ฟิสิกส์ (Physics) คือ วิชาที่ศึกษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นในโลกและจักรวาล ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ, พลังงาน, แรง และสภาพแวดล้อมทางกายภาพอื่นๆ ที่มีผลต่อสภาพของวัตถุต่างๆ และการศึกษากฎต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของธรรมชาติ
ฟิสิกส์ประกอบด้วยหลายสาขา เช่น:
ฟิสิกส์ใช้หน่วยวัดต่างๆ เช่น:
วิธีการทางวิทยาศาสตร์เป็นกระบวนการที่ใช้ในการศึกษาและทำความเข้าใจปรากฏการณ์ต่างๆ โดยเริ่มจากการสังเกต, ตั้งสมมติฐาน, ทดสอบสมมติฐาน, และการสรุปผลการทดลอง ซึ่งทำให้ได้ข้อมูลที่สามารถพิสูจน์ได้ทางวิทยาศาสตร์
ฟิสิกส์มีการศึกษาเกี่ยวกับกฎพื้นฐานที่ใช้ในการอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น:
ฟิสิกส์เป็นวิชาที่สำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีและความเข้าใจในโลกธรรมชาติ ทำให้เราได้ค้นพบหลักการและวิธีการต่างๆ ที่ช่วยในการอธิบายและประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวัน
การศึกษาเกี่ยวกับวัตถุที่เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง โดยมีปัจจัยสำคัญ เช่น ความเร็ว, ความเร่ง และระยะทาง
\[ s = u \cdot t + \frac{1}{2} \cdot a \cdot t^2 \]
โดยที่:
ตัวอย่างการคำนวณ:
รถยนต์เริ่มต้นด้วยความเร็ว \(5 \, \text{m/s}\) และมีความเร่ง \(2 \, \text{m/s}^2\) เป็นเวลา \(10 \, \text{วินาที}\) จงหาว่ารถเคลื่อนที่ได้ระยะทางเท่าใด
การคำนวณ:
\[ s = 5 \cdot 10 + \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 10^2 \] \[ s = 50 + 100 = 150 \, \text{เมตร} \]
แรงเป็นสิ่งที่ทำให้วัตถุเกิดการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ กฎของนิวตันมี 3 ข้อสำคัญ โดยเน้นที่ความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวล และความเร่ง
แรงสุทธิ (F) = มวล (m) × ความเร่ง (a)
วัตถุมวล 10 กิโลกรัม ถูกแรงขนาด 50 นิวตันกระทำในแนวเส้นตรง จงหาความเร่งของวัตถุ
คำตอบ: ใช้สูตร
F = m × a → a = F ÷ m
a = 50 ÷ 10 = 5 m/s²
งานเกิดขึ้นเมื่อแรงทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปในทิศทางของแรง พลังงานเกี่ยวข้องกับความสามารถในการทำงาน
งาน (W) = แรง (F) × ระยะทาง (s) × cos(θ)
พลังงานจลน์ (K) = ½ × มวล (m) × ความเร็ว² (v²)
แรง 20 นิวตัน ทำมุม 30° กับพื้น และทำให้วัตถุเคลื่อนที่ 5 เมตร จงหางานที่เกิดขึ้น
คำตอบ: ใช้สูตร
W = F × s × cos(θ)
= 20 × 5 × cos(30°)
= 20 × 5 × 0.866 = 86.6 จูล
การเคลื่อนที่ของวัตถุที่หมุนรอบจุดศูนย์กลาง โดยใช้โมเมนต์ความเฉื่อยและแรงบิดเป็นหลัก
แรงบิด (τ) = โมเมนต์ความเฉื่อย (I) × ความเร่งเชิงมุม (α)
วัตถุมีโมเมนต์ความเฉื่อย 2 kg·m² และมีแรงบิด 6 N·m จงหาความเร่งเชิงมุม
คำตอบ: ใช้สูตร
τ = I × α → α = τ ÷ I
α = 6 ÷ 2 = 3 rad/s²
กลศาสตร์เป็นสาขาสำคัญของฟิสิกส์ที่ช่วยอธิบายปรากฏการณ์ในชีวิตประจำวัน เช่น การเคลื่อนที่ของรถยนต์ การหมุนของดาวเคราะห์ และการทำงานของเครื่องจักร
วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเริ่มต้น \( u = 5 \, \text{m/s} \) มีความเร่ง \( a = 2 \, \text{m/s}^2 \) เป็นเวลา \( t = 4 \, \text{s} \) จงหาว่าวัตถุเคลื่อนที่เป็นระยะทางเท่าใด
**สูตร:**
\[ s = u \cdot t + \frac{1}{2} \cdot a \cdot t^2 \]**วิธีทำ:**
\[ s = 5 \cdot 4 + \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 4^2 \] \[ s = 20 + \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 16 \] \[ s = 20 + 16 = 36 \, \text{m} \]**คำตอบ:** วัตถุเคลื่อนที่เป็นระยะทาง \( 36 \, \text{m} \)
วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเริ่มต้น \( u = 10 \, \text{m/s} \) มีความเร่ง \( a = 3 \, \text{m/s}^2 \) เป็นเวลา \( t = 6 \, \text{s} \) จงหาความเร็วสุดท้ายของวัตถุ
**สูตร:**
\[ v = u + a \cdot t \]**วิธีทำ:**
\[ v = 10 + 3 \cdot 6 \] \[ v = 10 + 18 = 28 \, \text{m/s} \]**คำตอบ:** ความเร็วสุดท้าย \( 28 \, \text{m/s} \)
วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเริ่มต้น \( u = 8 \, \text{m/s} \) มีความเร็วสุดท้าย \( v = 20 \, \text{m/s} \) และความเร่ง \( a = 3 \, \text{m/s}^2 \) จงหาว่าวัตถุเคลื่อนที่เป็นระยะทางเท่าใด
**สูตร:**
\[ v^2 = u^2 + 2 \cdot a \cdot s \]**วิธีทำ:**
\[ 20^2 = 8^2 + 2 \cdot 3 \cdot s \] \[ 400 = 64 + 6 \cdot s \] \[ 6 \cdot s = 336 \] \[ s = \frac{336}{6} = 56 \, \text{m} \]**คำตอบ:** วัตถุเคลื่อนที่เป็นระยะทาง \( 56 \, \text{m} \)
วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว \( v_1 = 15 \, \text{m/s} \) ในครึ่งแรกของการเดินทาง และความเร็ว \( v_2 = 25 \, \text{m/s} \) ในครึ่งหลัง ระยะเวลารวมคือ \( t = 10 \, \text{s} \) จงหาว่าวัตถุเคลื่อนที่เป็นระยะทางเท่าใด
**สูตร:**
\[ v_{\text{avg}} = \frac{v_1 + v_2}{2} \] \[ s = v_{\text{avg}} \cdot t \]**วิธีทำ:**
\[ v_{\text{avg}} = \frac{15 + 25}{2} = 20 \, \text{m/s} \] \[ s = 20 \cdot 10 = 200 \, \text{m} \]**คำตอบ:** ระยะทางรวม \( 200 \, \text{m} \)
ลูกบอลถูกปล่อยจากความสูง \( h = 45 \, \text{m} \) โดยไม่มีความเร็วเริ่มต้น จงหาว่าลูกบอลใช้เวลากี่วินาทีถึงพื้น (กำหนด \( g = 9.8 \, \text{m/s}^2 \))
**สูตร:**
\[ h = \frac{1}{2} \cdot g \cdot t^2 \]**วิธีทำ:**
\[ 45 = \frac{1}{2} \cdot 9.8 \cdot t^2 \] \[ 45 = 4.9 \cdot t^2 \] \[ t^2 = \frac{45}{4.9} \approx 9.18 \] \[ t \approx \sqrt{9.18} \approx 3.03 \, \text{s} \]**คำตอบ:** ลูกบอลใช้เวลา \( \approx 3.03 \, \text{s} \)
ลูกบอลถูกขว้างด้วยความเร็วเริ่มต้น \( u = 20 \, \text{m/s} \) ในมุม \( \theta = 30^\circ \) จงหาว่าลูกบอลเคลื่อนที่ได้ไกลที่สุด (ระยะทางแนวราบ)
**สูตร:**
\[ R = \frac{u^2 \cdot \sin(2\theta)}{g} \]**วิธีทำ:**
\[ R = \frac{20^2 \cdot \sin(60^\circ)}{9.8} \] \[ R = \frac{400 \cdot 0.866}{9.8} \approx \frac{346.4}{9.8} \approx 35.34 \, \text{m} \]**คำตอบ:** ลูกบอลเคลื่อนที่ได้ไกลที่สุด \( \approx 35.34 \, \text{m} \)
รถคันหนึ่งเปลี่ยนความเร็วจาก \( 10 \, \text{m/s} \) เป็น \( 30 \, \text{m/s} \) ภายใน \( 5 \, \text{s} \) จงหาความเร่งของรถ
**สูตร:**
\[ a = \frac{v - u}{t} \]**วิธีทำ:**
\[ a = \frac{30 - 10}{5} = \frac{20}{5} = 4 \, \text{m/s}^2 \]**คำตอบ:** ความเร่ง \( 4 \, \text{m/s}^2 \)
วัตถุมีมวล \( m = 10 \, \text{kg} \) และเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง \( a = 3 \, \text{m/s}^2 \) จงหาแรงที่กระทำต่อวัตถุ
**สูตร:**
\[ F = m \cdot a \]**วิธีทำ:**
\[ F = 10 \cdot 3 = 30 \, \text{N} \]**คำตอบ:** แรงที่กระทำต่อวัตถุ \( 30 \, \text{N} \)
วัตถุมีมวล \( m = 5 \, \text{kg} \) เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว \( v = 10 \, \text{m/s} \) จงหาพลังงานจลน์ของวัตถุ
**สูตร:**
\[ KE = \frac{1}{2} \cdot m \cdot v^2 \]**วิธีทำ:**
\[ KE = \frac{1}{2} \cdot 5 \cdot 10^2 \] \[ KE = \frac{1}{2} \cdot 5 \cdot 100 = 250 \, \text{J} \]**คำตอบ:** พลังงานจลน์ \( 250 \, \text{J} \)
วัตถุมีมวล \( m = 50 \, \text{kg} \) ถูกดึงดูดโดยแรงโน้มถ่วงของโลก \( g = 9.8 \, \text{m/s}^2 \) จงหาแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุ
**สูตร:**
\[ F = m \cdot g \]**วิธีทำ:**
\[ F = 50 \cdot 9.8 = 490 \, \text{N} \]**คำตอบ:** แรงโน้มถ่วง \( 490 \, \text{N} \)