กิจกรรม 17-21 มกราคม 2554

ให้ผู้เรียนสืบค้นและวิคราะห์ข้อสอบจำนวน 10 ข้อ โดยทำใน Blog ของตนเอง โดยสร้างเพจใหม่ นำส่งท้ายชั่วโมงเรียน

ตอบข้อ 3

ปริมาณที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ปริมาณที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่จะเป็นพื้นฐานในการศึกษาเรื่องของการเคลื่อนที่ ซึ่งในการเคลื่อนที่จะต้องประกอบไปด้วยองค์ประกอบ 3 ส่วน 
Y วัตถุที่เคลื่อนที่ จะหมายจึงวัตถุที่มีลักษณะเป็นของแข็งที่คงรูปทรงอยู่ได้ 
Y ผู้สังเกต เป็นผู้ที่ศึกษาวัตถุที่เคลื่อนที่ โดยผู้สังเกตจะต้องอยู่นอกวัตถุที่เคลื่อนที่
Y จุดอ้างอิง การเคลื่อนที่ของวัตถุจะต้องมีการเปลี่ยนตำแหน่งของวัตถุดังนั้นเราจะต้องมีจุดอ้างอิง
เพื่อบอกตำแหน่งของวัตถุเมื่อเวลาผ่านไป
1. ระยะทาง (Distance) การเคลื่อนที่ของวัตถุจะเริ่มนับตั้งแต่จุดเริ่มต้นที่เราสังเกตเป็นจุดอ้างอิงแล้ววัดระยะทางตามแนวทางที่วัตถุเคลื่อนที่
ไปตามแนวทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ

2. การกระจัด (Displacement) เป็นการบอกตำแหน่งของวัตถุหลังจากการที่เคลื่อนที่ไปแล้วในช่วงเวลาหนึ่งโดยจะบอกว่าห่างจากจุดเริ่มต้นเป็นระยะ
เท่าไร และอยู่ทางทิศไหนของจุดเริ่มต้น ดังนั้นการกระจัดเป็น ปริมาณเวกเตอร์ เพราะมีทั้งขนาดและทิศทาง
*********ถ้าวัตถุเคลื่อนที่กลับมาสู่จุดเริ่มต้น การกระจัดจะมีค่าเป็นศูนย์**********

3. เวลา (Time) การวัดเวลาเรานับ ณ จุดเริ่มสังเกต ซึ่งขณะนั้นวัตถุอาจจะหยุดนิ่ง หรือเคลื่อนที่อยู่ก็ตาม ค่าของเวลาจะมีความสัมพันธ์กับระยะทาง เมื่อเวลาผ่านไป ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ก็จะเพิ่มขึ้น ในบางครั้งอาจจะมีข้อมูลของระยะทางกับเวลาสัมพันธ์กัน

4. อัตราเร็ว (Speed) หมายถึง ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา เป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที 

5. ความเร็ว (Velocity) หมายถึง การกระจัดของวัตถุที่เปลี่ยนไปในหน่วยเวลา

6. ความเร่ง (Acceleration) ความเร็วที่เปลี่ยนไปในหนึ่งหน่วยเวลา

ลักษณะของการเคลื่อนที่ลักษณะของการเคลื่อนที่แบ่งได้ 4 ลักษณะ คือ
1. การเคลื่อนที่เป็นแนวเส้นตรง
ลักษณะของการเคลื่อนที่แบบนี้เป็นพื้นฐานของการเคลื่อนที่ เพราะทิศทางการเคลื่อนที่จะมีทิศทางเดียว
แต่อาจจะเคลื่อนที่ไป-กลับได้ รูปแบบการเคลื่อนที่อาจจะแตกต่างกันออกไป ตัวอย่างเช่น
- การเคลื่อนที่ของรถไฟบนราง
- การเคลื่อนที่ของรถบนถนนที่เป็นแนวเส้นตรง
- การเคลื่อนที่ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก
2. การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์
เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีแนวเส้นทางการเคลื่อนที่เป็นรูปโค้งพาราโบลา และเป็นพาราโบลาทางแกน y
ที่มีลักษณะคว่ำการที่วัตถุเคลื่อนที่เป็นแนวเส้นโค้งเนื่องจากวัตถุเคลื่อนที่เข้าไปในบริเวณที่มีแรงกระทำต่อ
วัตถุไม่อยู่ในแนวเดียวกับทิศของการเคลื่อนที่

3. การเคลื่อนที่แบบวงกลม
เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุรอบจุดๆหนึ่ง โดยมีรัศมีคงที่ การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
ทิศทางของการเคลื่อนที่จะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ความเร็วของวัตถุจะเปลี่ยนไปตลอดเวลา ทิศของแรงที่กระทำจะตั้งฉากกับทิศของการเคลื่อนที่
แรงที่กระทำต่อวัตถุจะมีทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลาง เราจึงเรียกว่า “แรงสู่ศูนย์กลาง”
ในขณะเดียวกัน จะมีแรงต้านที่ไม่ให้วัตถุเข้าสู่ศูนย์กลาง เราเรียกว่า “แรงหนีศูนย์กลาง” แรงหนีศูนย์กลางจะเท่ากับแรงสู่ศูนย์กลาง วัตถุจึงจะเคลื่อนที่เป็นวงกลมได้

4. การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย
ลักษณะของการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย จะเป็นการเคลื่อนที่ที่มีลักษณะ
พิเศษ คือ วัตถุจะเคลื่อนที่กลับไปกลับมาที่เราเรียกว่า แกว่ง หรือ สั่น การเคลื่อนที่แบบนี้จะเป็นการเคลื่อนที่อยู่ในช่วงสั้นๆ มีขอบเขตจำกัด เราเรียกว่า แอมพลิจูด (Amplitude) โดยนับจากตำแหน่งสมดุล ซึ่งอยู่ตรงจุดกลางวัดไปทางซ้ายหรือขวา เช่น การแกว่งของชิงช้า หรือยานไวกิงในสวนสนุก

ที่มา http://www.thaigoodview.com/library/contest2551/science04/109/unt12/un12.html

ตอบข้อ2

อัตราเร็ว และความเร็ว เป็นปริมาณที่แสดงให้ทราบลักษณะการเคลื่อนที่ของวัตถุถ้าในทุก ๆ หน่วยเวลาของการเคลื่อนที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยขนาดของอัตราเร็ว หรือ ความเร็วเท่ากันตลอดการเคลื่อนที่ เรียกว่าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสม่ำเสมอหรืออัตราเร็วคงที่ถ้าพิจราณาแล้วพบว่าในแต่ละหน่วยเวลาของการเคลื่อนที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วหรือความเร็วที่แตกต่างกัน กล่าวว่า วัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร่ง หรือ ความเร่งในกรณีนี้การหาค่าอัตราเร็วหรือความเร็ว หาได้สองลักษณะคือ

อัตราเร็วขณะใดขณะหนึ่ง หรือความเร็วขณะใดขณะหนึ่ง เป็นการหาค่าอัตราเร็วหรือความเร็วในช่วงเวลาสั้น ๆ ช่วงใดช่วงหนึ่งของการเคลื่อนที่ 
อัตราเร็วเฉลี่ยหรือความเร็วเฉลี่ย เป็นการหาค่าอัตราเร็วหรือความเร็วหลังจากมีการเคลื่อนที่  โดยคำนวณหาจากการเฉลี่ยระยะทางทั้งหมดของการเคลื่อนที่ในหนึ่งหน่วยเวลาของการเคลื่อนที่ หรือการเฉลี่ยการกระจัดของการเคลื่อนที่ในหนึ่งหน่วยเวลา     

ที่มา  http://www.snr.ac.th/elearning/kosit/sec02p01.html

ตอบข้อ4

การเคลื่อนที่แนวตรงที่นักเรียนพบเห็นในชีวิตประจำวันไม่ได้มีเฉพาะการเคลื่อนที่แนวตรงตามแนวระดับเท่านั้น  แต่ถ้านักเรียนพิจารณาผลไม่ที่ตกจากต้นสู่พื้นดินหรือวัตถุต่างๆที่ตกจากที่สูงจะพบว่าเป็นการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งแตกต่างจากการเคลื่อนที่ในแนวระดับหรือไม่อย่างไร
ถ้าทำการทดลองเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวดิ่งภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลกโดยติดวัสดุ เช่น ผลส้ม  หรือลูกเทนนิสกับแถบกระดาษผ่านเครื่องเคาะสัญญาณเวลาจากแถบกระดาษที่แสดงไว้ในภาพ1.7นักเรียนจะพบว่าวัตถุมีความเร็วมากขึ้นอย่างสม่ำเสมอนั่นคือวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงตัว เรียกความเร่งในการตกของวัตถุว่าความเร่โน้มถ่วงของโลก (gravitational  acceleration, g)ซึ่งมีค่า  9.8 เมตรต่อวินาที และมีทิศดิ่งลงสู่พื้นเสมอแสดงว่าในทุกๆ 1 นาทีวัตถุมีความเร็วเพิ่มขึ้นประมาณ 9.8 เมตรต่อวินาทีซึ่งถือว่าเป็นการเคลื่อนที่ที่มีความเร็วเพิ่มขึ้นเร็วมากตัวอย่างเช่นการโดดร่มแบบดิ่งพสุธาช่วงที่ร่มยังไม่กางจะมีความเร็วมาก
                                 

                     ภาพ1.6  มะม่วงตกในแนวดิ่ง

ที่มา  http://km.vcharkarn.com/physics/mo4/64-2010-09-16-08-18-58

ตอบข้อ3

การเคลื่อนที่แบบฮาร์โมนิกอย่างง่าย
คือการที่วัตถุเคลื่อนที่กลับไปมาซ้ำรอยเดิม มักจะใช้สัญญลักษณ์ว่า SHM. ตัวอย่างของการเคลื่อนที่แบบนี้ได้แก่ การเคลื่อนที่ของวัตถุที่ถูกผูกติดไว้กับสปริงในแนวราบ แล้ววัตถุเคลื่อนที่ไปมาตามแรงที่สปริงกระทำต่อวัตถุ ซึ่งเขาจะศึกษาการเคลื่อนที่นี้จากรูปที่ 1 ในรูปที่ 1a ตำแหน่ง x = 0 เป็นตำแหน่งสมดุลของปริง หรือ เป็นตำแหน่งที่สปริงมีความยาวตามปกติ ณ ตำแหน่งนี้สปริงจะไม่ส่งแรงมากระทำต่อวัตถุ ในรูปที่ 1a นี้มีวัตถุมวล m ผูกติดกับสปริง วางอยู่บนพื้นที่ซึ่งไม่มีแรงเสียดทาน ที่ตำแหน่งซึ่งปริงยืดออกจากความยาวปกติเป็นระยะทาง A สปริงจะออกแรงดึงวัตถุมวล m กลับมาอยู่ในตำแหน่งสมดุล x = 0 เรียกแรงที่สปริงกระทำต่อวัตถุนี้ว่าแรงดึงกลับ (Restoring force)

ที่มา http://web.ku.ac.th/schoolnet/snet3/supinya/harmonic-mot/harmonic.htm

ตอบขอ2

ในการทดลองคาบการแกว่งของลูกตุ้มอย่างง่าย Simple Pendulum
จากกฎข้อที่ 2 ของนิวตัน(เชิงมุม) จะได้ (mL^2)*a = -mgLsin(q), a เป็นความเร่งเชิงมุม อนุพันธ์อันดับสองของมุม q
สำหรับกรณีมุม theta เล็กๆ จะได้ว่า คาบการสั่น T = 2pi sqrt(L/g)
แม้ว่าการทดลองนี้ จะเป็นการทดลองที่หาความเร่งโน้มถ่วงได้ไม่แม่นยำนัก
แต่อยากทราบว่า วิธีการใดจะเป็นวิธีวัด/ทำการทดลองที่ดีที่สุดอะครับ
1) วัดคาบของการแกว่ง 20T (เป็นตัวเลขอื่นก็ได้ครับ, แต่มากกว่านี้ก็เริ่มเบื่อ) ที่ความยาว L ต่างๆ และหาค่า g ของแต่ละชุดข้อมูล ก่อนจะนำมาเฉลี่ย
2) ทำเช่นเดียวกับ ข้อ 1 แต่หาค่า g โดยอาศัยความชันของกราฟ T^2 กับ L (จากการวาดกราฟ/regressionด้วยcom/เครื่องคิดเลข)
3) วัดคาบการแกว่ง 20T ของการแกว่งที่ความยาว L เท่าเดิม หลายๆครั้ง แล้วนำมาเฉลี่ย หาค่า g
4) วัดคาบการแกว่ง 200T ของการแกว่งที่ความยาว L ค่าเดียวแล้วนำมาหาค่า g
5) วัดคาบการแกว่ง 20T ที่ความยาว L เท่าเดิม คล้ายข้อ 3) แต่ปล่อยให้ลูกต้มแกว่งไปเรื่อย (คล้ายกับในข้อ4)
ที่มา http://guru.google.co.th/guru/thread?tid=5e6e8c7a278f5f0c

ตอบข้อ3

โปรเจคไตล์ขอให้ทำความเข้าใจว่า การเคลื่อนที่แบบนี้เกิดบนสมมุติฐานที่ว่า การเคลื่อนที่ในแกน X และการเคลื่อนที่ในแนวแกน Y แยกจากกัน ทำให้เวลาคิด ก็แค่คิดแบบต่างคนต่างไปก็พอ

 

นี่คือรูป การเคลื่อนที่แบบโปรเจคไตล์นะครับ

ภาคคำนวน

ก่อนอื่นเราต้องรู้วิธีการแตกเวกเตอร์ก่อน ในรูปนั่นอ่ะ แตกเวกเตอร์ของความเร็วได้อะไร ในแนวแกน X และ Y

แกน X คือ แกนนอน แกน Y คือแกนตั้งนะครับ

โดยทั่วไป เค้าก็จะจำกันว่า ชิดมุมใช้คอส ห่างมุมใช้ไซน์

หมายถึง ถ้าเป็นความเร็วในแนวที่ชิดกับมุม ดูจากในรูป คือแกน X ก็จะใช้ เวกเตอร์ที่จะแตก(U)แล้วคูณด้วย cos จากตัวอย่าง ถ้าห่างมุมก็จะใช้ U คูณด้วย sin

จากตัวอย่างความเร็วในแนวแกน X ก็คือ U cos เซต้า   แกน Y ก็คือ U sin เซต้า

ความจริงเราสามารถพิสูจน์ได้ไม่ยาก ว่าแตกแล้วทำไมถึงได้แบบนั้น ใช้ตรีโกณง่ายๆ

ลองไปทำดูเองนะครับ มันหารูปที่จะทำให้ดูยากอ่ะ ขอข้ามไปแล้วกัน

ทีนี้เวลาทำโจทย์อ่ะ ก็ต้องแยกความเร็วคิดก่อนเลย แตกเวกเตอร์แบบข้างบนแหละ ให้ได้ความเร็วออกมาทั้งแกน X และแกน Y

 

เวลาคิดก็คอนเซปเดิม คือ แยกคิดแต่ละแกน ซึ่งแต่ละแกนนั้นอ่ะ จะเชื่อมกันด้วยเวลา

ประมาณว่า ผ่านไป 1 วิ มันขึ้นไปในแกน Y แต่ 1 วินั้นมันก็ไปทางขวา ของแกน X ด้วยเช่นเดียวกัน

เพราะ งั้นเรื่องนี้ก็จะเซตได้ 2 สมการ ที่เชื่อมกันด้วย เวลา(t) โดยแกน X จะง่ายๆ ไม่มีไรซับซ้อน เนื่องจาก มันไม่โดนความเร่งกระทำ เริ่มมามันมีความเร็วเท่าไหร่ มันก็ไปด้วยความเร็วนั้นต่อไปเรื่อยๆ

(ความเร่งที่กระทำกับวัตถุ อยู่ในแนวแกน Y) จากสมการ s = ut + 1/2at² แต่ a เป็น 0 ก็จะทำให้เหลือ

แค่ s = uxt (U ต้องเป็น ความเร็วในแนวแกน X)เพราะงั้นถ้าเราจะหาระยะทางที่ไปได้ ก็ต้องการแค่ความเร็วในแกน X กับเวลาก็พอแล้ว

แต่...

แต่... เวลา ที่แกน X ใช้ในการเคลื่อนที่ในเรื่องนี้คืออะไร ลองดูรูป แล้วคิดตามว่า แกน X จะเริ่มวิ่งเมื่อไหร่ (ก็ตอนมันเริ่มขึ้นอ่ะจิ) แล้วมันจะหยุดวิ่งเมื่อไหร่(ก็ตอนที่มันปักลงพื้นอ่ะจิ หัวทิ่มดินแล้ว มันก็ไม่วิ่งต่อ)

เพราะงั้น เวลาที่แกน X ใช้เคลื่อนที่ก็คือ เวลาที่ แกน Y ใช้เริ่มขึ้นข้างบน แล้วตกลงพื้นนั่นเอง

ถ้า โจทย์เป็นแบบนี้ก็ไม่มีอะไรมาก ก็แค่คิดหาเวลาที่มันใช้ตกลงพื้น(ใช้การ เคลื่อนที่แนวดิ่งแล้ว เห็นไม๊ ก็คือการกระจัดเป็น 0 และความเร็วเริ่มต้นที่ใช้ก็ต้องเป็นความเร็วที่แตกเข้าแกนแล้ว) แล้วก็นำเวลานั้นไปแทนค่าใน สมการของแกน X (บอกแล้วว่ามันเชื่อมกันด้วยเวลา) แล้วก็ตอบ

โจทย์ทดสอบความเข้าใจนะครับ

ขว้าง ลูกบอลออกจากตึกสูง 500 เมตร ด้วยความเร็ว 100 m/s ในแนวทำมุมเงย 30 องศากับแนวราบ จงหาว่าขณะที่ลูกบอลกระทบพื้น จะมีความเร็วเท่าใด และตกห่างจากจุดเริ่มปล่อยเท่าไรในแนวระดับ

เริ่มกันที่เราต้องแตกความเร็วออกไปในแกน X และ Y ได้ว่า U(x) = 50รูท3 m/s (หาวิธีพิมพ์ไม่ได้อ่ะ) U(y) = 50 m/s

ที นี้ โจทย์บอกว่าวัตถุ มันร่วงลงไปจากตึก กระทบพื้น เราก็จะมาหาเวลาที่มันใช้ร่วงไปยังพื้น(ซึ่งเวลานั้นแหละที่ความ เร็วในแกน X ใช้พาลูกบอลไปในแนวระดับ) จากสมการ s = ut +1/2at²(ใคร ที่ยังงงว่า เลือกสูตรไหนมาใช้หว่า ขอแนะนำว่าให้ตั้งมั่นไว้ว่าเราต้องการอะไร แล้วดูว่า เรารู้อะไรบ้าง ทำไปซักพัก มันจะเลือกสูตรได้เอง)

มันร่วงลงไปการกระจัดเป็น -500 m ความเร็วมีทิศขึ้นเพราะงั้นเป็น +50 m/s ค่า g มีทิศลงเพราะงั้นมีค่าเป็น -10m/s แก้สมการ -500 = 50t - 5t² เสร็จแล้วก็แก้หา t ได้จาก การแก้สมการกำลังสอง ได้ t ออกมาไม่สวยนัก(เลขห่วย) แล้วเอาเวลา t นั้นอ่ะ ไปคูณกับความเร็วในแกน X ก็จะได้คำตอบของระยะทางที่โจทย์ต้องการ

ส่วนความเร็ว ที่จุดกระทบนั้นก็ให้หาความเร็วในแกน y ตอนที่กำลังจะกระทบพื้น

ซึ่งหาได้จากสูตร v² = u² +2as แทนค่า(ไม่ลงรายละเอียดแล้วนะครับ)

ก็จะได้ v² = 7500 + 2 *-10*-500 = 7500+10000 = 17500

แต่ เราจะถอดรูทเลย แล้วตอบ ก็คงง่ายไป เค้าจะหลอกตรงที่ว่า ความเร็วที่ตกกระทบพื้น หลักๆ เกิดจาก แกน y ก็จริง แต่ในข้อนี้ ต้องเอาแกน X มารวมด้วย

รวมเวกเตอร์ได้ว่า 17500+2500 = v² = 20000

ถอดรูทออก ก็จะได้ 100รูท2 เป็นคำตอบสุดท้ายในบทนี้

ที่มา http://www.skoolbuz.com/library/content/1844

ตอบข้อ1

ในฟิสิกส์ ความเร่ง (อังกฤษ: acceleration, สัญลักษณ์: a) คือ อัตราการเปลี่ยนแปลง (หรืออนุพันธ์เวลา) ของความเร็ว เป็นปริมาณเวกเตอร์ที่มีหน่วยเป็น ความยาว/เวลา² ในหน่วยเอสไอกำหนดให้หน่วยเป็น เมตร/วินาที²
เมื่อวัตถุมีความเร่งในช่วงเวลาหนึ่ง ความเร็วของมันจะเปลี่ยนแปลงไป ความเร่งอาจมีค่าเป็นบวกหรือลบก็ได้ ซึ่งเรามักว่าเรียกความเร่ง กับ ความหน่วง ตามลำดับ ความเร่งมีนิยามว่า "อัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็วของวัตถุในช่วงเวลาหนึ่ง"

ที่มาhttp://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%84%E0%B8%A7%E0%B8%B2%E0%B8%A1%E0%B9%80%E0%B8%A3%E0%B9%88%E0%B8%87

ตอบข้อ4

ประจุไฟฟ้า มี 2 ชนิด คือ ประจุไฟฟ้าบวก แทนด้วยเครื่องหมาย +  และประจุไฟฟ้าลบ  แทนด้วยเครื่องหมาย  -
ประจุบวกที่มีขนาดเล็กที่สุดคือ โปรตอน มีประจุ +1.6 x 10^-19 C มีมวล 1.67 x 10^-27 kg
ประจุลบที่มีขนาดเล็กที่สุดคือ อิเลคตรอน มีประจุ -1.6 x 10^-19 C มีมวล 9.1 x 10^-31 kg
โปรตอนมีประจุไฟฟ้าเท่ากับอิเลคตรอนแต่เป็นชนิดตรงกันข้าม และมีมวลมากว่าอิเลคตรอน ประมาณ 1800 เท่าโดยในสภาวะปกติอะตอมจะเป็นกลางทางไฟฟ้า คือมีจำนวนประจุไฟฟ้าบวกเท่ากับจำนวนประจุไฟฟ้าลบ
วัตถุโดยทั่วไป แบ่งได้ 2 ชนิด คือ
 ตัวนำ  หมายถึงวัตถุที่สามารถนำไฟฟ้าได้ ยินยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านวัตถุนี้ได้
 ฉนวน หมายถึงวัตถุที่ไม่ยินยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านได้ ถ้าเราให้ประจุแก่ฉนวนประจุนั้นจะอยู่นิ่งกับที่ไม่เคลื่อนที่ไปไหน

ที่มา http://www.pt.ac.th/ptweb/prajead/electric/ststics/conductor/force.htm