ສູດແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແລະ ແຮງປົກກະຕິ
ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແລະ ແຮງປົກກະຕິ ແມ່ນສອງແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານໃນຟີຊິກສາດທີ່ມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍສຳລັບການເຂົ້າໃຈການເຄື່ອນໄຫວ ແລະ ສະຖິຕິ. ທັງສອງຢ່າງກ່ຽວຂ້ອງກັບແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ວັດຖຸພາຍໃຕ້ອິດທິພົນຂອງແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແລະ ພື້ນຜິວທີ່ຮອງຮັບພວກມັນ. ໃນບົດຄວາມນີ້, ພວກເຮົາຈະສົນທະນາກ່ຽວກັບຄຳນິຍາມ, ສູດ ແລະ ການນຳໃຊ້ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແລະ ແຮງປົກກະຕິ.
ເຂົ້າໃຈແຮງໂນ້ມຖ່ວງ
ແຮງໂນ້ມຖ່ວງແມ່ນແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ວັດຖຸຍ້ອນແຮງໂນ້ມຖ່ວງຂອງໂລກ. ແຮງນີ້ຊີ້ໄປທາງຈຸດໃຈກາງຂອງໂລກສະເໝີ ແລະ ຂະໜາດຂອງມັນແມ່ນຂຶ້ນກັບມວນສານ ແລະ ຄວາມເລັ່ງຂອງແຮງໂນ້ມຖ່ວງຂອງວັດຖຸ. ໃນທາງຄະນິດສາດ, ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ (W) ສາມາດສະແດງໄດ້ໂດຍສູດ:
\[ W = m \cdot g \]
ຢູ່ໃສ:
- \( W \) ແມ່ນແຮງໂນ້ມຖ່ວງ (ໃນນິວຕັນ, N),
– \( m \) ແມ່ນມວນສານຂອງວັດຖຸ (ເປັນກິໂລກຣາມ, kg),
- \( g \) ແມ່ນຄວາມເລັ່ງຍ້ອນແຮງໂນ້ມຖ່ວງ (ເປັນແມັດຕໍ່ວິນາທີກຳລັງສອງ, m/s²).
ຄ່າຂອງຄວາມເລັ່ງຂອງແຮງໂນ້ມຖ່ວງ \(g\) ເທິງໜ້າໂລກແມ່ນປະມານ 9.81 m/s². ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຄ່ານີ້ສາມາດແຕກຕ່າງກັນໄປຕາມທີ່ຕັ້ງທາງພູມສາດ ແລະ ລະດັບຄວາມສູງຂອງສະຖານທີ່ໃດໜຶ່ງ.
ຕົວຢ່າງການຄິດໄລ່ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ
ຖ້າວັດຖຸມີມວນ 10 ກິໂລກຣາມ, ແຮງໂນ້ມຖ່ວງຂອງມັນສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:
\[ W = 10 \, \text{kg} \ຄູນ 9.81 \, \text{m/s}^2 \]
\[ W = 98.1 \, \text{N} \]
ນີ້ໝາຍຄວາມວ່າວັດຖຸທີ່ມີມວນ 10 ກິໂລກຣາມ ມີແຮງໂນ້ມຖ່ວງ 98.1 ນິວຕັນ.
ຄໍານິຍາມຂອງກໍາລັງປົກກະຕິ
ແຮງປົກກະຕິແມ່ນແຮງທີ່ໜ້າດິນກະທຳຕໍ່ວັດຖຸທີ່ວາງໄວ້ເທິງມັນ. ແຮງນີ້ຈະຕັ້ງສາກກັບໜ້າດິນທີ່ສຳຜັດສະເໝີ. ແຮງປົກກະຕິເກີດຂຶ້ນເປັນປະຕິກິລິຍາຕໍ່ກັບແຮງໂນ້ມຖ່ວງຂອງວັດຖຸ ແລະ ເຮັດໜ້າທີ່ປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ວັດຖຸເຈາະຜ່ານໜ້າດິນ.
ຖ້າວັດຖຸໃດໜຶ່ງຢູ່ໃນສະພາບສົມດຸນ ແລະ ບໍ່ມີແຮງອື່ນໆທີ່ກະທຳໃນແນວຕັ້ງນອກຈາກແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແລະ ແຮງປົກກະຕິ, ຂະໜາດຂອງແຮງປົກກະຕິຈະເທົ່າກັບຂະໜາດຂອງແຮງໂນ້ມຖ່ວງ, ແຕ່ໃນທິດທາງກົງກັນຂ້າມ. ນີ້ໝາຍຄວາມວ່າ:
\[ N = W \]
\[ N = m \cdot g \]
ຢູ່ໃສ:
-\( N\) ແມ່ນແຮງປົກກະຕິ (ໃນນິວຕັນ, N).
ຕົວຢ່າງການຄິດໄລ່ແຮງປົກກະຕິ
ຖ້າວັດຖຸທີ່ມີມວນ 10 ກິໂລກຣາມ ຢູ່ເທິງໜ້າດິນທີ່ຮາບພຽງ, ແຮງປົກກະຕິທີ່ກະທຳຕໍ່ວັດຖຸແມ່ນ:
\[ N = 10 \, \text{kg} \, 9.81 \, \text{m/s}^2 \]
\[ N = 98.1 \, \text{N} \]
ນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າແຮງປົກກະຕິທີ່ໜ້າດິນກະທຳຕໍ່ວັດຖຸແມ່ນ 98.1 ນິວຕັນ, ເຊິ່ງເທົ່າກັບນ້ຳໜັກຂອງວັດຖຸແຕ່ໃນທິດທາງກົງກັນຂ້າມ.
ຜົນກະທົບຂອງມຸມອຽງຕໍ່ແຮງປົກກະຕິ
ເມື່ອວັດຖຸຢູ່ເທິງໜ້າດິນທີ່ອຽງ, ແຮງປົກກະຕິທີ່ກະທຳຕໍ່ວັດຖຸຈະບໍ່ເທົ່າກັບແຮງໂນ້ມຖ່ວງຂອງມັນອີກຕໍ່ໄປ. ເທິງໜ້າດິນທີ່ອຽງ, ແຮງໂນ້ມຖ່ວງສາມາດແບ່ງອອກເປັນສອງອົງປະກອບຄື: ອົງປະກອບໜຶ່ງຂະໜານກັບໜ້າດິນ (ອົງປະກອບຂະໜານ) ແລະ ອົງປະກອບໜຶ່ງຕັ້ງສາກກັບໜ້າດິນ (ອົງປະກອບປົກກະຕິ). ແຮງປົກກະຕິກະທຳຕໍ່ອົງປະກອບທີ່ຕັ້ງສາກກັບໜ້າດິນເທົ່ານັ້ນ.
ຖ້າມຸມອຽງຂອງໜ້າດິນແມ່ນ \( \theta \), ຫຼັງຈາກນັ້ນສ່ວນປະກອບຂອງແຮງໂນ້ມຖ່ວງທີ່ຕັ້ງສາກກັບໜ້າດິນແມ່ນ:
\[ W_{\perp} = W \cdot \cos \theta \]
\[ W_{\perp} = m \cdot g \cdot \cos \theta \]
ຫຼັງຈາກນັ້ນແຮງປົກກະຕິ (N) ເທິງໜ້າດິນທີ່ອຽງແມ່ນ:
\[ N = m \cdot g \cdot \cos \theta \]
ຕົວຢ່າງການຄິດໄລ່ແຮງປົກກະຕິເທິງໜ້າດິນທີ່ອຽງ
ຖ້າວັດຖຸທີ່ມີມວນ 10 ກິໂລກຣາມ ຢູ່ເທິງໜ້າດິນທີ່ມີມຸມອຽງ 30°, ແຮງປົກກະຕິສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:
\[ N = 10 \, \text{kg} \ຄູນ 9.81 \, \text{m/s}^2 \ຄູນ \cos 30^\circ \]
\[ N = 10 \ຄູນ 9.81 \ຄູນ 0.866 \]
\[ N = 84.9 \, \text{N} \]
ການນຳໃຊ້ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແລະ ແຮງປົກກະຕິ
ການເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແລະ ແຮງປົກກະຕິແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນການນຳໃຊ້ໃນຊີວິດປະຈຳວັນຕ່າງໆ ເຊັ່ນດຽວກັນກັບໃນຂົງເຂດວິສະວະກຳ ແລະ ວິທະຍາສາດ. ນີ້ແມ່ນຕົວຢ່າງບາງຢ່າງ:
1. ການອອກແບບໂຄງສ້າງອາຄານ
ໃນວິສະວະກຳໂຍທາ ແລະ ສະຖາປັດຕະຍະກຳ, ການຄິດໄລ່ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແລະ ແຮງປົກກະຕິແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍເພື່ອຮັບປະກັນວ່າອາຄານສາມາດຮອງຮັບນ້ຳໜັກທີ່ກະທຳຕໍ່ມັນໄດ້ໂດຍບໍ່ພັງທະລາຍລົງ. ຕົວຢ່າງ, ເມື່ອອອກແບບຂົວ ຫຼື ອາຄານສູງ, ວິສະວະກອນຕ້ອງພິຈາລະນາແຮງໂນ້ມຖ່ວງຂອງໂຄງສ້າງເອງ ເຊັ່ນດຽວກັນກັບນ້ຳໜັກເພີ່ມເຕີມເຊັ່ນ: ພາຫະນະ ຫຼື ຄົນ.
2. ການຂົນສົ່ງ
ໃນການຂົນສົ່ງ, ໂດຍສະເພາະໃນການອອກແບບຍານພາຫະນະ, ການຄິດໄລ່ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແລະ ແຮງປົກກະຕິມີຜົນກະທົບຕໍ່ຄວາມໝັ້ນຄົງ ແລະ ປະສິດທິພາບຂອງຍານພາຫະນະ. ຕົວຢ່າງ, ເມື່ອລົດກຳລັງຂັບຂີ່ຢູ່ເທິງເນີນ, ແຮງປົກກະຕິທີ່ກະທຳຕໍ່ຢາງລົດຕ້ອງພຽງພໍທີ່ຈະປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ຍານພາຫະນະເລື່ອນ.
3. ໂອລາລາກາ
ໃນກິລາເຊັ່ນ: ການຫຼິ້ນສະກີ ຫຼື ສະໂນບອດ, ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແລະ ແຮງປົກກະຕິມີບົດບາດສຳຄັນໃນການກຳນົດການເຄື່ອນໄຫວຂອງນັກກິລາຢູ່ເທິງເນີນພູ. ນັກກິລາຕ້ອງວາງທ່າຮ່າງກາຍຂອງເຂົາເຈົ້າໃຫ້ເໝາະສົມກັບອົງປະກອບແຮງໂນ້ມຖ່ວງທີ່ສະໜັບສະໜູນການເລັ່ງ ຫຼື ການຫຼຸດຄວາມໄວ.
4. ອະວະກາດ
ໃນການສຳຫຼວດອະວະກາດ, ການຄິດໄລ່ແຮງໂນ້ມຖ່ວງແຕກຕ່າງກັນເພາະວ່າຄວາມເລັ່ງຂອງແຮງໂນ້ມຖ່ວງໃນອະວະກາດແຕກຕ່າງຈາກເທິງໂລກ. ນັກອາວະກາດ ແລະ ນັກວິທະຍາສາດຕ້ອງຄຳນຶງເຖິງແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແລະ ແຮງປົກກະຕິທີ່ແຕກຕ່າງກັນເຫຼົ່ານີ້ໃນການອອກແບບ ແລະ ການດຳເນີນງານຂອງພາລະກິດອະວະກາດ.
ສະຫຼຸບ
ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແລະ ແຮງປົກກະຕິ ແມ່ນສອງແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານໃນຟີຊິກສາດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັນຢ່າງໃກ້ຊິດ. ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ ແມ່ນແຮງທີ່ເກີດຈາກແຮງໂນ້ມຖ່ວງທີ່ກະທຳຕໍ່ມວນສານຂອງວັດຖຸ, ໃນຂະນະທີ່ແຮງປົກກະຕິ ແມ່ນແຮງທີ່ອອກໂດຍໜ້າດິນເພື່ອຮອງຮັບວັດຖຸ. ການເຂົ້າໃຈສູດ ແລະ ຫຼັກການທີ່ຢູ່ເບື້ອງຫຼັງແຮງເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນການນຳໃຊ້ຕົວຈິງທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ຕັ້ງແຕ່ການອອກແບບໂຄງສ້າງອາຄານ ຈົນເຖິງກິລາ ແລະ ການສຳຫຼວດອະວະກາດ.
ໂດຍການເຂົ້າໃຈແນວຄວາມຄິດເຫຼົ່ານີ້, ພວກເຮົາສາມາດວິເຄາະ ແລະ ຄາດຄະເນພຶດຕິກຳຂອງວັດຖຸທີ່ຢູ່ພາຍໃຕ້ອິດທິພົນຂອງກຳລັງເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ດີຂຶ້ນ, ແລະ ນຳໃຊ້ພວກມັນໃນສະຖານະການຕ່າງໆໃນຊີວິດປະຈຳວັນ ເຊັ່ນດຽວກັນກັບໃນຂົງເຂດວິທະຍາສາດ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີ.
