หน่วยที่ 1: กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน (Newton's Laws of Motion)

หน่วยนี้จะนำเสนอเกี่ยวกับกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน ซึ่งเป็นรากฐานสำคัญในวิชาฟิสิกส์ที่อธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุต่าง ๆ ในชีวิตประจำวัน ตั้งแต่การเคลื่อนที่ของลูกบอลไปจนถึงการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันทั้งสามนี้ได้ถูกพิสูจน์แล้วว่ามีความแม่นยำและครอบคลุมมากในการอธิบายพฤติกรรมของวัตถุภายใต้แรงต่าง ๆ

นักเรียนจะได้เรียนรู้ว่าแรงทำให้วัตถุเคลื่อนที่หรือหยุดเคลื่อนที่ได้อย่างไร รวมถึงความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวล และความเร่งของวัตถุ ซึ่งเป็นแนวคิดที่สำคัญในการทำความเข้าใจธรรมชาติของการเคลื่อนที่

1.1 กฎการเคลื่อนที่ทั้งสามของนิวตัน

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันแบ่งออกเป็น 3 ข้อ ซึ่งช่วยให้เราสามารถอธิบายและทำนายการเคลื่อนที่ของวัตถุได้อย่างถูกต้อง:

กฎข้อที่ 1: กฎของความเฉื่อย (Law of Inertia)

กฎข้อนี้ระบุว่า วัตถุจะรักษาสถานะการเคลื่อนที่ของมัน ไม่ว่าจะเป็นการหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ เว้นแต่ว่าจะมีแรงภายนอกมากระทำเปลี่ยนสถานะการเคลื่อนที่นั้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากวัตถุหยุดนิ่ง มันจะยังคงหยุดนิ่งต่อไปจนกว่าจะมีแรงมากระทำ หรือหากมันเคลื่อนที่ มันจะเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วคงที่ในแนวเส้นตรงจนกว่าจะมีแรงมาหยุดหรือเปลี่ยนทิศทางของมัน

ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณโยนลูกบอลขึ้นไปในอากาศ ลูกบอลจะเคลื่อนที่ขึ้นไปจนกระทั่งแรงโน้มถ่วงทำให้มันหยุดและเริ่มตกลงมา

กฎข้อที่ 2: กฎของแรงและความเร่ง (Law of Acceleration)

กฎข้อนี้ระบุว่า การเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนที่ของวัตถุเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงลัพธ์ที่กระทำกับวัตถุ และเป็นสัดส่วนผกผันกับมวลของวัตถุ สูตรที่ใช้ในการคำนวณคือ:

\[ F = ma \]

โดยที่ \( F \) คือ แรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ, \( m \) คือ มวลของวัตถุ, และ \( a \) คือ ความเร่งที่เกิดขึ้นจากแรงที่มากระทำ ตัวอย่างเช่น หากมีแรงมากระทำกับรถยนต์ มวลที่มากจะต้องการแรงมากขึ้นในการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่

กฎข้อที่ 3: กฎของแรงปฏิกิริยา (Law of Action and Reaction)

กฎข้อนี้ระบุว่า เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุ วัตถุจะตอบสนองด้วยแรงในทิศทางตรงข้ามกับแรงที่มากระทำ แรงทั้งสองจะมีขนาดเท่ากันและทิศทางตรงข้ามกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณกระโดดจากพื้นดิน แรงที่เท้าของคุณกระทำกับพื้นทำให้คุณพุ่งขึ้นไป และแรงปฏิกิริยาที่พื้นกระทำตอบทำให้คุณเคลื่อนที่ในทิศทางตรงข้าม

กฎข้อที่ 3 นี้เป็นพื้นฐานสำคัญที่อธิบายถึงการทำงานของจรวด หรือระบบยานพาหนะต่าง ๆ ที่ใช้แรงขับเคลื่อนเพื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ต้องการ

สรุป:

• กฎข้อที่ 1 ของนิวตัน: วัตถุจะรักษาสถานะการเคลื่อนที่เดิมจนกว่าจะมีแรงมากระทำ
• กฎข้อที่ 2 ของนิวตัน: แรงที่มากระทำต่อวัตถุจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความเร่ง ซึ่งสัมพันธ์กับมวลของวัตถุ
• กฎข้อที่ 3 ของนิวตัน: เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุ จะมีแรงปฏิกิริยาขนาดเท่ากันแต่มีทิศทางตรงข้ามตอบสนองเสมอ