บทเรียนสำเร็จรูป เรื่อง แรงและความดัน

3. เข้าสู่บทเรียน

1. แรง

                 แรง  หมายถึง สิ่งที่ทำให้วัตถุเปลี่ยนสภาพจากหยุดนิ่งให้เคลื่อนที่ หรือเปลี่ยนจากเคลื่อนที่อยู่แล้วเป็นหยุดนิ่ง  เร็วขึ้น ช้าลง หรือเปลี่ยนทิศทาง นอกจากนี้ยังทำให้วัตถุเปลี่ยนแปลงรูปทรงและขนาดได้

                 ในการดำรงชีวิตแต่ละวัน เราต้องใช้แรงเพื่อทำกิจกรรมต่าง ๆ มากมาย และลักษณะของแรงที่ใช้มีลักษณะที่แตกต่างกันไปด้วย ตัวอย่างเช่น

                       ในทางวิทยาศาตร์มักจะใช้เส้นและลูกศรแทนขนาดและทิศทางของแรง

                 จากรูปเส้นและลูกศรแทนแรง แสดงว่า แรง ข มีมากกว่าแรง ก เพราะเส้นลูกศรแทนแรง ข มีความยาวมากกว่าเส้นลูกศรแทนแรง ก โดยทั้งแรง ก และแรง ข มีทิศทางไปเดียวกัน คือ ทางขาวมือ แตกต่างจากแรง ค ที่มีทิศทางไปทางซ้ายมือ

เพิ่มเติม

                 แรงสามารถแบ่งออกได้ 2 ประเภทใหญ่ ๆ ดังนี้

1. แรงที่ได้จากธรรมชาติ ซึ่งแบ่งออกได้ดังนี้
   1. แรงที่ได้จากสิ่งไม่มีชีวิต เช่น แรงลม แรงน้ำ แรงแม่เหล็ก แรงโน้มถ่วงของโลก เป็นต้น
   2. แรงที่เกิดจากสิ่งมีชีวิต เช่น แรงที่คนใช้ปั่นจักรยาน แรงที่ใช้หิ้วของ แรงที่ใช้ยกสิ่งของต่าง ๆ เป็นต้น
2. แรงที่ได้จากเครื่องจักร หรือเครื่องมือที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น แรงที่เกิดจากการทำงานของมอเตอร์พัดลม แรงที่เกิดจากการทำงานของเครื่องยนต์ในรถประเภทต่าง ๆ เป็นต้น

2. แรงลัพธ์และประโยชน์ของแรงลัพธ์

แรงลัพธ์

             เมื่อวัตถุถูกแรงกระทำพร้อม ๆ กันมากกว่าหนึ่งแรงขึ้นไป ผลของแรงกระทำทั้งหมดจะส่งผลเสมือนเกิดจากแรง ๆ เดียว ซึ่งเป็นผลจากการรวมกันของแรงทุกแรง เราเรียกแรงที่เกิดจากการรวมแรงหลาย ๆ แรงนี้ว่า แรงลัพธ์

             1.  หากมี 2 แรงผลักวัตถุไปตามพื้นราบในทิศทางเดียวกัน แรงทั้งสองแรงจะรวมเข้าด้วยกันเป็นแรงลัพธ์ที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่  ดังรูป

             2.  หากแรง 2 แรง ผลักวัตถุไปตามพื้นราบในทิศทางตรงข้ามกัน หากแรงด้านใดมีมากกว่า วัตถุจะเคลื่อนที่ไปตามทิศทางของแรงนั้น ดังรูป           

                                                                        แรงลัพธ์ = แรง 1 – แรง 2
                                                                        แรงลัพธ์ = 50 – 30 นิวตัน
                                                                        แรงลัพธ์ = 20 นิวตัน

            3.  หากมีแรง 2 แรงผลักวัตถุไปตามพื้นราบในทิศทางตรงกันข้าม และแรงทั้งสองแรงมีขนาดเท่ากันวัตถุจะไม่เคลื่อนที่ ดังรูป

                                                                        แรงลัพธ์ = แรง 1 – แรง 2
                                                                        แรงลัพธ์ = 50 – 30 นิวตัน
                                                                        แรงลัพธ์ = 20 นิวตัน

เพิ่มเติม

             ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ ทำให้วัตถุเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ แรงลัพธ์ที่เกิดขึ้นนั้นไม่เป็นศูนย์ แต่ถ้าแรงที่กระทำต่อวัตถุนั้นไม่ทำให้วัตถุเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ แรงลัพธ์ที่เกิดขึ้นจะมีค่าเป็นศูนย์

ประโยชน์ของแรงลัพธ์

             ในชีวิตประจำวันของเรามีการนำแรงลัพธ์มาใช้ประโยชน์มากมาย ตัวอย่างเช่น การสร้างสะพานแขวน การปั่นจักรยานพ่วง การใช้สุนัขหลาย ๆ ตัวหลากเลื่อน

3. แรงลอยตัว

              แรงลอยตัว คือแรงพยุงของของเหลวและแก๊สที่กระทำต่อวัตถุที่อยู่ในของเหลวและแก๊สนั้น ทำให้วัตถุลอยอยู่ได้

ในชีวิตประจำวันเราจะพบว่าวัตถุบางชนิดลอยอยู่ในน้ำได้ เพราะแรงลอยตัวที่กระทำต่อวัตถุนั้นมีค่าเพียงพอที่จะต้านน้ำหนักของวัตถุ ที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงของโลกได้ แต่สำหรับวัตถุบางชนิดที่จมลงนน้ำ แสดงว่าแรงลอยตัวที่กระทำต่อวัตถุนั้นมีค่าน้อยกว่าน้ำหนักของวัตถุ

เพิ่มเติม

            1. อาร์คิมีดิส นักคิดชาวกรีกเป็นผู้ค้นพบแรงลอยตัว และได้ให้หลักการเกี่ยวกับการจมและการลอยของวัตถุเรียกหลักการนี้ว่า “หลักของอาร์คิมีดิส” กล่าวคือ แรงลอยตัวที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ด้วยปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมในของเหลวนั้น ดังรูป

            2.  ค่าของแรงที่อ่านได้เมื่อชั่งวัตถุในของเหลว จะมีค่าน้อยกว่าเมื่อชั่งวัตถุในอากาศ เพราะว่าของเหลวมีแรงลอยตัวช่วยพยุงวัตถุไว้

ปัจจัยที่มีผลต่อการลอยและการจมของวัตถุ

               1.  ความหนาแน่นของวัตถุ วัตถุแต่ละชนิดจะมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน

                        1.1  ถ้าวัตถุมีความหนาแน่นน้อยกว่าของเหลววัตถุจะลอยในของเหลว

                        1.2  ถ้าวัตถุมีความหนาแน่นเท่ากันกับของเหลววัตถุจะลอยปริ่มในของเหลว

                        1.3  ถ้าวัตถุมีความหนาแน่นมากกว่าของเหลววัตถุจะจมในของเหลว

               2.  ความหนาแน่นของของเหลว

                        ของเหลวที่มีความหนาแน่นมากจะมีแรงลอยตัวมาก ทำให้พยุงวัตถุให้ลอยขึ้นได้มากกว่าของเหลวที่มี

ความหนาแน่นน้อย เช่น น้ำเกลือมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำเปล่า เมื่อนำไข่ไก่ไปใส่ในน้ำเกลือเปรียบเทียบกับน้ำเปล่า

ไข่ไก่ลอยในน้ำเกลือ แต่จมลงในน้ำเปล่า

4. แรงเสียดทาน

            แรงเสียดทาน หมายถึง แรงที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ 2 ชิ้นที่สัมผัสกัน ซึ่งแรงนี้เป็นแรงที่ผิววัตถุผิวหนึ่งต้านทานการเคลื่อนที่ของผิววุตถุอีกผิวหนึ่ง ส่งผลทำให้วัตถุเคลื่อนที่ช้าลงเรื่อย ๆจนกระทั่งหยุดนิ่งในที่สุด

ธรรมชาติของแรงเสียดทาน

             แรงเสียดทานจะกระทำในทิศตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ ถ้าไม่มีแรงเสียดทานวัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยอัตราคงตัวตลอดการเคลื่อนที่ แต่เมื่อมีแรงเสียดทานวัตถุจะเคลื่อนที่ช้าลงเรื่อย ๆ จนหยุดนิ่งในที่สุด

             ขนาดของแรงเสียดทานจะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับลักษณะของผิวสัมผัส และน้ำหนักของวัตถุที่กดลงบนอีกพื้นผิวหนึ่งเป็นหลักหากน้ำหนักของวัตถุมาก แรงที่กดลงบนพื้นผิวอีกพื้นผิวหนึ่งก็จะมาก แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นก็จะมีมาก อีกทั้งหากวัตถุต้องเคลื่อนที่บนพื้นผิวขรุขระมาก ก็จะมีแรงเสียดทานเกิดขึ้นมากกว่าตอนเคลื่อนที่อยู่บนพื้นผิวที่ขรุขระน้อย

ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเสียดทาน

              1.  น้ำหนักหรือแรงกดของวัตถุที่กดลงบนพื้น 

                      ถ้าน้ำหนักหรือแรงกดของวัตถุมาก จะเกิดแรงเสียดทานมาก ถ้าน้ำหนักหรือแรงกดของวัตถุน้อย                      จะเกิดแรงเสียดทานน้อย

              2.  ลักษณะของพื้นผิวสัมผัส

                    – ถ้าพื้นผิวเรียบ เช่น กระเบื้อง กระจก พลาสติก เป็นต้น จะเกิดแรงเสียดทานน้อย เนื่องจากพื้นผิวเรียบมีการเสียดสีระหว่างกันน้อย

 พื้นผิวเรียบ

                                 กระเบื้อง                                            กระจก                                                         พลาสติก

                      –  ถ้าพื้นผิวขรุขระ เช่น พื้นทราย พื้นหญ้า พื้นหินกรวด เป็นต้น จะเกิดแรงเสียดทานมาก  เนื่องจากพื้นผิวขรุขระมีการเสียดสีระหว่างกันมาก จึงมีแรงเสียดทานที่ต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุเกิดขึ้น

พื้นผิวขรุขระ

                                 พื้นทราย                                                  พื้นหญ้า                                          พื้นหินกรวด

ประโยชน์ของแรงเสียดทาน

              เราสามารถใช้ประโยชน์จากแรงเสียดทาน ในการทำกิจกรรมต่าง ๆ ในชีวิตประจำวันได้มากมาย เช่น

1. ทำให้วัตถุหยุดนิ่งไม่เคลื่อนที่ เช่น ช่วยหยุดรถยนต์ที่กำลังเคลื่อนที่ ยางรถที่มีดอกยางช่วยให้รถเกาะถนนได้ดี เป็นต้น 
2. การสร้างพื้นถนนต้องทำให้พื้นถรรเกิดแรงเสียดทานพอสมควร รถจึงจะเคลื่อนที่บนถนนโดยที่ล้อรถไม่หมุนอยู่กับที่ได้
3. ช่วยในการหยิบจับสิ่งของโดยไม่ลื่นไหลไปมา
4. ช่วยในการเดินไม่ให้ลื่นไหล

รองเท้ากีฬามีปุ่มยางที่พื้นรองเท้า ทำให้ยึดเกาะพื้นได้ดี

จักรยานมีเบรกเพื่อลดความเร็ว

ดอกยางรถทำให้รถเกาะถนนได้ดี

5. ความดันอากาศ

                อากาศเป็นสิ่งที่มีตัวตน มีน้ำหนัก ต้องการที่อยู่ และสัมผัสได้ น้ำหนักของอากาศมีแรงกดหรือแรงดัน  อนุภาคของอากาศเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระ และตลอดเวลาในทุกทิศทาง โดยจะเคลื่อนที่ชนกันเองและชนกับวัตถุต่าง ๆ ที่ล้อมรอบ ทำให้เกิดแรงดันรอบทิศทาง เรียก แรงดันอากาศ เช่น ถ้าเป่าลูกโป่ง อากาศที่เข้าไปด้านในจะดันลูกโป่งให้พองออกและมีขนาดใหญ่ขึ้น ขณะเดียวกันอากาศที่อยู่ภายนอกก็ออกแรงดันลูกโป่งทุกทิศทางด้วยเช่นกัน เป็นต้น

              แรงดันอากาศ หมายถึง แรงที่อากาศกดลงบนผิวของวัตถุในทุกทิศทาง

              ความดันอากาศ หมายถึง แรงที่อากาศกระทำต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ที่รองรับแรงดัน

ปัจจัยที่มีผลต่อความดันอากาศ

                     1.  ขนาดของแรงที่กระทำ (น้ำหนักของวัตถุ)

                2.  พื้นทีที่ถูกแรงกระทำ (พื้นที่ที่ถูกกดทับด้วยวัตถุ)

ประโชน์ของความดันอากาศ

1. การดูดน้ำออกจากขวดโดยใช้หลอดดูด
2. การดูดของเหลวเข้าหลอดหยดหรือเข็มฉีดยา
3. การเจาะกระป๋องนมต้องเจาะ 2 รู เพื่อให้อากาศในกระป๋องนมมีความดันอากาศเท่ากับความดันภายนอกกระป๋องนมทำให้สามารถเทนมออกจากกระป๋องนมได้
4. การถ่ายของเหลวโดยสายยางจากภาชนะหนึ่งไปยังอีกภาชนะหนึ่งที่อยู่ต่างระดับกัน เรียกว่า กาลักน้ำ
5. การใช้แป้นยางดูดติดกับกระจกเพื่อยึดสิ่งของให้ติดกับกระจก เนื่องจากความดันอากาศภายนอกมากกว่าความดันอากาศภายในแป้นยาง จึงกดหัวแป้นยางให้ดูดติดกับกระจก

                              การดูดน้ำออกจากแก้ว                                                                 การดูดของเหลวเข้าหลอดหยด

                                              กาลักน้ำ                                                              แป้นยางดูดติดกระจก    

6. ความดันของเหลว

                  ความดันของของเหลวมีลักษณะคล้ายกับความดันอากาศ คือ เกิดจากน้ำหนักของของเหลวที่มีอยู่เหนือตำแหน่งนั้น ๆ กดทับลงมา ยิ่งในระดับที่ลึกมากขึ้น ของเหลวที่อยู่เหนือตำแหน่งนั้นก็จะมีมากขึ้น ทำให้น้ำหนักของของเหลวมีมากขึ้น

ปัจจัยที่มีผลต่อความดันของของเหลว

                1.  ความลึกของของเหลว

                      –  ของเหลวไม่ว่าจะอยู่ในภาชนะรูปร่างใดก็ตาม ถ้าที่ระดับความลึกเดียวกัน ความดันของของเหลวจะเท่ากัน

                     –  แต่ถ้าระดับความลึกต่างกัน ของเหลวที่อยู่ระดับลึกกว่า จะมีความดันมากกว่า

                2.  ความหนาแน่นของของเหลว

                      ของเหลวต่างชนิดกันจะมีความดันต่างกัน โดยของเหลวที่มีความหนาแน่นมาก จะมีความดันสูงกว่าของเหลวที่มีความหนาแน่นน้อย

ประโยชน์ของความดันของของเหลว

                 เรานำความรู้เกี่ยวกับความดันของของเหลวไปใช้ประโยชน์ เช่น การสร้างเขื่อน ต้องสร้างให้ฐานเขื่อนมีความกว้าง

มากกว่าสันเขื่อน เพราะแรงดันของน้ำบริเวณฐานเขื่อนมากกว่าแรงดันของน้ำบริเวณสันเขื่อน

แบบทดสอบหลังเรียน

คำสั่ง  จงเลือกคำตอบทีถูกที่สุดเพียงคำตอบเดียว

1. ถ้ามีแรง 2 นิวตัน และแรง 5 นิวตัน กระทำต่อโต๊ะในทิศเดียวกัน แรงลัพธ์จะมีค่าเท่าไร
ก. 2 นิวตัน
ข. 3 นิวตัน
ค. 5 นิวตัน
ง. 7 นิวตัน

2. น้ำหนักของวัตถุขึ้นอยู่กับสิ่งใด
ก. แรงดึงดูดของวัตถุ
ข. แรงดึงดูดของบรรยากาศ
ค. แรงดึงดูดของโลกที่กระทำต่อวัตถุ
ง. แรงเสียดทานที่มีต่อพื้นผิวของวัตถุ

3. แรงเสียดทานเกิดขึ้นในทิศทางใด
ก. ทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่
ข. ทิศทางตั้งฉากกับการเคลื่อนที่
ค. ทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่
ง. ทิศทางในแนวราบเท่านั้น

4. การเข็นรถเข็นบนพื้นผิวในข้อใดที่ทำให้เกิดแรงเสียดทานน้อยที่สุด
ก. พื้นหญ้า
ข. พื้นทราย
ค. พื้นหินกรวด
ง. พื้นกระเบื้อง

5. การที่วัตถุสามารถลอยอยู่ในของเหลวได้เป็นเพราะเหตุใด
ก. วัตถุมีน้ำหนัก
ข. วัตถุมีแรงลอยตัว
ค. ของเหลวมีน้ำหนัก
ง. ของเหลวมีแรงลอยตัว

6. วัตถุในข้อใดลอยน้ำได้ทั้งหมด
ก. หลอดพลาสติก ลูกโป่ง
ข. ลวดเสียบกระดาษ ดินสอ
ค. ถ่านไฟฉาย แม่เหล็ก
ง. แก้วน้ำ ไข่ไก่

7. เพราะเหตุใด วัตถุจึงลอยในของเหลวได้
ก. วัตถุมีความหนาแน่นเท่ากับวัตถุ
ข. วัตถุมีความหนาแน่นเท่ากับของเหลว
ค. วัตถุมีความหนาแน่นมากกว่าของเหลว
ง. วัตถุมีความหนาแน่นน้อยกว่าของเหลว

8. ข้อใดเป็นการประยุกต์ใช้ประโยชน์ของความดันอากาศ
ก. เครื่องสีข้าว
ข. เครื่องยกน้ำหนัก
ค. ปากกาหมึกซึม
ง. ตาอบไฟฟ้า

9. อุปกรณ์ของรถยนต์ชิ้นใดอาศัยหลักการของความดันอากาศ
ก. พวงมาลัย
ข. กระบอกสูบ
ค. ระบบเพลา
ง. ระบบไฟส่องสว่าง

10. คนที่ดำน้ำลงสู่ใต้ทะเลลึก ความดันของ ของเหลวมีผลต่อร่างกายอย่างไร
ก. ปวดหู
ข. ตาลาย
ค. อึดอัด หายใจลำบาก
ง. ปวดตามตัว

ผลคะแนน =
เฉลยคำตอบ:

แหล่งอ้างอิง

ข้อมูลเนื้อหาสรุปจาก

• เปรมฤดี เนื้อทอง สรสุปเข้มวิทยาศาสตร์ ป.5 — กรุงเทพฯ : แม็ค , 2549
• ชุดกิจกรรมการเรียนรู้พัฒนาการคิดวิเคราะห์ เสริมสร้างคุณธรรม จริยธรรมและค่านิยมที่ดีงาม วิทยาศาสตร์ ป.5 สถาบันพัฒนาคุณภาพวิชาการ (พว.)
• หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐาน วิทยาศาสตร์ ป.5 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ

รูปภาพประกอบ

• http://www.zabzaa.com/links/free.htm
• www.ebangkok.org/site.asp?id=646
• thirtysomething.exteen.com/20070313/vs
• www.marinerthai.com/sara/view.php?No=1123

โค๊ดการเขียนแบบทดสอบ

• http://www.bs.ac.th/quiz_online/

คณะผู้จัดทำ

จัดทำโดย ทีม Nongkoo

ครูที่ปรึกษา
คุณครูยุทธศักดิ์   ไชยสีหา (ครูเอ๋) ครู คศ.1
โรงเรียนเทศบาลคุ้มหนองคู สำนักการศึกษา เทศบาลนครขอนแก่น จังหวัดขอนแก่น

เด็กหญิง วริศรา  แดงทองดี (อาโปร์)
นักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 5 ห้อง 1
โรงเรียนเทศบาลคุ้มหนองคู สำนักการศึกษา เทศบาลนครขอนแก่น จังหวัดขอนแก่น

ย่อ