.

.

ข้อสอบวิทยาศาสตร์ สสวท. ป.6 ปี 2560 ข้อที่ 13.


ข้อที่ 13.


กล่อง A และกล่อง B วางติดกับพื้นลื่นไม่มีแรงเสียดทาน เมื่อออกแรง F ดันกล่อง ดังรูป

 

 

 

 

ถ้ากล่อง A มีมวลมากกว่ากล่อง B ข้อใดถูกต้อง

1. ขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 1 น้อยกว่าขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 2

2. ขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 1 มากกว่าขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 2

3.ขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 1 เท่ากับขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 2

4. ขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 1 รูปที่ 2 มีขนาดเท่ากับ F


แล้วก็มาถึงข้อสอบในกลุ่มวิชาฟิสิกส์แล้วนะครับ...

 

เพื่อให้ไม่งง เรามาสร้างความรู้พื้นฐานในวิชาฟิสิกส์กันซักนิดนะครับ...


 

ความรู้ข้อที่หนึ่ง : กินข้าวเร็วๆซิลูก เดี๋ยวก็ไปโรงเรียนสายกันพอดี


หมอ(ดู)ข้างบ้าน มักจะแอบมานินทาภรรยาของแกให้ผมฟังอยู่เสมอว่า...

ในทุกๆ เช้า คุณแม่(ที่เมื่อคืนยังเป็นนางฟ้าอยู่ดีๆ) มักจะเร่งเร้าให้ลูกๆ กินข้าวเร็วๆ เพื่อที่จะได้ไปโรงเรียนให้ทัน

ข้าวคำแรกลูกยังไม่ทันกลืน ก็เร่งให้รีบตักคำที่สองเข้าปาก

พอคำที่สองเข้าปากไปแล้ว แม่ก็รีบตักคำที่สามรอเอาไว้


พอลูกทำท่าทางจะกลืนไม่ลง แม่ก็จะรีบป้อนน้ำเข้าไป


แกบอกว่า การทำแบบนี้ จะทำให้ลูกๆ ติดนิสัยกินข้าวคำน้ำคำในที่สุด

ผมว่าจะถามแกว่า นอกจากมาบ่นให้ผมฟังแล้ว

หมอได้เข้าไปช่วยเหลือ หรือเข้าไปช่วยภรรยาแก้ไขสถานะการณ์ในตอนนั้นบ้างไหม


แต่ก็ยั้งปากไว้

เพราะกลัวจะเสียเพื่อน(บ้าน)


ที่เล่าไปข้างต้น ก็ไม่มีอะไรหรอกครับพี่

เพียงแต่อยากจะอธิบายให้พี่ๆ ฟัง ถึงคำว่า "ความเร่ง" ครับ


การที่คุณแม่เร่งให้ลูกกินข้าวเร็วๆ หรือคุณแม่เร่งให้ลูกทำการบ้านเร็วๆ นั้น

ผลของการเร่ง ก็คือ การมีความเร็วที่เพิ่มขึ้นใช่ไหมครับ


กินข้าวเร็วขึ้น ก็แสดงว่ามีความเร่ง

ทำการบ้านเร็วขึ้น ก็แสดงว่ามีความเร่ง


ดังนั้น เราอาจกล่าวได้ว่า ความเร่งก็คือ การที่วัตถุนั้นมีความเร็วที่เปลี่ยแปลงไปจากเดิมนะครับ

รวมทั้งการที่วัตถุเริ่มเคลื่อนที่จากที่หยุดนิ่งอยู่ ก็คือการเปลี่ยนแปลงความเร็ว แสดงว่ามีความเร่งเช่นเดียวกันนะครับ

 

การที่มีใครซักคนพูดว่า "วัตถุวางนิ่งติดกันกับพื้นลื่นที่ไม่มีแรงเสียดทาน เมื่อออกแรง F กระทำต่อวัตถุ ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ "

แสดงว่า วัตถุนั้น กำลังเคลื่อนที่ไปด้วยความเร่งนะครับพี่


และการที่วัตถุจะมีความเร่งได้ จะต้องมีแรงมากระทำนะครับ

ซึ่งก็เหมือนการที่ลูกกินข้าวเร็วขึ้น ก็เพราะมีเสียงของแม่มาเร่งนั่นแหละครับ

 

ดังนั้น วัตถุจะเปลี่ยนแปลงความเร็วด้วยตัวเองไม่ได้นะครับ

ถ้าวัตถุจะมีความเร็วที่เปลี่ยนแปลงไป ก็จะต้องเกิดจากแรงอะไรซักอย่างมากระทำนะครับ

 

เมื่อเป็นเช่นนี้

นักวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ของโลก ที่ชื่อที่เรียกกันสั้นๆ แบบติดปาก "นิวตัน" หรือ เซอร์ ไอแซก นิวตัน (Sir Isaac Newton) จึงสรุปหลักธรรมชาติข้อนี้ ทำนองว่า...

"วัตถุที่หยุดนิ่ง ก็จะหยุดนิ่งต่อไป ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุนั้นมีค่าเป็นศูนย์

และวัตถุที่เคลื่อนที่นั้น ก็จะเคลื่อนที่ต่อไปด้วยทิศทางและความเร็วเดิม ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุนั้นมีค่าเป็นศูนย์"

 

ซึ่งถือว่าเป็นกฏการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งของนิวตัน ที่มีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า กฏความเฉื่อย หรือ Inertia Law ครับพี่

กฏของความเฉื่อยนี้สามารถนำไปอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติได้หลายอย่างเลยนะครับ เช่น ตอนที่เราขึ้นไปนั่งบนรถเมล์นั้น เมื่อพี่คนขับเหยียบคันเร่งให้รถเคลื่อนที่ไปข้างหน้า แต่ตัวของเราจะพยายามรักษาสภาพหยุดนิ่งไว้ ก็จะมีผลทำให้หลังของเราจะถูกผลักติดกับเบาะ ในทางตรงข้ามกัน เมื่อพี่คนขับเหยียบเบรค ตัวเราซึ่งเคยเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับรถ ก็จะพยายามรักษาสภาพการเคลื่อนที่เอาไว้ ทำให้เหมือนเราถูกผลักไปข้างหน้า อย่างงี้แหละครับ คือตัวอย่างกฏข้อที่ 1 ของนิวตันครับ

 


ความรู้ข้อที่สอง : จะเคลื่อนของหนักขึ้นก็ต้องออกแรงเยอะขึ้น

 

"ฮุย ย ย ย ใครเขาก็รู้กันอยู่แล้ว"

 ใครบางคน แซวเสียงดังออกมาจากหลังห้อง

  

ใช่แล้วครับพี่ หากอยากจะเคลื่อนของหนักขึ้นก็ต้องออกแรงเยอะขึ้น

 นี่คือหลักธรรมชาติที่ไม่ต้องมีใครสอน เราก็รู้ได้เอง

 งั้นผมก็ขออนุญาตเล่าความรู้ข้อที่สามต่อเลยนะครับ

 

 

ความรู้ข้อที่สาม : จะเคลื่อนของให้มีความเร็วเพิ่มขึ้น ก็ต้องออกแรงเยอะขึ้น

  

"ฮุย ย ย ย อันนี้เค้าก็รู้กันมาตั้งนานแล้วแหละลุง"

 คราวนี้ เสียงดังอื้ออึงระงมไปหมด ไม่รู้ว่ามาจากมุมไหนบ้าง

  

ถูกต้องแล้วครับพี่

 หากอยากจะเคลื่อนที่วัตถุให้มีความเร็วเพิ่มขึ้น ก็ต้องออกแรงเยอะขึ้น

 นี่ก็คือหลักธรรมชาติที่ไม่ต้องมีใครสอน เราก็รู้ได้เองเช่นเดียวกัน

  

หมายเหตุระหว่างบรรทัด : วัตถุมีความเร็วเพิ่มขึ้น ก็คือวัตถุมีความเร่งนะครับ (ซึ่งเป็นไปตามความรู้ข้อที่หนึ่งที่ได้เล่าให้ฟังนั่นไงครับ)

  

คนอย่างเราๆ รู้ถึงหลักธรรมชาติตามข้างต้นแล้ว ก็เฉยๆ ใช่ไหมครับ

แต่ตา เซอร์ ไอแซก นิวตัน กลับไม่เฉยอย่างเราๆครับ 

 

หลังจากทั้งนั่งทั้งนอนสังเกตการณ์อยู่พักใหญ่

นิวตัน ก็พบว่าความเป็นจริงของธรรมชาติที่ว่า

 

     - แรงที่กระทำต่อวัตถุ  มีความสัมพันธ์กับมวลของวัตถุนั้น 

       คือถ้าวัตถุหนักขึ้น ถ้าอยากจะให้วัตถุเร็วเท่าเดิมก็ต้องออกแรงกระทำต่อวัตถุเพิ่มขึ้น

 

     - แรงที่กระทำต่อวัตถุ   มีความสัมพันธ์กับความเร่งของวัตถุ 

       คือถ้าอยากให้วัตถุมีความเร่งมากขึ้น ก็ต้องออกแรงมากยิ่งขึ้น

 

     - หากแรงที่กระทำต่อวัตถุมีเท่าเดิม แต่วัตถุมีมวลมากขึ้น ความเร่งของวัตถุจะลดลง

 

นิวตันได้พินิจพิจารณา และทดลองซ้ำไปมาด้วยวิธีทางวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ที่อาจไม่จำเป็นต้องรู้ตอนนี้


ก็ได้สมการที่ยิ่งใหญ่มากๆ ว่า F = m x a ครับพี่น้อง

โดยกำหนดว่า ตัวแปร F = แรง , m = มวล และ a = ความเร่ง

 

"สมการสั้นแค่นี้ อะไรจะพูดซะว่ายิ่งใหญ่ขนาดนั้น"

พี่ๆ บางท่านอาจนึกสงสัยในใจ


สำคัญมากครับพี่

สมการนี้ ทำให้เรารู้จักค่าของแรง ที่เป็นตัวเลขที่จับต้องได้ไงครับ

และสมการนี้ก็แม่บทของการคำนวณทางกลศาสตร์ที่แตกแขนงออกไปอย่างมากมายจวบจนทุกวันนี้เลยครับ

 

ซึ่งในที่สุดได้มีการตั้งชื่อหน่วยของแรงเพื่อเป็นเกียรติต่อผู้คิดค้นว่า แรงมีหน่วยเป็น "นิวตัน" เชียวนะครับพี่

และสมการนี้นี้แหละครับ ถือว่าเป็นกฏข้อที่สองของนิวตันครับ


 

ความรู้ข้อที่สี่ : ใครรัก รักมั่ง  ใครชัง ชังตอบ


ผู้คนที่มีนิสัยตรงไปตรงมาจำนวนมาก มักถือคติตามคำพูดข้างต้น ทำนองว่า...

ใครรักก็รักมั่ง ใครชังก็ชังตอบ

 

ซึ่งจะทำให้ชีวิตดำรงอยู่แบบไม่มีความสุขมากนัก

เพราะจะมีคนที่เราชัง และคนที่ชังเราเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ตามจำนวนคนที่เราพบเจอ


การอยู่ให้เป็น ควรต้องถือคติว่า

          ใครรัก รักมั่ง

          ใครชัง รักตอบ

ใช่ไหมครับพี่ๆ...

 

แต่สำหรับเรื่องของแรงในทางกลศาสตร์นั้น

จะเป็นแบบ ใครรักก็รักมั่ง ใครชังก็ชังตอบ ตามที่ว่าเลยครับ


เพราะหากเราออกแรงผลักวัตถุ วัตถุก็จะออกแรงผลักกลับคืนมาด้วยขนาดที่เท่ากัน

ถ้าเราออกแรงดึง วัตถุก็จะออกแรงดึงกลับคืนด้วยขนาดที่เท่ากันเป๊ะ

 

หรือพูดกันให้เท่ๆ ว่า "แรงปฏิกิริยาเท่ากับกิริยา" ซึ่งถือเป็นกฎข้อที่สามข้อนิวตันครับ

 


 


ทีนี้กลับมาดูโจทย์กันอีกทีนะครับ โจทย์ถามว่าข้อความใดถูกต้อง

ดังนั้นเราก็ต้องมาพิจารณาข้อความแต่ละข้อคำตอบกันนะครับ ว่าคำตอบข้อไหนที่ถูกต้องที่สุด โดยโจทย์บอกว่ากล่อง A มีมวลมากกว่ากล่อง B 

และเพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้น ผมจะวาดเส้นของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองนะครับ

คำตอบข้อที่ 1. ขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 1 น้อยกว่าขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 2

เราก็มาดูรูปในโจทย์กันซักนิดนะครับ เราจะพบว่า รูปที่ 1 และรูปที่ 2 นั้น เกือบจะเหมือนทุกประการ ต่างกันเพียงการกลับซ้ายเป็นขวาและขวาเป็นซ้ายเท่านั้น ดังนั้น แรง(ตามลูกศรสีแดง) ที่กล่อง A กระทำกับกล่อง B ในรูปที่ 1 กับรูปที่สองนั้น จะมีขนาดเท่ากันอย่างแน่นอน

ซึ่งตอนนี้เราก็ทราบกันแล้วว่า จากกฏข้อที่ 3 ของนิวตันที่บอกว่าที่ผิวสัมผัสของวัตถุนั้นแรงกิริยาจะเท่ากับแรงปฏิกิริยา แต่มีทิศตรงข้ามกัน  ดังนั้น แรงตามลูกศรสีแดงที่กล่อง A กระทำต่อกล่อง B จะเท่ากับแรงตามลูกศรสีส้มที่กล่อง B กระทำต่อกล่อง A ครับ

คำพูดที่ว่า "ขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 1 น้อยกว่าขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 2" จึงเป็นคำพูดที่ผิดครับ


 

คำตอบข้อที่ 2. ขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 1 มากกว่าขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 2

นี่ก็ผิดนะครับ

 

คำตอบข้อที่ 3.ขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 1 เท่ากับขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 2

 ข้อนี้ถูกต้องเลยครับ เพราะเป็นไปตามกฏของที่ 3 ของนิวตันเลยครับ


คำตอบข้อที่ 4. ขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 1 รูปที่ 2 มีขนาดเท่ากับ F

ข้อนี้ก็ยิ่งผิดเลยครับ เพราะแรงที่กระทำระหว่างวัตถุทั้งสองจะมีค่าน้อยกว่า F ครับ ซึ่งหากให้อธิบายโดยไม่ใช้การคำนวณประกอบ อาจพูดได้ว่าก่อนหน้าที่เราจะออกแรง F นั้น กล่อง A ได้หยุดนิ่งอยู่ การจะทำให้วัตถุเคลื่อนที่ได้นั้น เราต้องใช้แรงไปส่วนหนึ่งในการทำให้กล่อง A เคลื่อนที่ ดังนั้นแรงที่เหลืออยู่ที่จะไปดันกล่อง B จึงลดลงต่ำกว่าแรง F ในตอนแรก ขนาดของแรงที่กระทำระหว่างกล่องทั้งสองในรูปที่ 1 รูปที่ 2 จึงมีขนาดน้อยกว่า F ครับ



เพิ่มคอมเมนต์ใหม่

รหัสป้องกันความปลอดภัย
รีเฟรช