อันนี้เป็นไอเดียของผมเองหล่ะ แต่ใครอยากจะแจมด้วยก็ ตามสบาย ไม่ว่ากัน (ทำแท๊กไม่เป็น)
 
เรื่องของเรื่อง ช่วงนี้งานเยอะมาก เพิ่งจะมีจังหว่ะได้พักหายใจ เลยกะปัดฝุ่นบล็อกหน่อย แต่กระทันหันนึกไม่ออก
 
ไป ๆ มา ๆ เห็นน้ำท่วม หลายโรงเรียนหยุด เลยสงสารกลัวน้อง ๆ จะเรียนหนังสือกันไม่ทัน และขาดพื้นฐานในการต่อยอดในอนาคต
 
ดังนั้น ในฐานะรุ่นพี่ จึงอยากจะเชิญชวนทุกท่านที่ เรียนระดับสูง หรือจบแล้ว มาปัดฝุ่นความรู้ สอนน้อง ๆ กันเถอะ
 
สำหรับน้อง ๆ ที่ยังเรียนอยู่ จะอ่านล่วงหน้าแล้วมาถ่ายทอดติวเพื่อน ๆ หรือติวน้อง ๆ ก็ได้นะ ไม่ว่ากัน (อาจจะมีรุ่นพี่ ๆ ใจดีมีช่วยแก้ไขข้อเข้าใจผิด เสริมนั่นนี่ให้ด้วยนะ)
 
เอาหล่ะ ลุยกันดีกว่า
 
 
------------------------------------------------------------
 
 
มาถึงตรงนี้ ขอเรียกตัวเองว่าพี่ก็แล้วกัน (มันใจว่าเทียบกับน้อง ๆ ม ๑ แล้ว พี่แก่กว่าชัวร์ ๕๕๕๕)
 
พี่เลือกเรื่อง "แรงที่กระทำต่อวัตถุ" เหตุเพราะว่า นี่คือวิชาพื้นฐานสำหรับสายวิชาวิศวกรรมเครื่องกล (อาชีพของพี่) จ๊ะ
 
 
--------------------------------------------------------------
 
 
เท่าที่พี่แอบไปดูหลักสูตรมา ไม่แน่ใจว่า พี่เข้าใจผิดหรือเปล่า แต่เห็นหลักสูตรเขาเอาเรื่อง การเคลื่อนที่ขึ้นก่อน
 
เรื่องการเคลื่อนที่นั้น ถ้าแค่พื้นฐานนั้น ง่ายมาก แต่เมื่อเรียนระดับสูงแล้ว เป้นเนื้อหาที่ยากขิง ๆ เลยทีเดียวหล่ะ
 
 
จะอย่างไรก็ตามแต่ วิชาที่ศึกษาทั้งการเคลื่อนที่ แรง และมวลนั้น เราเรียกรวม ๆ กันว่า "วิชากลศาสตร์" (Mechanics)
 
 
สำหรับเรื่อง แรง และมวลนั้น ก่อนอื่น เราต้องท้าวความกลับไปถึงยุคอดีตก่อนว่า จริงจริงแล้ว มนุษย์เราได้ใช้ประโยชน์จากแรงและมวลกันมาช้านานแล้ว แต่คนที่นำเอาเรื่องนี้มาศึกษาอย่างจริงจังนั้นก็คือตาลุง เซ่อ ไอแซก นิวตัน (Sir Isaac Newton) จ๊ะ
 
ในหนังสือชีวประวัติของแกสำหรับเด็ก ๆ แล้ว แกเป็นคนดี๊ดี แต่จริงจริงแล้ว ไม่จริงหรอก แต่รายละเอียดเป็นไง ไปค้นคว้าเอาเองจ๊ะ
 
แต่สาเหตุที่ทำให้เราต้องมาปวดหัวเรียนกันทุกวันนี้ก็เพราะว่า วันนึง กำลังนังคิดอยู่ว่า "ทำไมดวงจันทร์ถึงได้โคจรรอบโลกได้ ?" แกคิดยังไงก็คิดไม่ออก เลยไปนั่งอยู่ใต้ต้นแอปเปิ้ล แล้วโดนลูกแอปเปิ้ลหล่นมาเขกกระโหลก แต่จึงคิดได้ว่า มันมาจากสิ่งที่เราเรียกว่า "แรง" นั่นเอง
 
 
 
แรง (Force) นั้น หมายถึง "ความพยายามที่จะทำให้วัตถุหนึ่ง ๆ เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาวะการเคลื่อนที่"
 
 
คิดง่าย ๆ เรามีกล่องอยู่กล่องนึง ขวางหน้าเราอยู่ เราจึง "ออกแรง"ผลักให้มันเคลื่อนที่ไปข้างหน้า
 
ในที่นี้ กล่องก่อนที่ถูกเราผลักนั้น มีสภาพหยุดนิ่ง แต่เมื่อถูกแรงผลักของเรา มันจึงเปลี่ยนสภาพเป็นเคลื่อนที่นั่นเอง
 
แรงนี้ ถูกนิยามว่ามีหน่วยมูลฐาน ตามระบบเมตริซ์ ว่า นิวตัน (Newton,N) เพื่อเป็นเกียรติแก่ตาลุงนิวตัน คนคิดนั่นเอง (ถามว่าหน่วยอื่นมีไหม คำตอบคือมีครับ แต่ยังไม่ขออธิบายมาก อีกอย่าง หน่วยในระบบเมตริซ์นี้ ถูกใช้โดยวิศวกรทั่วโลกยกเว้นในสหรัฐอเมริกาประเทศเดียวครับ)
 
 
สิ่งที่ตามมาอีกอย่างก็คือ "มวล" (Mass) ซึ่งเจ้ามวลนี้ ก็หมายถึงเนื้อมวลสารนั่นเอง ซึ่งสุดท้าย จะถูกบอกค่าเป็นน้ำหนัก ซึ่งมีหน่วยเป็น กรัม (gram, g) หรือ กิโลกรัม (kilogram, kg) นั่นเอง
 
 
สิ่งที่ตาลุงนิวตันคิดจากการถูกแอปเปิ้ลเขกกระโหลกนั้น มีอยู่สองหัวข้อใหญ่ ๆ คือ
 
  1. กฎแรงดึงดูดสากล (Newton's law of universal gravitation) ซึ่งกล่าวไว้ว่า มวลสารทุกอย่างในจักรวาลนี้ มีแรงดึงดูดระหว่างกันเสมอ ซึ่งกฎข้อนี้เป็นจริงแม้แต่ในระดับอะตอมเลยเชียวหล่ะจ๊ะ (แต่จะไม่อธิบายในที่นี้นะจ๊ะ)
  2. กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน (Newton's law of Motion) อันเป็นหัวข้อที่เราจะพูดถึงนี่เอง

 

------------------------------------------

 

ตลกคั่นฉาก

 

เรากล่าวกันว่า ที่จริงแล้วคนไทยเราคิดค้นกฎทั้งสองข้อนี้ได้ก่อนนิวตันเสียอีก แต่ว่า น่าเสียดาย ที่บ้านเราไม่มีแอปเปิ้ล และผลไม้ที่ตกใส่หัวนักวิทยาศาสตร์ท่านนั้นคือ ทุเรียน ดังนั้น ท่านจึงหัวแบะตายก่อนที่จะได้ประกาศทฤษฎีของท่าน

 

 

-----------------------------------------------

 

ก่อนจะไปพูดถึง กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน เราต้องพูดถึง เรื่องของปริมาณเวกเตอร์ (Vector) กับ สเกลาร์ (Scalar) กันก่อน

 

คำว่า สเกลลา มีที่มาจากคำว่า สเกล (scale) ซึ่งหมายถึงมาตรวัด แต่โดยทั่วไปจะแปลว่า ตราชั่ง ซึ่งหมายถึงปริมาณที่มี "ขนาด" นั่นเอง

 

ตัวอย่างของปริมาณสเกลลา ก็เช่น น้ำหนัก ปริมาตร และจำนวน

 

สำหรับเวกเตอร์นั้น คือปริมาณ ที่มีการระบุทิศทางเข้ามาด้วย

 

ทำไมต้องมีการนิยามปริมาณเวกเตอร์หน่ะเหรอ

 

น้องลองนึงถึงปัญหาข้อนี้ดูนะครับ

 

สมมติว่า ในกลุ่มของน้อง มีเพื่อน 10 คน เดินออกไปนอกกลุ่ม 5 คน น้องย่อมตอบได้ว่า เหลือคนในกลุ่มอยู่ 5 คน

 

แต่ถ้าพี่ถามต่อหล่ะ ว่า แล้วอีก 5 คนที่หายไป เขาไปไหนกันบ้าง ?

 

น้องก็ต้องเริ่มจำแนกทิศทางแล้วใช่ไหมหล่ะครับ ว่า ใคร ไปไหนบ้าง ซึ่งคำตอบจะกลายเป็น 1 คนไปห้องน้ำ (สมมติทิศตะวันออก) 1 คนไปห้องพักครู (สมมติ ทิศตะวันตก) 1 คนไปหาน้องสาว (ลงไปชั้นล่าง 3 ชั้น) อีก 2 คน ขึ้นไปดวลเกมไพ่กัน (สมมติทิศทาง ขึ้นไปอีก 5 ชั้น)

 

และนี่คือความจำเป็นของการบอกทิศทาง (เวกเตอร์) ครับ

 

ในทางวิทยาศาตร์สาขากายภาพ (ฟิสิกส์) เองก็เช่นกัน ที่จำเป็นต้องมีการจำแนกถึงทิศทางของวัตถุด้วย เพราะจากตัวอย่างเมื่อสักครู่น้องก็เห็นแล้วว่า ไปกันคนละทิศละทาง (ยกเว้นคู่ไปตีไพ่)

 

 

--------------------------------------------

 

ก่อนที่เราจะพูดถึงรายละเอียดของ กฎทั้งสามข้อ เราจะพูดถึงเรื่องสภาพการเคลื่อนที่กันก่อน

 

คำว่า สภาพการเคลื่อนที่นั้น หมายถึง ลักษณะการเคลื่อนที่ของวัตถุใด ๆ เช่น เราปั่นจักรยานด้วยความเร็วคงที่ 5 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

 

ถ้าเราปั่นจักรยานจากบ้านเราไปหน้าหมู่บ้านด้วยความเร็วคงที่ 5 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ไปเรื่อย ๆ แปลว่า เรากำลังรักษาสภาพการเคลื่อนที่

 

ต่อมา มีหมาตัวนึงวิ่งตัดหน้าเรา ทำให้เราต้องเบรคจนตัวโก่ง และหยุดนิ่ง และนี่คือการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่จาก 5 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เป็นหยุดนิ่ง (0 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) นั่นเอง

 

จากนั้น หลังจากดูแล้วไม่มีหมาอีก เราจึงไปหน้าหมู่บ้านต่อด้วยการเร่งความเร็วกลับเป็น 5 กิโลเมตรต่อชั่วโมงอีกครั้ง สมมติ เราใช้เวลาในการเร่งความเร็วจากหยุดนิ่ง 5 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ในเวลา 1 นาที นั่นหมายความว่า เรากำลังมี "ความเร่ง" (Acceleration) จ๊ะ

 

ส่วนตอนเราหยุดรถเป็นในทางกลับกัน เรียกว่า ความหน่วง (Deceleration)

หน่วยของความเร่ง นั้น คิดง่าย ๆ ก็คือ ระยะทาง ต่อ เวลายกกำลังสอง เช่น m/s2 (เมตร ต่อวินาที ยกกำลังสอง อ่านเท่ ๆ เป็นภาษาอังกฤษคือ เมตร-เปอร์-เซ็ก-สะ-แควร์)

 

 

------------------------------------------

 

เกร็ดเล็กน้อย

 

คำว่า ความเร็วในภาษาอังกฤษมีสองคำคือ sdeedกับ velocity ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว มีความหมายเหมือนกัน

 

แต่สำหรับทางฟิสิกส์แล้ว ความหมายของสองคำนี้อยู่คนละขั้วเลยทีเดียว โดย Speed คือปริมาณสเกลาร์ ในขณะที่ Velocity หมายถึงปริมาณเวกเตอร์จ๊ะ

 

----------------------------------------

 

ท้าวกันมานาน ในที่สุดก็มาถึง กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันเสียที

 

กฎของนิวตันนี้ มีกันอยู่ 3 ข้อครับ

  1. วัตถุจะคงสภาพการเคลื่อนที่เอาไว้ถ้าหากผลรวมของแรงลัพท์ เท่ากับ ศูนย์
  2. วัตถุจะเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ถ้าผลรวมของแรงลัพท์ ไม่เท่ากับ ศูนย์
  3. แรงกิริยา มีค่าเท่ากับ แรงปฎิกิริยา

 

กฎข้อหนึ่ง เมื่อเทียบกับตัวอย่างเมื่อกี้ ก็คือขณะที่เราเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ 5 กิโลเมตรต่อชั่วโมง นั่นเอง ซึ่ง ณ สภาวะนั้น แรงที่มากระทำต่อจักรยานและตัวเรา รวมกันแล้วมีค่าเป็นศูนย์นั่นเอง

 

กฎข้อแรก สรุปด้วยสมการง่าย ๆ ว่า

∑F = 0

ซึ่ง F ในที่นี้ก้คือ แรง

ส่วนตัว ∑ นี้ อ่านว่า ซิกมา (ซิกมาเดียวกับตัวร้ายใน ร็อคแมน เอกซ์นั่นแหละ) ซึ่งหมายถึงผลรวมของค่าที่มันไปอยู่ข้างหน้านั่นเอง

 

อันนี้มีเรื่องตลกเล็ก ๆ ครับ เพื่อนพี่คนนึงเอากฎข้อนี้มานิยามว่า "ผลรวมของแรงรัก เท่ากับความสูญเปล่า"

 

สำหรับกฎข้อที่สองนั้น คือในสภาวะที่เราเบรคจนตัวโก่ง ณ เวลานั้น แรงที่เข้ามาก้คือ แรงจากการเหยียบเบรคของเรา ซึ่งส่งผลให้มีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว (เกิดความหน่วงขึ้น) นั่นเอง

 

กฎข้อนี้มีสมการแทนว่า

∑F = ma

 

โดย m คือ มวลสาร และ a คือ ความเร่งนั่นเอง

 

--------------------------------------

 

กฎข้อ 1 VS กฎข้อ 2

 

มวลนั้น วัตถุทุกอย่างในจักรวาลนี้มีหมด เพียงแต่อาจจะเล็กมาก ๆ จนวัดไม่ได้เท่านั้นเอง

 

แต่เมื่อไรก็ตามที่วัตถุนั้น ไม่มีความเร่ง (คงสภาพการเคลื่อนที่) ความเร่ง a =0

 

ดังนั้น

จาก

∑F = ma

จะสถานะการณ์ วัตถุคงสภาพการเคลื่อนที่ คือ a = 0

ดังนั้น

∑F = m(0)

∑F = 0

 

ดังนั้น เห้นความสัมพันธ์ของกฎทั้งสองข้อแล้วใช่ไหมจ๊ะ

 

อย่างไรก็ตาม ในเชิงรายละเอียดนั้น กฎข้อ 1 ของนิวตัน จะไปพูดถึงในวิชา สถิตยศาสตร์ (Statics) ซึ่งสำหรับคณะวิศวกรรมที่ต้องใช้วิชากลศาสตร์เป็นหลัก เช่น เครื่องกล หรือ โยธา แล้ว ต้องเรียนวิชานี้กันหนึ่งเทอมเต็ม ๆ เลยทีเดียว

 

ในขณะที่ กฎข้อสองนั้น จะไปพูดถึงในวิชา พลศาสตร์ (Dynamics) ซึ่งสำหรับสาขาข้างต้น ต้องเรียนเพิ่มอีก 1 เทอม

 

-------------------------------

 

สำหรับกฎข้อสามนั้น มีไว้เพื่อรองรับสภาวะบางอย่าง

 

ตัวอย่างเช่น เวลาที่เรายืนอยู่บนพื้นดินนิ่ง ๆ ตัวเรามีน้ำหนัก ทำไมเราถึงไม่จมลงพื้นหล่ะ?

 

คำตอบคือ เพราะมีแรงต้านจากพื้นโลกจ๊ะ

 

โดยน้ำหนักของเราคือ แรงกิริยา ส่วนแรงต้านของโลกคือ แรงปฎิกิริยานั่นเอง

 

-------------------------------

 

วันนี้จบแค่นี้ก่อนจ๊ะ

 

สงสัยถามได้ที่เฟสบุคของพี่จ๊ะ

 

ป.ล. แอดมาเกรียน พี่จะเล่นตอบไง ก็แล้วแต่อารมณ์จ๊ะ

 

edit @ 15 Nov 2011 03:22:27 by Brandy Frisky

Comment

Comment:

Tweet

ตอบ คุณ rayam

ถ้าต่อยปากผมเหรอครับ

มันย่อมไม่เป็นไปตามกฎข้อ 3 อยู่แล้ว เพราะว่าหลังการถูกกระแทก หัวของผมมีการเคลื่อนที่ไปตามแรงกระแทกหนิครับ

นอกจากนี้ กลศาตร์ลากรัง มันเป็นส่วนที่ต่อเนื่องมาจากแนวคิดของนิวตันในเรื่องแรงหนิครับ

ไม่ได้บอกว่ากฎของนิวตันใช้ไม่ได้สักหน่อย โดยลากรังเสนอให้เอาเรื่องของกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม และกฎการอนุรักษ์พลังงาน เข้ามาใช้แก้ปัญหา

ส่วนกลศาสตร์ฮามิลตัน ก็เป็นส่วนต่อยอดมาจากกลศาสตร์ลากรังอีกทีนึง ซึ่งก็ไม่ได้มีส่วนไหนที่ขัดแย้งกับกลศาสตร์นิวตัน (กลศาสตร์คลาสสิก) หนิครับ

ถ้าคุณมองย้อนกลับไป การจะแก้โจทย์ปัญหานั้น เราจะพบว่า กลศาสตร์คลาสสิกนั้น เพียงพอต่อการแก้ปัญหาในวิชา สถิตยศาสตร์ เช่น การคำนวนโครงสร้างอาคารที่อยู่นิ่ง

แต่พอมาเป็นวิชาพลศาสตร์แล้ว กลศาสตร์คลาสสิกนั้น ไม่เพียงพอที่จะแก้ปัญหาพวกนี้ได้

กลศาสตร์ลากรัง และกลศาสตร์ฮามิลตัน จึงถูกเสนอขึ้นมา เพื่อแก้ปัญหาระดับสูงเหล่านี้ไงครับ


อย่างไรก็ตาม ในเอ็นทรีนี้ ผมก็ได้เขียนระบุชัดเจนแล้วว่า ต้องการจะสอนน้องมัธยม

แล้วผมจะพูดถึงกลศาสตร์ลากรัง และกลศาสตร์ฮามิวตัน ไปทำแมวอะไรหล่ะครับ

#4 By Brandy Frisky on 2011-12-03 01:46

ถ้าต่อยปากคนเขียนบล็อกแล้วจะเป็นไปตามทฤษฎีข้อที่สามของนิวตันมั้ย น่าจะมีค่าคงที่ของเลือดออกมาด้วย
อิอิล้อเล่น
อันที่จริงนั้น เขาไม่เรียกว่ากฎของนิวตันเพราะว่ามันยังมีข้อขัดแย้ง (เริ่มจากสมุติฐาน>การทดลอง>ผลการทดลอง>ทำซ้ำๆจนแน่ใจ>ทฤษฎี>ไม่มีอะไรมาขัดแย้งหรือแน่นอน เจ๋งแล้ว>กฎหรือ Law)ไม่งั้นเขาไม่มีกลศาสตร์ลากรานจ์ กลศาสตร์ฮามินตันหลอก ก้เพราะว่าทฤษฎีของนิวตันอธิบายบางอย่างไม่ได้ เช่นนิวตันอธิบายลูกตุ้มนาฬิกาได้ ว่ามันแกว่งยังไง ถ้าเพิ่มอีกตัวนึงเข้าไปล่ะ แล้วเปลี่ยนจากเชือกเป็นสปริง แบบนี้นิวตันส่ายหัว 555+
ทฤษฎีของนิวตันเป็นเพียงทฤษฎีเล็กๆทฤษฎีหนึ่งที่อยู่ในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ(ไม่ใช่สัมพันธภาพพิเศษหลายคนชอบมั่ว)

#3 By rayam (202.29.24.197) on 2011-12-02 15:05

เป็นวิชาต้องห้ามสำหรับผม

ไม่รู้เรื่องเลยสักอย่าง




Hot! Hot!

#2 By อิสระรำพัน on 2011-11-16 01:50

วิชานี้เป็นวิชาที่น้องมึนจนอยากอ้วก. แต่พี่ยกตัวอย่างให้เข้าใจง่ายเม้ก.cry Hot!

#1 By Kanya on 2011-11-15 08:31

Brandy Frisky View my profile

เกลียดมัน ถ้าท่านพอใจในบทความ ท่านสามารถช่วยกระจายบทความได้ด้วยการรีทวิต
คลิกเพื่อรีทวิตที่ข้างบน

ขอบคุณที่หลงผิดมาอ่านครับ

Recommend