ข้อสอบวิทย์ สสวท. ปี 2559 ข้อที่ 7.
- รายละเอียด
- หมวด: เฉลยข้อสอบวิทยาศาสตร์ สสวท. ป.3 ปี 2559
- สร้างเมื่อ วันศุกร์, ๐๘ กันยายน ๒๕๖๐ ๑๐:๕๘
- เขียนโดย SarnSeri
- ฮิต: 1626
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