บทความฟิสิกส์เกี่ยวกับปรากฏการณ์ธรรมชาติ ฯลฯ ที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์
1. กระสุนปืนมวล 30 กรัม เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 30 เมตร/วินาที พุ่งชนบล็อกไม้มวล 1 กิโลกรัม ซึ่งอยู่นิ่ง จงหาความเร็วของบล็อกไม้ ถ้ากระสุนฝังอยู่ในบล็อก!
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
มวลของกระสุน (ม.)1) = 30 กรัม = 0,03 กิโลกรัม
มวลของบล็อก (ม.)2) = 1 กก.
ความเร็วเริ่มต้นของกระสุน (v)1) = 30 ม./วินาที
ความเร็วเริ่มต้นของบล็อก (v)2) = 0 (บล็อกคงที่)
ถาม : ความเร็วของกระสุนและบล็อกหลังการชน (v')
3 ตัวอย่างของการชนแบบยืดหยุ่นบางส่วน
1. วัตถุหนัก 500 กรัม เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 10 เมตร/วินาที และวัตถุหนัก 200 กรัม เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 12 เมตร/วินาที วัตถุทั้งสองเคลื่อนที่เข้าหากันและชนกัน ถ้าหลังการชนความเร็วของวัตถุหนัก 500 กรัม คือ 6 เมตร/วินาที แล้วความเร็วของวัตถุหนัก 200 กรัม คือ…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
มวลของวัตถุ 1 (ม.)1) = 500 กรัม = 0,5 กิโลกรัม
มวลของวัตถุ 2 (ม.)2) = 200 กรัม = 0,2 กิโลกรัม
ความเร็วเริ่มต้นของวัตถุ 1 (v1) = -10 ม./วินาที
ความเร็วเริ่มต้นของวัตถุ 2 (v2) = 12 ม./วินาที
ความเร็วสุดท้ายของวัตถุ 1 (v)1') = 6 ม./วินาที
8 ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับโมเมนตัมเชิงเส้น
1. วัตถุที่มีมวล 1 กิโลกรัม เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 10 เมตร/วินาที โมเมนตัม วัตถุนั้นคือ…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
มวล (ม.) = 1 กก.
ความเร็ว (v) = 10 ม./วินาที
ถาม : โมเมนตัมเชิงเส้น (p)
จาวาบ :
สูตรโมเมนตัม: p = mv
คำอธิบาย: p = โมเมนตัม, m = มวล, v = ความเร็ว.
โมเมนตัมของวัตถุคือ:
p = mv = (1)(10) = 10 kg m/s2
11 ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับโมเมนตัมและแรงดล
1. ลูกบอลมวล 0,2 กิโลกรัม ถูกขว้างออกไปในแนวนอนด้วยความเร็ว 10 เมตร/วินาที และกระทบกับกำแพง จากนั้นลูกบอลกระดอนกลับมาด้วยความเร็วเท่าเดิม การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของลูกบอลคือ...
การอภิปราย
16 ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับกฎการอนุรักษ์พลังงานกล
กฎการอนุรักษ์พลังงานกลในการเคลื่อนที่แบบตกอิสระ
1. ลูกมะพร้าวมีมวล 2 กิโลกรัม ตกลงมาอย่างอิสระจากความสูง 6 เมตร พลังงานจลน์ของลูกมะพร้าวเมื่อถึงพื้นคือ… g = 10 m/s²2
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
มวลของมะพร้าว (เมตร) = 2 กิโลกรัม
ความสูง (h) = 6 เมตร
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/s²2
ถาม พลังงานจลน์ (EK)
2 ตัวอย่างของคำถามเกี่ยวกับอำนาจ
กำลัง คือ อัตราการทำงานที่เกิดขึ้น ความพยายาม หรือความพยายามที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง
ในเชิงเมตาเมตริก พลังงานคืออัตราส่วนของความพยายามต่อเวลา
P=W/t
คำอธิบาย: P = กำลัง (หน่วยจูล/วินาที), W = งาน (จูล) และ t = ช่วงเวลา (วินาที)
จากสมการนี้ สามารถสรุปได้ว่า ยิ่งอัตราการทำงานสูงเท่าไร พลังงานก็ยิ่งมากเท่านั้น ในทางกลับกัน ยิ่งอัตราการทำงานต่ำเท่าไร พลังงานก็ยิ่งน้อยลงเท่านั้น
กำลังเป็นปริมาณสเกลาร์ ระบบหน่วยสากลสำหรับกำลังคือจูล/วินาที จูล/วินาที = วัตต์ (ย่อว่า W) ซึ่งตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่เจมส์ วัตต์
ระบบหน่วยกำลังของอังกฤษคือ 1 ปอนด์-ฟุต-แรงต่อวินาที หน่วยนี้เล็กเกินไปสำหรับการใช้งานจริง จึงใช้หน่วยที่ใหญ่กว่าคือ แรงม้า (ย่อว่า hp) 1 แรงม้า = 550 ปอนด์-ฟุต-แรงต่อวินาที = 764 วัตต์ = ¾ กิโลวัตต์
1. สปริงรับน้ำหนัก 2 กิโลกรัมและแขวนในแนวตั้งบนขาตั้ง ถ้าสปริงยืดออก 4 เซนติเมตร การเปลี่ยนแปลงของความยาวสปริงจะเป็นเท่าใด พลังงานศักยภาพ แรงยืดหยุ่นของสปริงคือ… g = 10 m/s²2
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
มวลของสิ่งของ (เมตร) = 2 กิโลกรัม
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/s²2
น้ำหนักบรรทุก (w) = mg = (2)(10) = 20 นิวตัน
ความยาวของสปริงเพิ่มขึ้น (x) = 4 ซม. = 0,04 เมตร
ถาม พลังงานศักย์ยืดหยุ่นของสปริง
1. วัตถุที่มีมวล 1 กิโลกรัม การตกอย่างอิสระ จากความสูง 10 เมตร ถึงพื้นดิน จงหา:
(ก) งานที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงกระทำต่อวัตถุ
(ข) การเปลี่ยนแปลง พลังงานศักยภาพ แรงโน้มถ่วง
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/s²2
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
มวลของวัตถุ (เมตร) = 1 กิโลกรัม
ความสูง (h) = 10 เมตร
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/s²2
คำตอบ :
(ก) งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วง
เมื่อวัตถุตกอย่างอิสระ ทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุจะเป็นลง และทิศทางของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุ (น้ำหนักของวัตถุ) ก็เป็นลงเช่นกัน เนื่องจากอยู่ในทิศทางเดียวกัน แรงโน้มถ่วงจึงทับซ้อนกันหรือทำมุม 0 องศาo โดยพิจารณาจากทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ เนื่องจาก cos 0 = 1 และทุกจำนวนที่คูณด้วย 1 จะได้ผลลัพธ์เท่ากับจำนวนนั้น ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใส่ cos 0 ลงในสูตรงาน
สูตรงานคือ W = F s โดยที่ W = งาน, F = แรง และ s = การกระจัด หากปรับให้เข้ากับปัญหานี้ สูตรงานจะเปลี่ยนเป็น W = wh = mgh โดยที่ W = งาน, w = แรงโน้มถ่วง, h = การเปลี่ยนแปลงความสูงของวัตถุ, m = มวลของวัตถุ และ g = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
ดังนั้น งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงคือ:
W = wh = mgh = (1)(10)(10) = 100 จูล
ตัวอย่าง 2 ข้อของการประยุกต์ใช้กฎของนิวตันกับระบบแรงดึงจากเชือกและรอก
1. มวลของบล็อกที่ 1 คือ 2 กิโลกรัม มวลของบล็อกที่ 2 คือ 3 กิโลกรัม และความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงคือ 10 เมตร/วินาที²2จงหา (ก) ขนาดและทิศทางของความเร่งของระบบ และ (ข) ขนาดของแรงตึงบนเชือก!
การอภิปราย
ตัวอย่างคำถาม 4 ข้อเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้กฎของนิวตันกับการเคลื่อนที่ในแนวตรงของลิฟต์
1. บุคคลหนึ่งมีมวล 50 กิโลกรัม อยู่ในลิฟต์ ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงเท่ากับ 10 เมตร/วินาที²2จงหาขนาดของแรงปฏิกิริยาตั้งฉากที่พื้นลิฟต์กระทำต่อบุคคลนั้น ถ้า:
(ก) ลิฟต์เงียบ
(b) ลิฟต์เคลื่อนที่ลงด้วยความเร็วคงที่
(c) ลิฟต์เคลื่อนที่ขึ้นด้วยความเร่ง 5 m/s²2
(d) ลิฟต์เคลื่อนที่ลงด้วยความเร่ง 5 m/s²2
(e) ลิฟต์ตกอิสระ