หน่วยการเรียนรู้ที่ 1 เรื่อง แรง ( Forces )

หน่วยการเรียนรู้ที่ 1เรื่อง แรง (Forces) วิทยาศาสตร์ (ว 40216) ฟิสิกส์ ม.6

แรง (Forces) • 1. แรง • 2. ชนิดของแรง • 3. การเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามโน้มถ่วง สนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็ก • 4. แรงยึดเหนี่ยวในนิวเคลียส

3. การเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุ ในสนามโน้มถ่วง สนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็ก

ผลการเรียนรู้ • 1. อธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามโน้มถ่วงได้ • 2. อธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามไฟฟ้าได้ • 3. อธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามแม่เหล็กได้ • 4. ยกตัวอย่างการเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามโน้มถ่วง สนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กได้

1. การเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามโน้มถ่วง 2. การเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามไฟฟ้า 3. การเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามแม่เหล็ก 3. การเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามโน้มถ่วง สนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็ก

1. การเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามโน้มถ่วง • 1) กรณีที่วัตถุเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง • 2) กรณีที่วัตถุเคลื่อนที่ในแนวระดับ • 3) กรณีที่วัตถุเคลื่อนที่ในแนวเฉียงใด ๆ (โพรเจกไทล์) • 4) การเคลื่อนที่ของดาวเทียม

การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง • วัตถุเคลื่อนที่ดิ่งขึ้น แรงโน้มถ่วงจะต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ช้าลง • วัตถุเคลื่อนที่ดิ่งลง แรงโน้มถ่วงดึงวัตถุลงในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ ทำให้วัตถุเคลื่อนที่เร็วขึ้น

การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง http://library.thinkquest.org/2779/Even_more.html

การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง http://www.astronomynotes.com/relativity/s3.htm

การเคลื่อนที่ในแนวระดับการเคลื่อนที่ในแนวระดับ • เมื่อวัตถุพยายามพุ่งไปข้างหน้า แต่แรงโน้มถ่วงของโลกกระทำบนวัตถุในทิศดิ่งลง • ทำให้ทิศการเคลื่อนที่ของวัตถุเปลี่ยนเป็นเส้นโค้ง • เรียก การเคลื่อนที่แบบนี้ ว่า การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ (projectile)

การเคลื่อนที่ในแนวเฉียงใด ๆ • เส้นทางการเคลื่อนที่จะเป็นเส้นโค้ง ซึ่งก็เรียกว่า การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ (projectile) เช่นเดียวกัน

Projectile http://scienceworld.wolfram.com/physics/Projectile.html

Projectile http://library.thinkquest.org/2779/Even_more.html

Here are the formulas that describe projectile motion:

การเคลื่อนที่ของดาวเทียมการเคลื่อนที่ของดาวเทียม • ดาวเทียมโคจรรอบโลกได้ เพราะมีแรงโน้มถ่วงที่โลกส่งไปกระทำกับดาวเทียม • เนื่องจากแรงโน้มถ่วงและแรงหนีศูนย์มีทิศตรงข้ามและมีขนาดเท่ากัน

2. การเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามไฟฟ้า • 1) เมื่อปล่อยอนุภาคประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้า • 2) เมื่อยิงอนุภาคประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้า

1) เมื่อปล่อยอนุภาคประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้า • ถ้าอนุภาคนั้นมีประจุ + จะมีแรงไฟฟ้ากระทำในทิศทางเดียวกับสนามไฟฟ้า • อนุภาคจึงเคลื่อนที่จาก + ไปยัง - • ถ้าอนุภาคนั้นมีประจุ - จะมีแรงไฟฟ้ากระทำในทิศทางตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า • อนุภาคจึงเคลื่อนที่จาก - ไปยัง +

F = qE http://www.physics.miami.edu/~zuo/class/fall_05/lecture%20supp.html

2) เมื่อยิงอนุภาคประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้า • ถ้าอนุภาคนั้นมีประจุ + จะมีแรงไฟฟ้ากระทำในทิศทางเดียวกับสนามไฟฟ้า • ดังนั้น ถ้ายิงประจุบวกสวนทิศสนามไฟฟ้า ประจุจะวิ่งช้าลง • ถ้ายิงอนุภาคประจุไฟฟ้าตัดสนามไฟฟ้า • อนุภาคประจุ + จะเคลื่อนที่เป็นทางโค้งเข้าหาแผ่นที่มีประจุ + • อนุภาคประจุ - จะเคลื่อนที่เป็นทางโค้งเข้าหาแผ่นที่มีประจุ - (ตรงข้ามกับประจุ + )

Earth's magnetic field http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/mag_field.htm

3. การเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามแม่เหล็ก • 1) เมื่ออนุภาคประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ขนานกับสนามแม่เหล็ก • 2) เมื่ออนุภาคประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก • 3) เมื่ออนุภาคประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าซึ่งตั้งฉากกัน • 4) เมื่ออนุภาคประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ไม่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก • 5) เมื่ออนุภาคประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กโลก • 6) การประยุกต์ใช้การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก

1) เมื่ออนุภาคประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ขนานกับสนามแม่เหล็กBar magnets (permanent magnets) ไม่มีแรงแม่เหล็กมากระทำ อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง ด้วยความเร็วคงที่ http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/mag_field.htm

2) เมื่ออนุภาคประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก • มีแรงแม่เหล็กมากระทำตามกฎมือขวา • ถ้าสนามแม่เหล็กคงที่อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งวงกลม • โดยแรงแม่เหล็กมีทิศพุ่งเข้าสู่จุดศูนย์กลาง

Orbit of charged particlein a magnetic field http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/mag_field.htm

3) เมื่ออนุภาคประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าซึ่งตั้งฉากกัน • มีแรงแม่เหล็ก มากระทำตามกฎมือขวา และมีแรงไฟฟ้า ตามกฎของคูลอมป์ • ถ้าแรงแม่เหล็กและแรงไฟฟ้า มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้ามกัน • อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง • เรียกเครื่องมือที่วัดนี้ ว่า เครื่องคัดเลือกความเร็ว (velocity selector)

เครื่องคัดเลือกความเร็ว (Velocity selector) http://arabelect.net/learns/Fluxs1.jpg

Velocity selector for charged particles http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/mag_field.htm

4) เมื่ออนุภาคประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ไม่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก • มีแรงแม่เหล็กมากระทำตามกฎมือขวา • ถ้าสนามแม่เหล็กคงที่ อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นเกลียววงกลม รอบสนามแม่เหล็ก • โดยแรงแม่เหล็กมีทิศพุ่งเข้าสู่จุดศูนย์กลาง • แต่ถ้าสนามแม่เหล็กไม่คงที่ อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นเกลียวใด ๆ รอบสนามแม่เหล็ก

5) เมื่ออนุภาคประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กโลก • มีแรงแม่เหล็กทำให้อนุภาคประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่เป็นเกลียวใด ๆ รอบสนามแม่เหล็กโลก เพราะสนามแม่เหล็กโลกไม่คงที่

Van Allen radiation belts around the Earth http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/mag_field.htm

Magnetic field lines of a permanent magnet, cylindrical coil, iron-core electromagnet, straight current-carrying wire, and a circular current-carrying loop. http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/mag_field.htm

6) การประยุกต์ใช้การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก • มีอุปกรณ์หลายชนิดที่ใช้ประโยชน์เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของประจุในสนามแม่เหล็ก เช่น • 1. เคลื่องไซโคลตรอน (cyclotron) • 2. แมสสเปกโทรมิเตอร์ (mass spectrometer)

Cyclotron http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/cyclot.html

Mass spectrometer http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/mag_field.htm

Sir. Joseph John Thomson (1856-1940) • 1897 English experimental physicist John Joseph Thomson discovered the electron, the first elementary particle, at Cambridge University's Cavendish Laboratory in 1897. • He used a cathode ray tube to measure the charge/mass ratio of the cathode ray particles that we now know are electrons. http://www.fnal.gov/pub/inquiring/timeline/02.html

Sir. Joseph John Thomson (1856-1940) • เขาได้คำนวณหาค่า q/m ได้ • โดยวิธีเดียวกับกรณีของ mass spectrometer http://iesfelanitx.org/departaments/fisica-quimica/retrats/THOMSON.JPG

References • พูนศักดิ์ อินทวี และจำนง ฉายเชิด. หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐาน กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์ : ฟิสิกส์ ม.4-ม.6. กรุงเทพฯ : อักษรเจริญทัศน์, 2547. 262 หน้า. • http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/mag_field.htm

Thank you Miss Lampoei Puangmalai Department of science St. Louis College Chachoengsao

หน่วยการเรียนรู้ที่ 1 เรื่อง แรง ( Forces )