เทคนิคช่วยจำฟิสิกส์

ลำดับตอนที่ #14 : เทคนิคการคำนวนเรื่องกฏของนิวตัน

การนำไปใช้ มันก็คือการทำโจทย์อะแหละ แต่การนำไปใช้ นี่หมายถึงว่า เราต้องเข้าใจมันก่อนแล้วค่อยทำโจทย์
จากบทที่แล้ว แน่นอนว่า คงจะพอเข้าใจกันแล้ว ว่ากฏนิวตันหมายถึงอะไร
แรง มวล และ ความเร่ง สัมพันธ์กันอย่างไร(ใครไม่เก็ท อ่านใหม่ก่อนนะครับ)
ทีนี้ เรื่องกฎนิวตันเนี่ย เค้าถือเป็นเรื่องใหญ่เรื่องนึง เพราะเด็กนักเรียนจะมองเห็นภาพได้ง่าย

เอาวัตถุมาแสดงให้ดูได้ไม่ยาก ดังนั้น โจทย์แต่ละข้อ จะลงลึกมากๆ

แบบเจาะรายละเอียดกฎ ทั้ง 3 ข้อของนิวตันเลย ดังนั้นเวลาศึกษาก็ต้องเจาะลงเช่นกัน
ทั่วๆไปเค้าก็จะเริ่มกันที่กฏข้อ 2 ก่อน เพราะมันง่ายสุด ไม่ต้องใช้เรื่องอื่นช่วยมากนัก
สูตรง่ายๆ ว่า ∑F = ma แต่ระวังให้ดี สูตรง่ายๆอย่างนี้แหละ ทำคนดับมาเยอะแล้ว
ซึ่งเวลาคิดเรื่องนี้นะ ไม่มีอะไรเท่าไหร่เลย มันใช้หลักการคิดแบบเดียวกับไฟฟ้า V = IR อ่ะ
ที่มันเหมือนกันก็คือ เรื่องการคิดแบบทั้งระบบกะแยกคิดแต่ละระบบ
พูดงี้ งง ใช่มะ งั้นเดี๋ยวเอาตัวอย่างไปดูแล้วกันนะครับ
มวล 8 ก้อน มีขนาดมวลเป็น 1,2,3,4…,8 kg ตามลำดับ จาก A ไป H มวลทั้งหมดวางชิดกันและอยู่บนพื้นลื่น โยระบบทั้งหมดถูกแรง F = 108 N กระทำทางด้าน A ขนานกับพื้น จงหาแรงที่มวล E กระทำต่อมวล F
 

เวลาคิดแบบนี้ก็ให้มองว่าเรารู้อะไร จากโจทย์ เรารู้แรงที่กระทำทั้งระบบ ก็คือ 108 N   มวลทั้งระบบเราก็รู้ ก็คือ  1+2+3+4+5+6+7+8 = 36 kg เมื่อรู้แรงทั้งระบบ กับ มวลทั้งระบบแล้วก็จะหาความเร่งทั้งระบบได้ไม่ยาก(หลักการนี้จะเหมือนกับ V=IR ที่จะคิดคร่อม แต่ละจุด ซึ่ง F = Ma ก็จะมองที่มวลแต่ละก้อนเช่นกัน)

จาก F = Ma แทนค่าจะได้ 108 = 36*a แก้สมการจะได้ a = 3 ซึ่งจะได้ว่า ทั้งระบบ มีความเร่งเท่ากับ 3

ทีนี้เราก็คิด เฉพาะที่เราสนใจ นั่นก็คือ แรงที่มวล F ถูกกระทำ ซึ่ง เวลาแรงกระทำนั้น มันก็จะทำก้อนข้างหน้าไปด้วยเพราะงั้นเราจึงต้องคิดมวลทั้งสามก้อน นั่นก็คือ F+G+H เป็นอีกหนึ่งระบบ

M รวมสามก้อน = 21 kg
A ของสามก้อน = 3 m/s²
แรงที่จะผลักมวล 21 kg ให้มีความเร่ง 3 m/s² จะต้องมีขนาด F = Ma = 21*3 = 63 N ครับ

เพราะงั้นแรงที่ E ทำกับ F คือ 63 N ครับ
โจทย์มันทำให้งงอ่ะนะ ที่แยกออกมาเป็นหลายๆก้อน แต่เวลาคิดให้คิดแบบนี้อ่ะ

แบบมวลเรียงกัน แต่เราสนใจแค่ สองช่วง เพราะงั้นนอกเหนือจากนั้นก็เอา รวมกันได้เลย
สรุปแล้วมันก็เหลืออยู่สองก้อน โดยแบ่งระหว่าง E กับ F นั่นเอง แล้วก็คิด แต่โจทย์ทั่วๆไปมันจะแยกก้อนมาให้เรางง แค่นั้นเอง

ถึงตรงนี้ก็อยากจะบอกว่าไอ้สูตร ∑F = ma เนี่ยคนส่วนใหญ่ชอบมองว่า ไอ้เจ้าตัว ∑ เนี่ยไม่มีความหมาย แต่แท้จริงแล้ว มันค่อนข้างมีความสำคัญเลยนะ (ที่บอกว่าค่อนข้างเพราะถ้าเข้าใจลึกซึ้งพอแล้ว จะเขียนไม่เขียนก็มีค่าเท่ากัน)
ไอ้เจ้าตัว ∑ เนี่ย มันเป็นตัวบอกว่า เราต้องเอาแรงทั้งหมดที่ทำกับวัตถุที่เราพิจารณามารวมกันให้หมดก่อน แล้วเอาไปหารด้วยมวล จึงจะได้ความเร่งออกมา ซึ่งแรงจะเป็นเวกเตอร์ เพราะฉะนั้น เราต้องใส่เครื่องหมายเวลาคำนวณด้วย แต่เพื่อความสะดวก เราจะให้ตั้งสมการเอาแรงที่มากกว่าเป็น + แรงที่น้อยกว่าเป็น -
เพื่อให้ผลลัพธ์เป็น + นั่นเอง ลองมาดูตัวอย่างกันอีกข้อแล้วกันนะครับ
อันนี้เป็นเรื่องลิฟต์นะครับ

กำหนดค่าตัวแปรแล้วกัน เผื่อใครเกลียดพวกตัวแปร(แต่ความจริงตัวแปรง่ายกว่านะ)
a = 2m/s ²   m= 50 kg  g = 10m/s ² N = ให้หา
เวลาคิดก็ไม่มีอะไรมาก ตั้งสมการมันไปเลยว่า

∑F = ma
แล้วก็ใส่แรงรวมทั้งหมดเข้าไป ตรงนี้จะขออธิบายนิดนึงนะ
เวลาจะใส่แรงรวม ก็ให้มองที่สิ่งที่เรากำลังจะคิด ในที่นี้ เรากำลังจะคิดที่คน ว่ามีแรงไรกระทำกับคนมั่ง
 แรงที่กระทำกับคนก็คือ แรงดึงดูดของโลก และ แรงที่พื้นดันขึ้น แต่แรงที่พื้นดันขึ้นมีมากกว่า
คนเลยขึ้นด้วยความเร่ง 2 m/s ²
ตั้งสมการว่า N - mg = ma  ดูจากสมการ จะเห็นว่า คนถูกแรงดันขึ้นจากพื้น แต่ถูกดึงลงด้วย mg
แทนค่าลงไป N - 500 = 50*2 แก้สมการจะได้ N มีค่า 600 N ครับ
เห็นไม๊ว่า เวลาเราโดนยกขึ้นด้วยความเร่งอ่ะพื้นจะดันเราแรงขึ้น
ในทางกลับกัน ถ้าเราลงด้วยความเร่ง พื้นจะดันเราเบาลงๆ
ลองนึกถึงรถวิ่ง ตอนลงสะพานเร็วๆ มันจะมีความรู้สึก แบบ วูบๆอ่ะ
นั่นคือก้นเราไม่ติดเบาะ หรือ N มันจะน้อยลงนั่นเอง

บทหน้า เล่นเรื่องรอก ต่อด้วย แรงเสียดทาน แรงดึงดูดระหว่างมวล แรงสปริง แล้วค่อยสมดุล
นิวตันนี่อีกยาวเลยแหละครับ กว่าจะได้ขึ้นเรื่องอื่น

บทหน้า เล่นเรื่องรอก ต่อด้วย แรงเสียดทาน แรงดึงดูดระหว่างมวล แรงสปริง แล้วค่อยสมดุล
นิวตันนี่อีกยาวเลยแหละครับ กว่าจะได้ขึ้นเรื่องอื่น