กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์

บริษัท อักษรเจริญทัศน์ อจท. จำกัด : 142 ถนนตะนาว เขตพระนคร กรุงเทพฯ 10200

Aksorn CharoenTat ACT.Co.,Ltd : 142 Tanao Rd. Pranakorn Bangkok 10200 Thailand

โทรศัพท์ : 02 622 2999 โทรสาร : 02 622 1311-8 webmaster@aksorn.com / www.aksorn.com

Slide PowerPoint_สื่อประกอบการสอน

Slide PPT61-NEW

หน่วยการเรียนรู้ที่ 5

หน่วยการเรียนรู้ที่ 6

หน่วยการเรียนรู้ที่ 7

ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4

ฟิสิกส์ เล่ม 2

ตัวชี้วัด

สภาพสมดุลและสภาพยืดหยุ่น

• อธิบายสมดุลกลของวัตถุ โมเมนต์และผลรวมของโมเมนต์ที่มีต่อการหมุน แรงคู่ควบและผลของแรงคู่ควบที่มีต่อผลสมดุลของวัตถุ เขียนแผนภาพของแรงที่กระทำต่อวัตถุอิสระเมื่อวัตถุอยู่ในสมดุลกล และคำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง รวมทั้งทดลองและอธิบายสมดุลของแรงสามแรง
• สังเกตและอธิบายสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุ เมื่อแรงที่กระทำต่อวัตถุผ่านศูนย์กลางมวลของวัตถุ และผลของศูนย์ถ่วงที่มีต่อเสถียรภาพของวัตถุ

7

สภาพสมดุล

(equilibrium)

หากพิจารณาลักษณะการเคลื่อนที่ของวัตถุ สามารถแบ่งสภาพสมดุลของวัตถุได้เป็น 3 ประเภท ดังนี้

สมดุลต่อการเลื่อนที่

(translational equilibrium)

สมดุลของวัตถุที่อยู่ในสภาพนิ่งและไม่หมุน

เช่น บ้านเรือน อาคาร สิ่งของที่วางอยู่นิ่ง เป็นต้น

สมดุลของวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ หรือหมุนด้วย

ความเร็วเชิงมุมคงตัว เช่น รถไฟฟ้าที่วิ่งด้วยความเร็วคงที่

กรณีสมดุลของแรงสองแรง

สมดุลของแรงสองแรง จะเกิดขึ้นเมื่อ

แรงทั้งสองต้องมีขนาดเท่ากันแต่มีทิศตรงข้ามกัน และเกิดขึ้นบนวัตถุเดียวกัน

แรงทั้งสองต้องอยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน

กรณีสมดุลของแรงสามแรง

สมดุลของแรงสามแรง จะเกิดขึ้นเมื่อ

แรงทั้งสามต้องอยู่ในระนาบเดียวกัน

เกิดที่วัตถุเดียวกัน

แนวแรงของแรงทั้งสามแรงต้องพบกันที่จุด ๆ หนึ่ง

หรือแนวแรงทั้งสามต้องขนานกันทั้งหมด

ผลรวมของแรงสองแรงต้องมีขนาด

เท่ากับแรงที่สาม แต่มีทิศตรงกันข้าม

ผลรวมของแรงทั้งสามแรง

ต้องมีค่าเป็นศูนย์

สมดุลของแรงทั้งสามที่ขนานกัน

สมดุลของแรงทั้งสามที่ไม่ขนานกัน

ทฤษฎีของลามี

(Lami’s Theorem)

จะได้ว่า อัตราส่วนของแรงต่อค่าไซน์ของมุมที่อยู่ตรงข้ามแรงนั้นย่อมมีค่าเท่ากัน” ซึ่งนำมาพิจารณาสมดุลของแรงสามแรงได้ ดังนี้

สมดุลต่อการหมุน

(rotational equilibrium)

เช่น ม้าหมุนที่หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคงที่ ชิงช้าสวรรค์ที่หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคงที่ เป็นต้น ซึ่งสามารถเขียนสมการได้เป็น

โมเมนต์รอบจุดหมุน

หรือแนวแรงที่กระทำผ่านจุดหมุนของวัตถุ วัตถุจะไม่เกิดการหมุน (สมดุลต่อการหมุน) หากแนวแรงที่กระทำต่อวัตถุไม่ผ่านจุดหมุน

จะทำให้วัตถุเกิดการเคลื่อนที่แบบหมุน (rotation motion) ขึ้น

เมื่อผลรวมของโมเมนต์รอบจุดหมุนเป็นศูนย์วัตถุจะไม่หมุนหรือหมุนด้วยอัตราเร็วเชิงมุมคงที่ สภาวะนี้เรียกว่า วัตถุสมดุลต่อการหมุน เขียนความสัมพันธ์ได้ ดังนี้

โมเมนต์ของแรง

โดยโมเมนต์ของแรงหรือทอร์ก เป็นสิ่งที่บ่งบอกถึงผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นเมื่อมีแรงมากระทำต่อวัตถุแล้วเกิดการหมุน

โมเมนต์ของแรงคู่ควบ

ดังนั้น เมื่อวัตถุถูกแรงคู่ควบกระทำ วัตถุจะสมดุลต่อการเลื่อนที่แต่จะไม่สมดุลต่อการหมุน โดยโมเมนต์ของแรงคู่ควบสามารถหาได้จากสมการ

สมดุลสัมบูรณ์

(absolute equilibrium)

ศูนย์กลางมวล

(center of mass; cm)

จะทำให้วัตถุไม่หมุน แต่ถ้าออกแรงกระทำไม่ผ่านศูนย์กลางมวล วัตถุจะหมุนในทิศทางตามแรงนั้น

วัตถุเกิดการหมุน

วัตถุไม่เกิดการหมุน

ศูนย์ถ่วง

(center of gravity; cg)

โดยทั่วไปแล้วศูนย์ถ่วงกับศูนย์กลางมวลจะเป็นตำแหน่งเดียวกันเมื่อวัตถุอยู่ในสนามโน้มถ่วงสม่ำเสมอ

นอกจากวัตถุนั้นมีขนาดใหญ่จนแต่ละส่วนของวัตถุอยู่ในสนามโน้มถ่วงที่ไม่เท่ากัน

สมดุลของวัตถุ

เสถียรภาพของสมดุล

คาน

หลักการทำงานของคานจะพิจารณาขณะคานอยู่ในสมดุล ดังภาพ

ดังนั้นสามารถคำนวณได้ ดังสมการ

รอก

โดยระบบรอกเดี่ยวจำแนกได้ 2 ชนิด ได้แก่

จากกฎของนิวตัน

การได้เปรียบเชิงกล

ดังนั้น รอกเดี่ยวตายตัวไม่ช่วยในการผ่อนแรง

แต่ช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงาน

ดังนั้น รอกเดี่ยวเคลื่อนที่เกิดแรงยกเป็น 2 เท่า

ของแรงพยายาม จึงช่วยในการผ่อนแรง

จากกฎของนิวตัน

การได้เปรียบเชิงกล

ล้อและเพลา

จากสมการข้างต้นพบว่า การทำงานของล้อและเพลาจะเหมือนกับการทำงานของคาน