แรงและการเคลื่อนที่

องค์ความรู้

• แรง คือสิ่งที่มากระทำต่อวัตถุแล้วทำให้วัตถุ เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ หรือ เปลี่ยนรูปร่าง — แรงเป็นปริมาณที่มีทั้ง ขนาด และ ทิศทาง มีหน่วยเป็น นิวตัน (N) และวัดขนาดด้วย เครื่องชั่งสปริง
• แบ่งแรงตามการสัมผัส
  • แรงสัมผัส ต้องแตะกันจึงเกิดแรง เช่น แรงผลัก แรงดึง แรงเสียดทาน แรงยืดหยุ่น แรงต้านของอากาศ
  • แรงไม่สัมผัส ไม่ต้องแตะกันก็เกิดแรง เช่น แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็ก แรงไฟฟ้าสถิต
• ผลของแรงที่สังเกตได้มี 4 อย่าง — (1) วัตถุที่หยุดนิ่ง เริ่มเคลื่อนที่ (2) วัตถุที่เคลื่อนที่แล้ว เร็วขึ้น ช้าลง หรือหยุด (3) เปลี่ยนทิศทาง ของการเคลื่อนที่ (4) เปลี่ยนรูปร่าง ของวัตถุ เช่น กำดินน้ำมัน ดัดไม้บรรทัด
• แรงลัพธ์ คือแรงเดียวที่แทนแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุ
  • แรงหลายแรงที่มี ทิศเดียวกัน ให้บวกขนาดกัน · ที่มี ทิศตรงข้าม ให้นำขนาดมาหักล้างกัน
  • ถ้าแรงลัพธ์เป็น ศูนย์ (แรงสมดุล) วัตถุจะ หยุดนิ่งอยู่กับที่ หรือ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ในแนวตรง
  • ถ้าแรงลัพธ์ ไม่เป็นศูนย์ ความเร็วของวัตถุจะเปลี่ยนไป (เร็วขึ้น ช้าลง หรือเปลี่ยนทิศทาง)
• มวลกับน้ำหนักเป็นคนละอย่าง — มวล คือปริมาณเนื้อของวัตถุ หน่วยกิโลกรัม มีค่าเท่าเดิมทุกที่ · น้ำหนัก คือขนาดของ แรงโน้มถ่วง ที่โลกกระทำต่อวัตถุ หน่วยนิวตัน จึงเปลี่ยนได้ถ้าย้ายไปอยู่บนดวงจันทร์หรือดาวอื่น (มวล 1 กิโลกรัม มีน้ำหนักบนโลกประมาณ 10 นิวตัน)

ตัวอย่างและวิธีคิด

• ออกแรง 5 นิวตัน ผลักกล่องไปทางขวา พร้อมออกแรง 3 นิวตัน ผลักกล่องไปทางซ้าย กล่องจะเคลื่อนไปทางใด — แรงทั้งสองทิศตรงข้ามกัน แรงลัพธ์เท่ากับ $5 - 3 = 2$ นิวตัน มีทิศทางไปทางขวา กล่องจึงเคลื่อนไปทางขวา
• เด็ก 2 คน ดึงเชือกคนละข้างด้วยแรงเท่ากัน 20 นิวตัน เชือกเป็นอย่างไร — แรงลัพธ์เป็นศูนย์ เชือกอยู่ในภาวะสมดุล จึงไม่เคลื่อนไปทางใด
• ชกกำแพงแล้วเจ็บมือ เพราะอะไร — มือออกแรงกระทำต่อกำแพง กำแพงก็ออกแรงกระทำต่อมือด้วยขนาดเท่ากันและทิศตรงข้าม (ดู sc-force-07)
• ดินน้ำมันที่บีบแล้วแบน เกิดจากผลของแรงข้อใด — ผลของแรงที่ทำให้ รูปร่าง ของวัตถุเปลี่ยนไป ไม่ได้เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่

ภาพและไดอะแกรม

mindmap
  root((แรง))
    ชนิดตามการสัมผัส
      แรงสัมผัส
        ผลัก ดึง
        เสียดทาน
        ยืดหยุ่น
      แรงไม่สัมผัส
        โน้มถ่วง
        แม่เหล็ก
        ไฟฟ้าสถิต
    ผลของแรง
      หยุดนิ่งเป็นเคลื่อนที่
      เร็วขึ้น ช้าลง หยุด
      เปลี่ยนทิศทาง
      เปลี่ยนรูปร่าง

คำบรรยายภาพ: แผนภาพความคิดสรุปเรื่องแรง แบ่งเป็นสองกลุ่ม กลุ่มแรกคือชนิดของแรงตามการสัมผัส ได้แก่ แรงสัมผัสซึ่งต้องแตะกันจึงเกิดแรง และแรงไม่สัมผัสซึ่งออกฤทธิ์ได้โดยไม่ต้องแตะ กลุ่มที่สองคือผลของแรงสี่อย่าง คือทำให้วัตถุเริ่มเคลื่อนที่ เปลี่ยนความเร็ว เปลี่ยนทิศทาง หรือเปลี่ยนรูปร่าง

องค์ความรู้

• แรงเสียดทาน คือแรงที่ ต้านการเคลื่อนที่ เมื่อผิวของวัตถุสองผิวสัมผัสและพยายามไถลผ่านกัน เกิดจากความขรุขระของผิวที่เกี่ยวกันไว้
• ทิศทางของแรงเสียดทานตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ (หรือทิศที่วัตถุพยายามจะเคลื่อนที่) จึงทำให้วัตถุเคลื่อนที่ช้าลงและหยุดในที่สุด
• ขนาดของแรงเสียดทานขึ้นกับ 2 สิ่ง — (1) ชนิดและความเรียบ–ความขรุขระของผิว สัมผัส เช่น เหล็กกับน้ำแข็งลื่นกว่าเหล็กกับยาง (2) ขนาดของแรงที่กดลงบนผิว ยิ่งกดแรงยิ่งเสียดทานมาก
• พื้นที่สัมผัสและความเร็วแทบไม่มีผล ต่อขนาดของแรงเสียดทาน — จุดนี้ข้อสอบชอบใช้เป็นตัวลวง
• แรงเสียดทานมีประโยชน์
  • ทำให้ เดินได้ไม่ลื่น เท้ายึดพื้นไว้ · ยางรถยนต์ เกาะถนน และ เบรกได้
  • ทำให้ หยิบจับสิ่งของได้ ด้วยมือเปล่า · จุดไฟ ด้วยไม้ขีด · เขียน ดินสอและชอล์กลงบนกระดาษได้
• แรงเสียดทานมีโทษ — ทำให้ สึกหรอ ของเครื่องจักร พื้นรองเท้า และยางรถ · สูญเสียพลังงานเป็นความร้อนโดยไม่ตั้งใจ · ต้องออกแรงมากขึ้นในการลากของ

ต้องการ	วิธีทำ	ตัวอย่าง
ลดแรงเสียดทาน	ทำให้ผิวเรียบ · ใส่น้ำมันหล่อลื่น · ใช้ล้อหรือลูกปืน · คั่นด้วยของเหลวหรืออากาศ	น้ำมันหล่อลื่นเครื่องยนต์ · ล้อเลื่อน · กระเบื้องเปียกน้ำ
เพิ่มแรงเสียดทาน	ทำผิวให้ขรุขระ · เพิ่มแรงกด · ใส่สารที่เพิ่มความฝืด	ยางรถยนต์มีลายดอกยาง · ปูพรมกันลื่น · โรยทรายบนพื้นเปียก

ตัวอย่างและวิธีคิด

• เพราะเหตุใดพื้นห้องน้ำเปียกน้ำจึงลื่นมาก — น้ำทำหน้าที่เป็นของเหลวคั่นระหว่างฝ่าเท้ากับพื้นผิว แรงเสียดทานจึงลดลง
• ทำไมรถยนต์จึงต้องใช้ยางใหม่เมื่อดอกยางสึก — ดอกยางที่สึกทำให้ผิวเรียบขึ้น เกาะถนนน้อยลง แรงเสียดทานลดลง ยิ่งเบรกหรือขับในฝนจะลื่นไถลได้ง่าย
• นักปีนเขาสวมรองเท้าพื้นขรุขระเพื่ออะไร — เพิ่มแรงเสียดทานระหว่างพื้นรองเท้ากับหิน ป้องกันการลื่นตก
• ออกแรง 50 นิวตัน ดันตู้ไม่ออก ออกแรง 80 นิวตันตู้ยังไม่ออก แรงเสียดทานในขณะนั้นเป็นเท่าใด — เท่ากับแรงที่ออก เพราะถ้าตู้ยังไม่เคลื่อน หรือเคลื่อนด้วยความเร็วคงที่ แรงลัพธ์เป็นศูนย์

องค์ความรู้

• แรงยืดหยุ่น คือแรงที่ วัสดุยืดหยุ่นออกแรงต้าน เมื่อถูกดึง ยืด กด บีบ หรือดัด แล้วพยายาม ดันกลับให้คืนรูปเดิม
• วัสดุยืดหยุ่นให้แรงยืดหยุ่นได้ เช่น สปริง · หนังยาง · ยางยืด · ยางรถยนต์ · ไม้ไผ่ · ฟองน้ำ ส่วนวัสดุที่เปลี่ยนรูปแล้ว ไม่คืนตัว เช่น ดินน้ำมัน ดินเหนียว กระดาษที่พับแล้วย่น ถือว่าไม่ยืดหยุ่น
• ยิ่งยืดหรือกดมาก แรงยืดหยุ่นยิ่งมาก วัสดุยืดหยุ่นจึงตอบสนองต่อการเปลี่ยนรูปร่างชัดเจนขึ้นเรื่อย ๆ
• ขีดจำกัดของความยืดหยุ่น — ถ้ายืดหรือดัดเกินไป วัสดุจะ เสียรูปถาวร คืนตัวกลับไม่ได้ เช่น หนังยางที่รัดของมานานแล้วไม่หดตัว หรือสปริงที่ยืดเกินขนาดจนเสีย
• การนำมาใช้ในชีวิตประจำวัน
  • เครื่องชั่งสปริง อ่านขนาดของแรงจากความยืดของสปริง
  • ระบบกันสะเทือนของรถและรถจักรยาน ใช้สปริงดูดแรงกระแทกให้การเดินทางราบรื่น
  • ธนูและลูกศร หนังสติ๊ก เตียงสปริง ยางยืดออกกำลังกาย และยางรัดของ
  • ปากกาลูกลื่น ที่มีสปริงดันปลอกให้หุบกลับ

ตัวอย่างและวิธีคิด

• กดสปริงของเครื่องชั่งสปริงให้ยืดมากกว่าปกติ ตัวชี้บอกอะไร — บอกว่าแรงที่กดมีขนาดมากขึ้น เพราะสปริงยิ่งยืด แรงยืดหยุ่นที่ออกแรงต้านยิ่งมาก
• หนังยางเส้นเดียวรัดปากถุงได้ แต่ถ้ายืดรัดจนสุดแล้วทิ้งไว้จะเกิดอะไร — ยางถูกยืดเกินขีดจำกัดของความยืดหยุ่น จะเสียรูปถาวร ไม่หดกลับเหมือนเดิม
• เพราะเหตุใดจึงควรเปลี่ยนสปริงของระบบกันสะเทือนเมื่อเสื่อม — สปริงที่เสื่อมให้แรงยืดหยุ่นน้อยลง รถจะกระเทือนและเกาะถนนได้ไม่ดี
• นำดินน้ำมันกับฟองน้ำมากดด้วยแรงเท่ากัน อย่างใดคืนรูป — ฟองน้ำคืนรูปจึงเป็นวัสดุยืดหยุ่น · ดินน้ำมันคงรูปใหม่ไว้ จึงไม่ยืดหยุ่น

ภาพและไดอะแกรม

flowchart TD
    A[ออกแรงกดหรือดึงวัสดุยืดหยุ่น] --> B[วัสดุเปลี่ยนรูปร่าง<br/>ยืด บีบ ดัด]
    B --> C{ออกแรงเกินขีดจำกัดหรือไม่}
    C -->|ไม่เกิน| D[ออกแรงยืดหยุ่นดันกลับ]
    D --> E[คืนรูปเดิมได้]
    C -->|เกิน| F[เสียรูปถาวร]
    F --> G[คืนรูปเดิมไม่ได้]

คำบรรยายภาพ: ผังการทำงานของแรงยืดหยุ่น เริ่มจากออกแรงกดหรือดึงวัสดุยืดหยุ่นจนเปลี่ยนรูปร่าง ถ้าออกแรงไม่เกินขีดจำกัด วัสดุจะออกแรงยืดหยุ่นดันกลับและคืนรูปเดิมได้ แต่ถ้าออกแรงเกินขีดจำกัด วัสดุจะเสียรูปถาวรและคืนรูปเดิมไม่ได้

องค์ความรู้

• แรงโน้มถ่วง คือ แรงดึงดูดระหว่างมวล วัตถุที่มีมวลจะดึงดูดซึ่งกันและกัน · แรงโน้มถ่วงของโลกดึงดูดทุกวัตถุเข้าหา ศูนย์กลางของโลก จึงมีทิศทาง ดิ่งลงสู่พื้นเสมอ
• หลักฐานที่เห็นได้ทุกวัน — ปล่อยของแล้วตกลงพื้น · น้ำในแม่น้ำไหลลงที่ต่ำ · ฝนและลูกเห็บตกลงมา · ผลไม้สุกหล่นจากต้น
• ขนาดของแรงโน้มถ่วงขึ้นกับ
  • มวลของวัตถุ ยิ่งมวลมาก แรงดึงดูดยิ่งมาก จึงต้องออกแรงยกให้มากกว่า
  • ระยะห่างจากศูนย์กลางโลก ยิ่งอยู่ไกล แรงดึงดูดยิ่งน้อย บนยอดเขาสูงมาก ๆ และบนยอดตึกสูง วัตถุจึงมีน้ำหนักลดลงเล็กน้อย
• น้ำหนักขึ้นกับแรงโน้มถ่วงของดาวที่ยืนอยู่ บน ดวงจันทร์ แรงโน้มถ่วงมีค่าประมาณ เศษหนึ่งส่วนหก ของโลก น้ำหนักของนักบินอวกาศจึงเบาลงมาก แต่ มวลยังเท่าเดิม
• ถ้าไม่มีแรงต้านของอากาศ วัตถุที่ต่างมวลกันตกลงมาถึงพื้นพร้อมกัน เพราะแรงโน้มถ่วงดึงด้วยความเร่งเท่ากัน — ที่เราคิดว่ากระดาษตกช้ากว่าเหล็ก เพราะอากาศต้านกระดาษที่เบาและมีพื้นที่มากกว่า
• ประโยชน์ของการรู้เรื่องแรงโน้มถ่วง — อธิบายการเกิด น้ำขึ้นน้ำลง เพราะดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ดึงดูดน้ำในทะเล · อธิบายการโคจรของ ดวงจันทร์และดาวเทียม ที่โคจรอยู่รอบโลก · ใช้สร้าง เขื่อนผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ จากน้ำที่ไหลจากที่สูงลงที่ต่ำ

ตัวอย่างและวิธีคิด

• นักบินอวกาศบนดวงจันทร์ชั่งน้ำหนักได้น้อยลง มวลลดลงหรือไม่ — มวลไม่ลดลง (ปริมาณเนื้อเท่าเดิม) แต่ น้ำหนัก ลดลง เพราะแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์น้อยกว่าโลก
• ปล่อยเหล็กกับกระดาษจากที่สูงเท่ากันในห้องที่สูบอากาศออกจนหมด อย่างใดถึงพื้นก่อน — ถึงพื้นพร้อมกัน เพราะไม่มีแรงต้านของอากาศเหลืออยู่
• เพราะเหตุใดจึงสร้างเขื่อนที่ทำให้น้ำไหลลงจากที่สูง — น้ำที่อยู่ที่สูงมีแรงโน้มถ่วงดึงให้ไหลลง เมื่อปล่อยให้ไหลลงจะไปหมุนกังหันให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงาน
• น้ำขึ้นน้ำลงในทะเลเกี่ยวข้องกับแรงใด — แรงโน้มถ่วงของ ดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ ที่ดึงดูดน้ำในทะเล

องค์ความรู้

• อัตราเร็ว คือระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปได้ต่อหนึ่งหน่วยเวลา คำนวณได้จาก $v = \frac{s}{t}$ เมื่อ $s$ เป็นระยะทาง และ $t$ เป็นเวลา
• หน่วยของอัตราเร็ว ที่ใช้บ่อยคือ เมตรต่อวินาที (m/s) และ กิโลเมตรต่อชั่วโมง (km/h)
  • เปลี่ยน m/s เป็น km/h ให้ คูณด้วย 3.6 (เช่น 20 m/s เท่ากับ 72 km/h)
  • เปลี่ยน km/h เป็น m/s ให้ หารด้วย 3.6 (เช่น 36 km/h เท่ากับ 10 m/s)
• อัตราเร็วบอกแค่ขนาด แต่ «ความเร็ว» บอกทั้งขนาดและทิศทาง เช่น รถคันเดียวกันวิ่งด้วยอัตราเร็วเท่าเดิมแต่กลับทิศทาง ถือว่าความเร็วเปลี่ยน
• ความเร่ง คือ การเปลี่ยนแปลงของความเร็ว แบ่งเป็นการ เร็วขึ้น (ความเร็วเพิ่ม) การ ช้าลง (ความเร็วลด) และการ เปลี่ยนทิศทาง — จึงกล่าวได้ว่า ถ้าความเร็วของวัตถุเปลี่ยนไป แปลว่ามี ความเร่ง เกิดขึ้น
• ความเร่งเกิดจากแรงลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์ — ถ้าแรงลัพธ์เป็นศูนย์ วัตถุจะหยุดนิ่ง หรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ในแนวตรง (ไม่มีความเร่ง) · ถ้ามีแรงลัพธ์ไม่เป็นศูนย์ วัตถุจะเร็วขึ้น ช้าลง หรือเปลี่ยนทิศทาง

สถานการณ์	แรงลัพธ์	การเปลี่ยนความเร็ว
ลูกบอลวางนิ่งอยู่บนพื้นราบ	ศูนย์	ไม่มีความเร็ว (หยุดนิ่ง)
รถวิ่งด้วยความเร็วคงที่ในแนวตรง	ศูนย์	ความเร็วเท่าเดิม
รถเหยียบเบรก	ตรงข้ามการเคลื่อนที่	ช้าลง
รถออกจากไฟแดง	ตามทิศการเคลื่อนที่	เร็วขึ้น
รถเลี้ยวตามทางโค้ง	ตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ ชี้เข้าหาศูนย์กลางทางโค้ง	เปลี่ยนทิศทาง

ตัวอย่างและวิธีคิด

• เดิน 120 เมตร ใช้เวลา 40 วินาที ได้อัตราเร็วเท่าใด — จาก $v = \frac{s}{t}$ จะได้ $v = \frac{120}{40} = 3$ m/s
• รถวิ่ง 90 km/h คิดเป็นกี่ m/s — หารด้วย 3.6 ได้ $\frac{90}{3.6} = 25$ m/s
• รถวิ่งด้วยอัตราเร็ว 60 km/h คงที่บนถนนตรง รถมีความเร่งหรือไม่ — ไม่มี เพราะความเร็วไม่เปลี่ยน แม้รถจะกำลังเคลื่อนที่
• ลูกบอลกลิ้งบนพื้นราบแล้วช้าลงเรื่อย ๆ เพราะอะไร — มีแรงเสียดทานทำหน้าที่เป็นแรงลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์ในทิศตรงข้ามการเคลื่อนที่ ความเร็วจึงลดลง

องค์ความรู้

• แรงลอยตัว คือแรงที่ ของเหลวหรือแก๊ส ออกแรงดันวัตถุที่จมอยู่ในนั้นในทิศทาง ตรงข้ามกับแรงโน้มถ่วง หรือที่พูดกันง่าย ๆ ว่าดันวัตถุให้ ลอยขึ้น
• เหตุที่เกิดแรงนี้เพราะ ความดันของของเหลวเพิ่มขึ้นตามความลึก ผิวด้านล่างของวัตถุอยู่ในของเหลวที่ลึกกว่า จึงถูกดันมากกว่าผิวด้านบน แรงลัพธ์ที่ได้จึงพุ่งขึ้นข้างบน
• ขนาดของแรงลอยตัวเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกวัตถุแทนที่ จึงยิ่งจมลงไปมากเท่าไร ก็ถูกดันขึ้นมากเท่านั้น
• วัตถุลอยหรือจม ขึ้นกับความหนาแน่น เมื่อเทียบกับของเหลว
  • ความหนาแน่นของวัตถุ น้อยกว่า ของเหลว → ลอย อยู่ที่ผิว
  • ความหนาแน่น เท่ากัน → ลอยตัวอยู่ กลางของเหลว
  • ความหนาแน่น มากกว่า → จม
• เรือเหล็กจึงลอยน้ำได้ เพราะตัวเรือทำเป็น รูปกลวง มีอากาศอยู่ข้างใน ความหนาแน่นเฉลี่ยของเรือกับอากาศรวมกันจึงน้อยกว่าน้ำ · ถ้าเป็น แท่งเหล็กตัน จะจมทันที — เหตุผลจึงไม่ใช่ «เหล็กเบา» แต่เป็น ความหนาแน่นรวม
• นำไปใช้อย่างไร — ว่ายน้ำและลอยตัวในน้ำได้ง่าย · เรือบรรทุกสินค้ามีขีดบอกระดับบรรทุก (ถ้าโหลดเกินจะจมลึกเกินขีด) · เรือดำน้ำ ใช้ถังอับเฉาเติมน้ำเพื่อจม และเป่าลมออกเพื่อลอยขึ้น · ทุ่น สะพานลอยน้ำ และเสื้อชูชีพก็ใช้หลักนี้

ตัวอย่างและวิธีคิด

• ทำไมดอกบัวและลูกโป่งลอยน้ำได้ — สารที่ประกอบเป็นเนื้อลอยมีอากาศแทรกอยู่มาก ความหนาแน่นรวมจึงน้อยกว่าน้ำ
• ลูกแก้วกับก้อนดินน้ำมันขนาดเท่ากัน วางในน้ำ สิ่งใดจม — ลูกแก้วมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำจึงจม · ดินน้ำมันลอยได้ถ้าปั้นเป็นรูปเรือกลวง แต่ถ้าปั้นเป็นก้อนตันจะจม
• เรือบรรทุกของหนักขึ้นเรื่อย ๆ จะเป็นอย่างไร — กดตัวเรือให้จมลึกขึ้น เพราะน้ำหนักรวมเพิ่ม จึงต้องบรรทุกไม่เกินขีดที่กำหนดบนตัวเรือ
• ทำไมว่ายน้ำในทะเลเดดซีจึงลอยตัวได้ง่ายเป็นพิเศษ — เพราะน้ำในทะเลนั้นมีเกลือละลายอยู่มาก ความหนาแน่นสูงกว่าน้ำจืด แรงลอยตัวจึงมาก

ภาพและไดอะแกรม

flowchart TD
    A[วางวัตถุลงในของเหลว] --> B{ความหนาแน่นของวัตถุ<br/>เทียบกับของเหลว}
    B -->|น้อยกว่า| C[ลอยที่ผิว]
    B -->|เท่ากัน| D[ลอยอยู่กลางของเหลว]
    B -->|มากกว่า| E[จม]
    C --> F[แรงลอยตัวสมดุลกับน้ำหนัก]
    D --> F
    E --> G[น้ำหนักมากกว่าแรงลอยตัว]

คำบรรยายภาพ: ผังการลอยและการจมของวัตถุในของเหลว ตรวจว่าความหนาแน่นของวัตถุเทียบกับของเหลวเป็นอย่างไร ถ้าน้อยกว่าจะลอยอยู่ที่ผิว ถ้าเท่ากันจะลอยอยู่กลางของเหลว และถ้ามากกว่าจะจม โดยการลอยเกิดเมื่อแรงลอยตัวสมดุลกับน้ำหนักของวัตถุ ส่วนการจมเกิดเมื่อน้ำหนักมากกว่าแรงลอยตัว

องค์ความรู้

• เมื่อวัตถุก้อนหนึ่งออกแรงกระทำต่ออีกก้อนหนึ่ง อีกก้อนจะออกแรงกระทำตอบกลับมาเสมอ เรียกว่า แรงคู่กิริยา-ปฏิกิริยา โดยแรงทั้งสองมี ขนาดเท่ากัน ทิศทางตรงข้ามกัน เป็นแรงชนิดเดียวกัน และเกิด พร้อมกัน
• จุดสำคัญที่ต้องจำ — แรงคู่นี้ กระทำต่อวัตถุคนละก้อน จึง ไม่หักล้างกัน · ถ้าแรงสองแรงกระทำต่อวัตถุ ก้อนเดียวกัน อย่างนั้นจึงจะหักล้างกันได้ (เช่น แรงสมดุลจากข้อ sc-force-01)
• ตัวอย่างที่พบได้จริง

กิริยา	ปฏิกิริยา	เหตุที่เกิดการเคลื่อนที่
เท้ากระทำต่อพื้น ขณะเดิน	พื้นกระทำต่อเท้า	เท้ายึดพื้นไว้แล้วดันตัวให้ก้าวไปข้างหน้า
มือตีลูกบอล	ลูกบอลกระทำต่อมือ	เมื่อตีแรง มือจะเจ็บและสะเทือน
ตีกรรเชียงหรือใช้ไม้พายดันน้ำไปข้างหลัง	น้ำดันใบพายไปข้างหน้า	เรือจึงเคลื่อนไปข้างหน้า
ยิงปืน แล้วมีแรงถอย	แรงที่ปืนกระทำต่อลูกกระสุนกับแรงที่ลูกกระสุนกระทำต่อปืน	ไหล่หรือมือรู้สึกสะเทือนถอยหลัง
จรวดพ่นแก๊สลงด้านหลัง	แก๊สดันจรวดขึ้นข้างบน	จรวดพุ่งขึ้นฟ้าได้
เป่าลมออกจากลูกโป่งไปทางหนึ่ง	ลมดันตัวลูกโป่งไปอีกทางหนึ่ง	ลูกโป่งพุ่งไปในทิศตรงข้ามกับลมที่พ่นออก

• นำไปใช้แก้โจทย์ — โจทย์ข้อสอบชอบถามว่า «แรงที่ A กระทำต่อ B กับแรงที่ B กระทำต่อ A มีขนาดเป็นอย่างไร» คำตอบคือขนาดเท่ากันเสมอ ไม่ขึ้นกับว่า A ใหญ่กว่า หนักกว่า หรือเร็วกว่า B และไม่ขึ้นกับว่าวัตถุจะเคลื่อนที่หรือไม่

ตัวอย่างและวิธีคิด

• ลูกบอลที่กลิ้งมากระทบเท้า แรงที่ลูกบอลกระทำต่อเท้าเป็นเท่าใด — เท่ากับขนาดของแรงที่เท้ากระทำต่อลูกบอล แต่มีทิศทางตรงกันข้าม (เท้าจึงรู้สึกเจ็บ)
• ทำไมเรือจึงเคลื่อนที่ได้เมื่อเราใช้ไม้พายดันน้ำไปข้างหลัง — เราใช้ไม้พายดันน้ำไปด้านหลัง น้ำก็ดันไม้พายและเรือไปด้านหน้า แรงคู่นี้มีขนาดเท่ากันแต่ทิศตรงข้ามกัน
• คน 30 กิโลกรัม มวยปล้ำกับคน 80 กิโลกรัม แรงที่แต่ละคนกระทำต่อกันต่างกันหรือไม่ — ไม่ต่างกัน ขนาดของแรงเท่ากัน ทิศตรงข้ามเสมอ สิ่งที่ต่างคือผลของการเคลื่อนที่ เพราะมวลต่างกัน
• พิจารณาว่า «แรงจากมือเราดันโต๊ะ กับแรงที่โต๊ะดันมือเรา หักล้างกันหรือไม่» — ไม่หักล้างกัน เพราะแรงทั้งสองกระทำกับ คนละวัตถุ (แรงหนึ่งกระทำต่อโต๊ะ อีกแรงหนึ่งกระทำต่อมือ)

องค์ความรู้

• แรงไฟฟ้า (หรือ แรงไฟฟ้าสถิต) คือแรงที่เกิดจาก ประจุไฟฟ้า จัดเป็น แรงไม่สัมผัส คือออกแรงถึงกันได้โดยไม่ต้องแตะกัน และออกฤทธิ์ชัดเมื่อวัตถุอยู่ใกล้กัน
• ประจุไฟฟ้ามี 2 ชนิด ได้แก่ ประจุบวก ($+$) และประจุลบ ($-$)
• การเกิดแรงไฟฟ้า ต้องมีวัตถุ 2 ชนิด นำมาสีหรือขัดถูกัน (เช่น ลูกโป่งกับผ้าขนสัตว์ หวีพลาสติกกับผมแห้ง แท่งแก้วกับผ้าไหม) เมื่อขัดถูแล้ววัตถุทั้งคู่มีประจุไฟฟ้าค้างอยู่ และออกแรงต่อกันหรือต่อวัตถุอื่น
• กติกาของประจุไฟฟ้า — ประจุชนิดเดียวกัน ($+$ กับ $+$ หรือ $-$ กับ $-$) ผลักกัน · ประจุต่างชนิด ($+$ กับ $-$) ดูดกัน
• ผลของแรงไฟฟ้าที่สังเกตได้ — วัตถุที่ผ่านการขัดถูจะ ดูด วัตถุที่ เบาและมีขนาดเล็ก เช่น เศษกระดาษ เศษโฟม ผมเส้นเล็ก ขนเส้นเล็ก

วัตถุที่ผ่านการขัดถู	นำไปใกล้	สิ่งที่สังเกตได้
ลูกโป่งที่ถูด้วยผ้าขนสัตว์	เศษกระดาษชิ้นเล็ก	เศษกระดาษถูกดูดติดลูกโป่ง
หวีพลาสติกที่ถูด้วยผมแห้ง	เศษกระดาษ · ผมเส้นเล็ก	หวีดูดเศษกระดาษและดูดผมให้ชี้ตามหวี
แท่งแก้วที่ถูด้วยผ้าไหม	เศษโฟม	เศษโฟมถูกดูดเข้าหาแท่งแก้ว
ลูกโป่งที่ถูด้วยผ้าขนสัตว์ 2 ลูก	แขวนไว้ใกล้กัน	ผลักออกจากกัน เพราะมีประจุชนิดเดียวกัน
ลูกโป่งที่ถูด้วยผ้าขนสัตว์ กับแท่งแก้วที่ถูด้วยผ้าไหม	แขวนไว้ใกล้กัน	เข้าหากัน เพราะมีประจุต่างชนิดกัน

• ประจุไฟฟ้าค้างอยู่ชั่วคราว — ทิ้งไว้นานหรือในอากาศชื้น ประจุจะค่อย ๆ ลดลง จึงควรทดลองต่อเนื่องในอากาศแห้ง และ การขัดถูต้องใช้วัตถุ 2 ชนิดที่ต่างกัน
• การนำไปใช้ในชีวิตประจำวัน — เครื่องถ่ายเอกสารและเครื่องพิมพ์เลเซอร์ใช้ประจุไฟฟ้าดูดผงหมึกให้ติดกระดาษ · การพ่นสีโลหะใช้ประจุไฟฟ้าช่วยให้ละอองสีเกาะชิ้นงานสม่ำเสมอ · เครื่องดักฝุ่นใช้แผ่นที่มีประจุไฟฟ้าดูดฝุ่นและควัน · รถบรรทุกน้ำมันมีสายหรือโซ่ลากพื้นเพื่อพาประจุลงสู่พื้น ลดการเกิดประกายไฟ

ตัวอย่างและวิธีคิด

• เอาลูกโป่งถูกับผ้าขนสัตว์ 10–20 ครั้ง แล้วนำไปใกล้เศษกระดาษ จะเกิดอะไร — การขัดถูทำให้ลูกโป่งมีประจุไฟฟ้า จึงเกิดแรงไฟฟ้าดูดเศษกระดาษที่เบาให้ติด จากนั้นจะหลุดร่วงเมื่อประจุค่อย ๆ ลดลง
• เอาลูกโป่งที่ถูแล้ว 2 ลูก มาแขวนห่างกันเล็กน้อย เข้าหรือผลักกัน — ทั้งสองมี ประจุชนิดเดียวกัน จึง ผลักกัน
• เอาแท่งแก้วที่ถูด้วยผ้าไหมไปใกล้ลูกโป่งที่ถูด้วยผ้าขนสัตว์ เกิดอะไร — มี ประจุต่างชนิดกัน จึง ดูดกัน ทั้งสองจึงเคลื่อนเข้าหากัน
• ทำไมหลังหวีผมด้วยหวีพลาสติกในห้องแห้ง ผมจึงชี้ตั้งและเกาะหวี — ขณะหวี ผมกับหวีเสียดสีกันจนมีประจุ หวีที่มีประจุจึงดูดเส้นผมที่เบาให้ชี้ตามหวี และผมเส้นข้าง ๆ ก็ถูกดูดให้ชี้ตามกัน