เข้าใจกฎนิวตัน: พื้นฐานฟิสิกส์สำหรับการสอบและชีวิตจริง!

กฎนิวตัน

เตรียมพร้อมสู่ความเข้าใจฟิสิกส์ที่มากกว่าแค่การท่องจำ! บทความนี้จะพาน้อง ๆ ทำความรู้จักกับ “กฎนิวตัน” ทั้งสามข้ออย่างละเอียด เข้าใจง่าย พร้อมตัวอย่างที่เห็นได้ในชีวิตประจำวัน นอกจากจะเตรียมสอบได้อย่างมั่นใจแล้ว ยังช่วยให้เข้าใจการเคลื่อนที่และแรงในโลกจริงได้ดีขึ้นด้วย โรงเรียนกวดวิชาออนดีมานด์ขอแนะนำบทความนี้เพื่อช่วยให้น้อง ๆ เรียนรู้พื้นฐานฟิสิกส์อย่างมีประสิทธิภาพและสนุกไปกับการวิเคราะห์การเคลื่อนไหวของวัตถุแบบยิ้มมุมปาก

สำหรับเด็กสายวิทย์ การเข้าใจ “กฎนิวตัน” เป็นสิ่งที่สำคัญอย่างมาก เนื่องจากเป็นพื้นฐานสำคัญในหลายๆ แขนงวิชาของฟิสิกส์ และยังเป็นพื้นฐานสำคัญของวิชาในคณะวิศวกรรมศาสตร์ ไม่ว่าจะเป็นกลศาสตร์ วิศวกรรมเครื่องกล หรือวิศวกรรมยานยนต์ กฎของนิวตันพื้นฐานมี 3 ข้อ ถูกใช้ในการอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุต่างๆ ที่เราพบเจอในชีวิตประจำวัน รวมถึงการเคลื่อนที่ในแนวตรงที่พี่จะอธิบายต่อไปนี้อีกด้วย

นิวตัน คือใคร ?

เซอร์ ไอแซค นิวตัน (Sir Isaac Newton) เป็นนักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ ถือกำเนิดใน ปี ค.ศ.1642 นิวตันสนใจดาราศาสตร์ และประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสง (Reflecting
telescope) ขึ้นโดยใช้โลหะเงาเว้าในการรวมแสง แทนการใช้เลนส์ เช่นในกล้องโทรทรรศน์ชนิด
หักเหแสง (Refracting telescope) นิวตันติดใจในปริศนาที่ว่า แรงอะไรทำให้ผลแอปเปิลตกสู่
พื้นดินและตรึงดวงจันทร์ไว้กับโลก และสิ่งนี้เองที่นำเขาไปสู่การค้นพบกฎที่สำคัญ 3 ข้อ

กฎของนิวตัน 3 ข้อ

กฎข้อที่ 1 : กฎความเฉื่อย ΣF = 0

“กฎความเฉื่อย” คือ วัตถุจะคงอยู่ในสภาพหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่ จนกว่าจะมีแรงภายนอกมากระทำ

ตัวอย่างเหตุการณ์ของกฎความเฉื่อย
📌 วัตถุที่หยุดนิ่ง เช่น แก้วน้ำที่วางไว้เฉยๆ จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงถ้าไม่มีอะไรมากระทำต่อมัน
📌 รถที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ 80 กิโลเมตร/ชั่วโมง จะยังคงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าเดิม จนกว่าเราจะเหยียบเบรค หรือ เหยียบคันเร่ง (การเหยียบเบรค หรือ เหยียบคันเร่งเป็นการออกแรง กระทำต่อรถ)
📌 เชือกที่ถูกดึงสองข้างด้วยแรงเท่ากัน จะหยุดนิ่งอยู่ตำแหน่งเดิม มีแรงกระทำต่อเชือก 2 แรง แต่กระทำในทิศตรงข้ามกัน ดึงด้วยขนาดเท่ากัน จึงหักล้างกัน ทำให้เชือกอยู่นิ่งตรงกลาง
📌 ผู้โดยสารในรถไฟที่เคลื่อนที่อย่างราบรื่นจะไม่รู้สึกว่าตัวเองกำลังเคลื่อนที่ หากไม่มีการเปลี่ยนแปลงความเร็วหรือทิศทาง

กฎข้อที่ 2 : กฎการเคลื่อนที่ ΣF = ma

“กฎการเคลื่อนที่” คือ ผลรวมของแรงที่กระทำต่อวัตถุจะทำให้วัตถุเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ โดยมีความเร่งในทิศทางเดียวกับแรงที่กระทำ (แรงที่กระทำหรือแรงลัพธ์มีค่าไม่เป็นศูนย์)
โดยที่:
📌 F คือ แรง (นิวตัน)
📌 m คือ มวล (กิโลกรัม)
📌a คือ ความเร่ง (เมตรต่อวินาที²)


กฎข้อนี้แสดงถึงความสัมพันธ์ระหว่างแรงที่มากระทำและการเคลื่อนที่ของวัตถุ ถ้าเรากระทำแรงมาก วัตถุก็จะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งสูง เช่น หากเราออกแรงมากในการขว้างลูกฟุตบอล ลูกบอลก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้น


ตัวอย่างเหตุการณ์ของกฎการเคลื่อนที่
📌 การออกแรงเตะฟุตบอล ฟุตบอลเคลื่อนที่ไปตามทิศทางที่เตะ เนื่องจากมีความเร่งจากเท้าที่เตะ
📌เมื่อเราออกแรงเท่ากันเพื่อผลักรถให้เคลื่อนที่ไปข้างหน้า รถที่บรรทุกของที่มีมวลมากกว่าจะเคลื่อนทีช้ากว่ารถที่ไม่มีของ เนื่องจากความเร่งแปลผกผันกับมวลของวัตถุ

กฎข้อที่ 3 : กฎแรงกิริยาและปฏิกิริยา

“กฎแรงกิริยาและปฏิกิริยา” เป็นแรงที่มีขนาดเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงกันข้าม และกระทำกับวัตถุคนละชนิด” ( Action = Reaction ) เมื่อวัตถุหนึ่งกระทำแรงต่อวัตถุที่สอง วัตถุที่สองจะกระทำแรงตอบกลับต่อวัตถุแรก โดยมีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงกันข้าม” หรือ “ทุกแรงกิริยาจะมีแรงปฏิกิริยาที่มีขนาดเท่ากันในทิศตรงข้าม”


ตัวอย่างเหตุการณ์ของกฎแรงกิริยาและปฏิกิริยา
📌 ขณะที่คนกำลังพายเรือ จะดันไม้พายไปข้างหลัง และเกิดความเร่งขึ้น มีแรงที่ไม้พายกระทำต่อน้ำ เป็นแรงกิริยา และน้ำจะดันไม้พายไปข้างหน้า ซึ่งเป็นแรงปฏิกิริยา เป็นผลให้เรือเคลื่อนไปข้างหน้า ขนาดของแรงที่ไม้พายกระทำกับน้ำ เท่ากับ ขนาดของแรงที่น้ำกระทำกับไม้พาย แต่มีทิศทางตรงข้ามกัน
📌 ชายคนที 1 ต่อยหน้าชายคนที่ 2 ชายคนที่ถูกต่อยเจ็บหน้า และชายคนที่ต่อยก็เจ็บมือด้วยเช่นกัน ยิ่งออกแรงต่อยมากเท่าใด ก็จะยิ่งเจ็บมือมากเท่านั้น
📌 เมื่อเราก้าวเดิน ทุกครั้งที่เรายืนและก้าวเท้า แรงที่เราออกแรงไปบนพื้นคือแรงกิริยา และแรงที่พื้นตอบกลับมายังร่างกายเราคือแรงปฏิกิริยา การที่เราสามารถก้าวเดินไปข้างหน้าได้ก็เพราะแรงปฏิกิริยานี้
📌 นักกีฬาใช้ไม้ตีลูกเทนนิส แรงที่ไม้ตีลูกเทนนิสคือแรงกิริยา ส่วนแรงที่ลูกตอบกลับมาคือแรงปฏิกิริยา นี่คือสาเหตุที่มือของเรารู้สึกถึงการสั่นสะเทือนเมื่อเราเล่นเทนนิสหรือแบดมินตัน

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

การเคลื่อนที่ในแนวตรง

การเคลื่อนที่ในแนวตรงเป็นหัวข้อที่มักจะเน้นในวิชาฟิสิกส์สำหรับน้องที่เตรียมตัวเข้าศึกษาคณะวิศวกรรมศาสตร์ โดยเฉพาะวิชาที่เกี่ยวข้องกับกลศาสตร์พื้นฐานและการออกแบบเครื่องจักร


การเคลื่อนที่ในแนวตรง หมายถึง การที่วัตถุเคลื่อนที่ในเส้นตรง โดยกฎของนิวตันสามารถอธิบายการเคลื่อนที่ลักษณะนี้ได้อย่างชัดเจน ตเช่น เมื่อเราขับรถยนต์บนถนนที่ไม่มีโค้งหรือเนิน การเคลื่อนที่ของรถยนต์ในเส้นตรงสามารถอธิบายได้ด้วยกฎของนิวตันทั้งสามข้อ


การคำนวณการเคลื่อนที่ในแนวตรงสามารถทำได้โดยใช้สมการของการเคลื่อนที่ที่สัมพันธ์กับเวลา ความเร็ว และระยะทาง โดยความเร่ง (a) จะเกิดขึ้นเมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุ การเปลี่ยนแปลงความเร็วของวัตถุในระยะเวลาหนึ่งคือผลจากความเร่งนั้น

6 สมการสำคัญ ที่เกี่ยวกับกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

มักเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวัน อีกทั้งยังออกข้อสอบบ่อย ๆ ทั้งสอบเก็บคะแนน และเข้ามหาวิทยาลัย

1. กฎของการเคลื่อนที่ F = 0

ตัวอย่าง : ถ้ารถยนต์จอดนิ่งอยู่ที่ไฟแดง จะไม่เคลื่อนที่จนกว่าไฟจะเปลี่ยนเป็นสีเขียว

2. กฎของการเคลื่อนที่ที่สอง F = ma

ตัวอย่าง : หากคุณผลักรถเข็นของช็อปปิ้ง (มวล 10 kg) ด้วยแรง 20 N มันจะเร่งไปข้างหน้าโดยมีอัตราเร่ง a = fm = 2010 =2 

3. กฎของการเคลื่อนที่ที่สาม Faction=−Freaction

ตัวอย่าง : เมื่อคุณนั่งบนเก้าอี้ คุณกดลงบนเก้าอี้ด้วยแรงของคุณ และเก้าอี้ก็ผลักกลับด้วยแรงเท่าเทียมกัน

โดยทั้ง 3 ข้อข้างบนอธิบายได้ว่า 

  • F = แรงที่กระทำต่อวัตถุ (นิวตัน, N)
  • m = มวลของวัตถุ (กิโลกรัม, kg)
  • a = ความเร่ง (เมตรต่อวินาที², m/s²)
4. แรงโน้มถ่วง

Fg = G • m1 • m2 / 

  • Fg​ = แรงโน้มถ่วงระหว่างสองวัตถุ (นิวตัน, N)
  • G = ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงสากล (6.674×10-11 N m2/kg2)
  • m1 = มวลของวัตถุแรก (กิโลกรัม, kg)
  • m2 = มวลของวัตถุที่สอง (กิโลกรัม, kg)
  • r  = ระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของทั้งสองวัตถุ (เมตร, m)
5. งาน

W = F⋅d⋅cos(θ)

  • W = งานที่ทำ (จูล, J)
  • F = แรงที่กระทำ (นิวตัน, N)
  • d = ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ (m)
  • θ = มุมระหว่างแรงกับทิศทางการเคลื่อนที่
6. พลังงานจลน์

KE = 1/2  • mv2

  • KE = พลังงานจลน์ (จูล, J)
  • m = มวลของวัตถุ (กิโลกรัม, kg)
  • v = ความเร็วของวัตถุ (m/s)

บทความอื่นๆ เพิ่มเติม 👉 : OnDemand

บทความอื่นๆ

โค้งสุดท้าย TPAT3 เหลือเวลา

วัน

พี่ออนดีมานด์มีตัวช่วยพิเศษ

เหลือเวลา

ชั่วโมง
นาที
เหลือเวลาอีก
ขั่วโมง
นาที

เหลือเวลา

ชั่วโมง
นาที

เหลือเวลา

ชั่วโมง
นาที

เหลือเวลา

ชั่วโมง
นาที

เหลือเวลา

ชั่วโมง
นาที
เหลือเวลาอีก
วัน
ชั่วโมง
นาที
ชั่วโมง
นาที
00
วัน
00
ชั่วโมง

พบกับข้อเสนอพิเศษสำหรับลูกค้าเก่า

เหลือเวลา

ชั่วโมง
นาที

เหลือเวลา

ชั่วโมง
นาที

เหลือเวลา

ชั่วโมง
นาที

เหลือเวลา

ชั่วโมง
นาที

เหลือเวลา

ชั่วโมง
นาที

วันนี้เท่านั้น! รับ ID Book ฟรีทันที

ที่สาขาออนดีมานด์

พี่ออนดี้ส่งโมเมนต์สุดพิเศษให้น้อง

ต้อนรับวันวาเลนไทน์

ดีลดี ดีลเดียวก่อนหมดวันแห่งความรัก สมัครเลย

เหลือเวลา

ชั่วโมง
นาที
วัน
ชั่วโมง
นาที

เหลือเวลา

ชั่วโมง
นาที

โค้งสุดท้ายแล้ว เหลือเวลา

00
ชั่วโมง
00
นาที

เหลือเวลา

00
วัน
00
ชั่วโมง

เหลือเวลา

00
ชั่วโมง
00
นาที

วันสุดท้ายแล้ว

เหลือเวลา
00
วัน
00
ชั่วโมง

เหลือเวลา

วัน
ชั่วโมง
นาที
สิ้นสุดการรอคอย สิทธิพิเศษเฉพาะคุณ TCAS DEK68 เวอร์ชั่นใหม่ มาแล้ว !
วันสุดท้ายแล้ว
3 ชม สุดท้ายแล้วสมัครคอร์เลย
รับฟรี! ชุดแนวข้อสอบ TPAT3
ส่วนลดสูงสุด 1,000 บาท
ส่วนลดสูงสุด 500 บาท

นับถอยหลังก่อนสอบเข้าเตรียมอุดม (9 มี.ค. 67)

Days
สิ้นสุดการรอคอย สิทธิพิเศษเฉพาะคุณ TCAS DEK68 เวอร์ชั่นใหม่ มาแล้ว !
สิ้นสุดการรอคอย สิทธิพิเศษเฉพาะคุณ TCAS DEK68 เวอร์ชั่นใหม่ มาแล้ว !
สิ้นสุดการรอคอย สิทธิพิเศษเฉพาะคุณ TCAS DEK68 เวอร์ชั่นใหม่ มาแล้ว !
โปรสุดท้าย NETSAT
เพื่อน้องมข. อีก 14 วันก่อนสอบ
โปรสุดท้าย เพื่อน้อง TU
อีก 1 เดือน ก่อนสอบ
ด่วน LIVEติว เลข โค้งสุดท้าย
ก่อนสอบเตรียมอุดมฯ