.

.

ข้อสอบวิทย์ สสวท. ปี 2559 ข้อที่ 7.


ข้อที่ 7.


นักเรียนคนหนึ่งมีน้ำหนัก 100 นิวตัน บนโลก และเมื่อชั่งน้ำหนักของนักเรียนคนนี้บนดาวเคราะห์ต่างๆ ในระบบดาวฤกษ์ สามารถบันทึกข้อมุลได้ดังตาราง


       ดาวเคราะห์              น้ำหนัก (นิวตัน)      
ดาว W 16
ดาว X 90
ดาว Y 40
ดาว Z 260

 

 

ข้อใดสอดคล้องกับข้อมูลในตาราง

1. ดาว X มีแรงโน้มถ่วงมากกว่าโลก

2. ดาว Y มีแรงโน้มมถ่วงมากกว่าดาว W

3. โลกมีแรงโน้มถ่วงเป็น 4 เท่าของดาว Y

4. ดาว Z มีแรงโน้มถ่วงเป็น 26 เท่าของโลก



ความรู้ข้อที่หนึ่ง : ความสับสนระหว่างน้ำหนักกับมวล


ในทางวิทยาศาสตร์นั้น น้ำหนัก กับ มวล มีความแตกต่างกันนะครับพี่


มวล ก็คือปริมาณของสสาร หรือจำนวนอนุภาคที่บรรจุอยู่ในวัตถุครับ โดยอนุภาคที่ว่านี้ก็คืออะตอมที่รวมตัวกันเป็นโมเลกุลแล้วรวมตัวกันก่อให้เกิดอนุภาคนั้นๆ มวลไม่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งใดๆ ไม่ว่าจะอยู่บนพื้นราบ หรืออยู่บนยอดเขา หรือบนดวงจันทร์ หรืออยู่ในอวกาศ มวลจะมีค่าคงที่เสมอ ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะถ้าจำนวนอนุภาคยังคงเท่าเดิม มวลก็ย่อมต้องเท่าเดิมเสมอครับพี่น้อง

นักวิทยาศาสตร์ ได้กำหนดการวัดมวลโดยมีหน่วยตามระบบมาตราฐาน เป็น "กิโลกรัม" วัตถุมีมวลครึ่งกิโลกรัม จะอยู่ที่ไหนก็ต้องมีมวลครึ่งกิโลกรัมนะครับ


ส่วนน้ำหนักของวัตถุ คือ ค่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง คูณกับ มวลของวัตถุนั้นครับ ดังนั้น หากที่ใดมีค่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงไม่เท่ากัน ก็จะได้น้ำหนักที่ต่างกัน ถึงแม้จะเป็นมวลก้อนเดียวกันก็ตามครับ

หน่วยของน้ำหนักนั้น มีหน่วยเป็น "นิวตัน" ซึ่งเกิดจาก มวลที่มีหน่วยเป็นกิโลกรัม คูณกับ ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาทียกกำลังสอง (m/s2) โดยหน่วยที่ชื่อ "นิวตัน" นี้ จริงๆ แล้วก็คือหน่วยของแรงครับ และน้ำหนักก็คือแรงชนิดหนึ่ง น้ำหนักจึงมีหน่วยเป็นนิวตันเหมือนกัน โดยเป็นการตั้งชื่อหน่วยเพื่อให้เกียรติแก่ เซอร์ ไอแซค นิวตัน ผู้เป็นบิดาแห่งวิชากลศาสตร์ครับ

 


หรืออาจสรุปสั้นๆ ว่า น้ำหนักมีหน่วยเป็น "นิวตัน" ซึ่งเกิดจาก มวลของวัตถุ(ที่มีหน่วยเป็นกิโลกรัม) คูณกับความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง(ที่มีหน่วยเป็น m/s2 ) หากที่ใดมีค่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงไม่เท่ากัน ก็จะได้น้ำหนักที่ต่างกัน

โดย ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก มีค่าเท่ากับ 9.81 m/s2 ครับ ซึ่งเพื่อให้ง่ายต่อการเรียน จึงมักกำหนดว่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงมีค่าเท่ากับ 10 m/s2 โดยประมาณนะครับ

ดังนั้น เมื่อโจทย์บอกว่า นักเรียนมีน้ำหนัก 100 นิวตัน นักเรียนคนนั้นจึงมีมวลเท่ากับ 100/10 = 10 กิโลกรัมโดยประมาณนะครับ


เพราะฉะนั้น เราก็สรุปได้ว่าถ้าชั่งของที่มีมวลเท่ากันในที่ต่างๆ กัน ถ้าที่ไหนชั่งได้น้ำหนักน้อยแสดงว่าที่นั่นมีแรงโน้มถ่วงน้อยใช่ไหมครับ


ทีนี้เราลองใช้ความรู้ที่มีตามข้างต้น มาทำโจทย์ข้อนี้กันนะครับ...


โจทย์กำหนดข้อมูลมาดังนี้นะครับ

       ดาวเคราะห์              น้ำหนัก (นิวตัน)      
โลก 100
ดาว W 16
ดาว X 90
ดาว Y 40
ดาว Z 260


 

ข้อใดสอดคล้องกับข้อมูลในตาราง

 


คำตอบข้อที่ 1. ดาว X มีแรงโน้มถ่วงมากกว่าโลก

โจทย์บอกว่าเมื่อชั่งบนโลกได้ 100 นิวตัน แต่พอไปชั่งบนดาว X กลับได้เพียง 90 นิวตัน แสดงว่าแรงโน้มถ่วงของดาว X ต้องน้อยกว่าโลกใช่ไหมครับ จึงมีผลทำให้น้ำหนักที่ชั่งได้มีค่าต่ำกว่าเมื่อชั่งบนโลก

คำตอบข้อนี้ที่บอกว่าดาว X มีแรงโน้มถ่วงมากกว่าโลก จึงเป็นคำพูดที่ไม่ถูกต้องครับ


 

คำตอบข้อที่ 2. ดาว Y มีแรงโน้มมถ่วงมากกว่าดาว W

จากตาราง เมื่อชั่งที่ดาว Y ได้น้ำหนัก 40 นิวตัน แต่พอชั่งที่ดาว W กลับอ่านได้ 16 นิวตัน แสดงว่าแรงโน้มถ่วงของดาว Y ต้องมากกว่าดาว W

ตัวเลือกคำตอบข้อนี้จึงเป็นคำพูดที่ถูกต้องนะครับ


 

3. โลกมีแรงโน้มถ่วงเป็น 4 เท่าของดาว Y

เมื่อเราชั่งนำหนักบนโลกได้ 100 นิวตัน ในขณะที่โลกมีแรงโน้มถ่วง 10  m/s2

และเราทราบแล้วว่า น้ำหนัก = มวล x แรงโน้มถ่วง

     ดังนั้น               100 = มวล x 10

                            มวล = 100/10 = 10 กิโลกรัม


แต่เมื่อชี่งที่ดาว Y จะชั่งได้ 40 นิวตัน

แสดงว่า                 40  = 10 x แรงโน้มถ่วง

     ดังนั้น    แรงโน้มถ่วง = 40/10 = 4 m/s2

             

เทียบแรงโน้มถ่วงโลกต่อแรงโน้มถ่วงดาว Y = 10/4 = 2.5 เท่า

ข้อนี้ที่พูดว่าโลกมีแรงโน้มถ่วงเป็น 4 เท่าของดาว Y จึงเป็นคำพูดที่ผิดครับ


หมายเหตุ : จริงๆ แล้วเราไม่ต้องคำนวณอย่างที่ผู็น้อยทำให้ดูก็ได้นะครับ เราอาจใช้ความรู้ทางคณิตศาสตร์เล็กๆน้อยๆ มาทำก็ได้นะครับ

แบบนี้นะครับ...

     ในเบื่องต้น เรารู้ว่ามวลจะมีค่าคงที่เสมอ ดังนั้น ปัจจัยที่มีผลต่อน้ำหนักคือแรงโน้มถ่วงอย่างเดียว

     ดังนั้น  น้ำหนักที่โลก/น้ำหนักที่ Y = 100/40 = 2.5 เท่า

     แสดงว่า โลกมีแรงโน้มถ่วงมากกว่าดาว Y เท่ากับ 2.5 เท่าครับ

 

 

คำตอบข้อ 4. ดาว Z มีแรงโน้มถ่วงเป็น 26 เท่าของโลก

เราก็ใช้ความรู้ทางคณิตศาสตร์แบบคำตอบข้อที่ 3 มาทำนะครับ...

     น้ำหนักที่ดาว Z / น้ำหนักที่โลก = 260/100 = 2.6 เท่า

     แรงโน้มถ่วงของ Z จึงมากกว่าโลกเพียง 2.6 เท่านะครับ ไม่ใช่ 26 เท่า

คำพูดในข้อนี้จึงเป็นคำพูดที่ผิดอย่างไม่ต้องสงสัย


ดังนั้น เราก็เลือกตอบคำตอบข้อ 2. เป็นคำตอบที่ถูกต้องนะครับ 





 



เพิ่มคอมเมนต์ใหม่

รหัสป้องกันความปลอดภัย
รีเฟรช