดีกว่าพื้นเรียบขัดมันพื้นรองเท้าใช้วัสดุที่เพิ่มแรงเสียดทานระหว่างพื้นกับรองเท้า  เพื่อการทรงตัวและการเคลื่อนไหวที่สะดวกขึ้น

    3.  ทำให้ยานพาหนะเกาะถนนที่เปียกได้ดียิ่งขึ้น  เช่น  การทำยางรถมีลวดลาย  ที่เรียกว่า  ดอกยางเพื่อให้รีดน้ำ  และเพิ่มแรงเสียดทานในการยึดเกาะถนน

สรุปเรื่องแรงและการเคลื่อนที่ได้ดังนี้

   • แรงทำให้วัตถุเคลื่อนที่หรือเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม  เช่น  ตำแหน่ง  ความเร็ว  ขนาด  รูปร่าง

   • แรงแบ่งออกเป็น  2  ประเภทใหญ่ๆ  คือ  แรงที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์  และแรงที่เกิดจากธรรมชาติ
    • แรงที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์  เช่น  แรงดึง แรงผลัก แรงจากเครื่องกล
    • แรงที่เกิดจากธรรมชาติ  เช่น  แรงลม  แรงน้ำ  แรงแม่เหล็ก
   • แรงโน้มถ่วงของโลก  หรือแรงดึงดูดของโลก  คือ  แรงดึงดูดที่โลกดึงดูดวัตถุทุกอย่างเข้าหาโลกเสมอ  แรงโน้มถ่วงที่โลกกระทำต่อวัตถุใดๆ มีค่าเท่ากับ  การที่วัตถุแต่ละชนิดมีน้ำหนักไม่เท่ากัน  ก็เนื่องมาจากมวลของวัตถุแต่ละชนิดนั่นเอง

การทดลองเรื่อง  แรงมากหรือน้อย

สมมติฐาน

......................................................................................................................................... 

ชนิดตัวแปร

ตัวแปรต้น

.........................................................................................................................................

ตัวแปรควบคุม

.........................................................................................................................................

ตัวแปรตาม

.........................................................................................................................................

ผลการทดลอง     .......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

สรุปผลการทดลอง

.......................................................................................................................................

....................................................................................................................................... 

ประโยชน์

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................