เงื่อนไขของการสมดุลด้วยแรง 2 แรง

เงื่อนไขของการสมดุลด้วยแรง 2 แรง

เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุ 2 แรงแล้ววัตถุสมดุลต่อการเคลื่อนที่ ต้องอยู่ภายใต้เงื่อนไขดังนี้

1.     แรงทั้งสองต้องมีขนาดเท่ากัน
2.     แรงทั้งสองต้องมีทิศทางตรงกันข้ามกันและอยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน
3.     แรงลัพธ์ของแรงทั้งสองเท่ากับศูนย์

สมดุล

                                        

 สภาพสมดุล (Equilibrium) คือ สมดุลที่เกิดขึ้นในขณะที่ วัตถุอยู่ในสภาพนิ่ง หรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว ถ้า แรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเป็นศูนย์ สมดุลจะแบ่งเป็น 
    1. สมดุลสถิต (Static Equilibrium) เป็นสมดุลของ วัตถุขณะอยู่นิ่ง 
    2. สมดุลจลน์ (Kinetic Equilibrium) เป็นสมดุลของ วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ (a = 0) เมื่อพิจารณาการเคลื่อนที่เป็นหลัก จะมีเงื่อนไขสมดุลอยู่ 2 อย่างคือ 
         1. สมดุลต่อการเลื่อนที่ คือ วัตถุอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว จะมีค่า 
         2. สมดุลต่อการหมุน คือ วัตถุมีอัตราการหมุนคงตัวผลรวมของโมเมนต์ 
             หลักที่นำมาใช้ในการคำนวณในกรณีที่วัตถุสมดุลต่อการเลื่อนที่ คือ
             1. แตกแรงผลรวมของแรงทางด้านขวา = ผลรวมของแรงทางด้านซ้าย  อ่านเพิ่มเติม

แรงเสียดทาน

     แรงเสียดทาน (friction) เป็นแรงที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุหนึ่งพยายามเคลื่อนที่ หรือกำลังเคลื่อนที่ไปบนผิวของอีกวัตถุ เนื่องจากมีแรงมากระทำ มีลักษณะที่สำคัญ ดังนี้

1. เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ

2. มีทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางที่วัตถุเคลื่อนที่หรือตรงข้ามทิศทางของแรงที่พยายามทำให้วัตถุเคลื่อนที่ดัง

ถ้าวาง A อยู่บนวัตถุ B ออกแรง  ลากวัตถุ วัตถุ A จะเคลื่อนที่หรือไม่ก็ตาม จะมีแรงเสียดทานเกิดขึ้นระหว่างผิวของ A และ B แรงเสียดทานมีทิศทางตรงกันข้ามกับแรง  ที่พยายามต่อต้านการเคลื่อนที่ของ A

ประเภทของแรงเสียดทาน

แรงเสียดทานมี 2 ประเภท คือ

1. แรงเสียดทานสถิต (static friction) คือ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ ในสภาวะที่วัตถุได้รับแรงกระทำแล้วอยู่นิ่ง

2. แรงเสียดทานจลน์ (kinetic friction) คือ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ ในสภาวะที่วัตถุได้รับแรงกระทำแล้วเกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่  อ่านเพิ่มเตืม

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

                                                          

กฎข้อที่ 1 กฎของความเฉื่อย (Inertia)

        "วัตถุที่หยุดนิ่งจะพยายามหยุดนิ่งอยู่กับที่ตราบที่ไม่มีแรงภายนอกมากระทำ ส่วนวัตถุที่เคลื่อนที่จะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่ตราบที่ไม่มีแรงภายนอกมากระทำเช่นกัน"

        นิวตันอธิบายว่า ในอวกาศไม่มีอากาศ ดาวเคราะห์จึงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่และมีทิศทางเป็นเส้นตรง เขาให้ความเห็นว่า การที่ดาวเคราะห์โคจรเป็นรูปวงรี เป็นเพราะมีแรงภายนอกมากระทำ (แรงโน้มถ่วงจากดวงอาทิตย์) นิวตันตั้งข้อสังเกตว่า แรงโน้มถ่วงที่ทำให้แอปเปิลตกสู่พื้นดินเป็นแรงเดียวกันกับแรงที่ตรึงดวงจันทร์ไว้กับโลก หากปราศจากซึ่งแรงโน้มถ่วงของโลกแล้ว ดวงจันทร์ก็คงจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงผ่านโลกไป  อ่านเพิ่มเติม

แรง

แรง หมายถึง อำนาจภายนอกที่สามารถทำให้วัตถุเปลี่ยนสถานะได้ เช่นทำให้วัตถุที่อยู่นิ่งเคลื่อนที่ไป ทำให้วัตถุที่เคลื่อนที่อยู่แล้วเคลื่อนที่เร็วหรือช้าลง ทำให้วัตถุมีการเปลี่ยนทิศตลอดจนทำให้วัตถุมีการเปลี่ยนขนาดหรือรูปทรงไปจากเดิมได้แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ที่มีทั้งขนาดและทิศทางการรวมหรือหักล้างกันของแรงจึงต้องเป็นไปตามแบบเวกเตอร์

เวกเตอร์ของแรง

ปริมาณบางปริมาณที่ใช้กันอยู่ในชีวิตประจำวันบอกเฉพาะขนาดเพียงอย่างเดียวก็ได้ความหมายสมบูรณ์แล้ว แต่บางปริมาณจะต้องบอกทั้งขนาดและทิศทางจึงจะได้ความหมายที่สมบูรณ์ ปริมาณในทางฟิสิกส์แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

1. ปริมาณสเกลาร์ (scalar quantity) คือ ปริมาณที่บอกแต่ขนาดอย่างเดียวก็ได้ความหมายที่สมบูรณ์ โดยไม่ต้องบอกทิศทาง เช่น เวลา ระยะทาง มวล พลังงาน งาน ปริมาตร ฯลฯ ในการหาผลลัพธ์ของปริมาณสเกลาร์ทำได้โดยอาศัยหลักทางพีชคณิต คือ ใช้วิธีการบวก ลบ คูณ หาร

2. ปริมาณเวกเตอร์ (vector quantity) คือ ปริมาณที่ต้องการบอกทั้งขนาดและทิศทางจึงจะได้ความหมายที่สมบูรณ์ เช่น ความเร็ว ความเร่ง การกระจัด โมเมนตัม แรง ฯลฯ

ลักษณะที่สำคัญของปริมาณเวกเตอร์

1. สัญลักษณ์ของปริมาณเวกเตอร์ การแสดงขนาดและทิศทางของปริมาณเวกเตอร์จะใช้ลูกศรแทน โดยขนาดของปริมาณเวกเตอร์แทนด้วยความยาวของลูกศรและทิศทางของปริมาณเวกเตอร์แทนด้วยทิศทางของหัวลูกศร สัญลักษณ์ของปริมาณเวกเตอร์ ใช้ตัวอักษรมีลูกศรครึ่งบนชี้จากซ้ายไปขวาแสดงปริมาณเวกเตอร์  อ่านเพิ่มเติม

วัตถุตกจากบอลลูน

วัตถุตกจากยานพาหนะจะมีความเร็วเท่ากับยานและมีทิศเดียวกันกับยานพาหนะนั้น

วัตถุที่ตกจากบอลลูนมีการเคลื่อนที่ 3 กรณี
 
1. บอลลูนลอยขึ้นด้วยความเร็ว V

ถุงทรายที่ตกจากบอลลูนจะมีความเร็ว V เท่ากับบอลลูนและ
มีทิศขึ้นเหมือนบอลลูน และเมื่อถุงทรายหลุดจากบอลลูนจะเคลื่อนที่แบบตกอิสระ
ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก ความเร่ง = - g
 
 
2. บอลลูนลอยอยู่นิ่ง ๆ ถุงทรายตกลงมา

ถุงทรายจะมีความเร็วต้น = 0
ความเร่ง g เป็นบวก (+)


3.บอลลูนลอยลงด้วยความเร็ว u

ถุงทรายจะตกลงมาด้วยความเร็วต้น u
ความเร่ง +g  อ่านเพิ่มเติม



 

การเคลื่อนที่แนวดิ่ง

การเคลื่อนที่แนวดิ่ง (Motion under gravity)
                เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุที่ตกอย่างอิสระภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลกเพียงแรงเดียว การเคลื่อนที่ลักษณะนี้จะไม่คิดแรงต้านของอากาศ

สมการการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง 
                เนื่องจากการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง คือ การการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงแบบหนึ่ง ดังนั้น สมการในการคำนวณจึงเหมือนกับสมการการเคลื่อนที่ในแนวราบเพียงแต่เปลี่ยนค่า a เป็นg เท่านั้น

การกำหนดทิศทางของ g ซึ่งเป็นความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก โดยปกติ g จะมีทิศลงเสมอ จึงถือว่าวัตถุเคลื่อนที่ลงให้ g เป็นบวก วัตถุเคลื่อนที่ขึ้นให้ g เป็นลบ

                              เมื่อวัตถุที่ตกแบบเสรี วัตถุจะเคลื่อนที่ลงด้วยความเร่ง g ถ้ากำหนดให้g = 10 m/s² แสดงว่าวัตถุจะเคลื่อนที่ลงมาด้วยความเร็วเพิ่มขึ้นวินาทีละ 10 เมตรต่อวินาที แต่ถ้าโยนวัตถุนี้ขึ้นในแนวดิ่งวัตถุจะเคลื่อนที่ขึ้นช้าลงความเร่ง –g ถ้าg = 10 m/s² จะได้ว่าวัตถุจะเคลื่อนที่ขึ้นด้วยความเร็วลดลงวินาทีละ 10 เมตรต่อวินาที จนกระทั่งความเร็วสุดท้ายเป็น 0 เรียกตำแหน่งนี้ว่า ตำแหน่งสูงสุดของการเคลื่อนที่ของวัตถุ หลังจากนี้วัตถุจะเคลื่อนที่ตกแบบเสรี อ่านเพิ่มเติม