แรงและการเคลื่อนที่
 
- แรง
- มวล
- น้ำหนัก
- แรงเสียดทาน
- โมเมนต์ของแรง
- ภาวะสมดุลของคาน
- การเคลื่อนที่แบบต่างๆ
      - การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์
      - การเคลื่อนที่แบบวงกลม
      - การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย
 
แรง (Force)
      แรง คือ สิ่งที่สามารถ ทำให้วัตถุเปลี่ยนสภาพ การเคลื่อนที่ แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ มีหน่วยเป็นนิวตัน (N)
      ปริมาณทางฟิสิกส์ แบ่งออกได้ 2 ประเภท คือ
1. ปริมาณเวกเตอร์ (Vector quantity)
2. ปริมาณสเกลาร์ (Scalar quantity)
ปริมาณเวกเตอร์ (Vector quantity)
      เป็นปริมาณที่บอกทั้งขนาดและทิศทาง เช่น แรง น้ำหนัก ความเร็ว ความเน่ง การกระจัด โมเมนตัม โมเมนต์ สัญลักษณ์ใช้อักษรตัวใหญ่ และมีขีดลูกศรเล็กด้านบน เช่น เป็นสัญลักษณ์แทนเวกเตอร์ A
จะเห็นว่า และมีขนาดและทิศทางเท่ากันเรียน เวกเตอร์เท่า มีขนาดเท่ากับและ แต่ทิศทาง ตรงข้าม ดังนั้น และ=

ปริมาณสเกลาร์ (Scalar quantity)
      เป็นปริมาณที่บอกขนาดเพียงอย่างเดียว เช่น มวล พื้นที่ ปริมาตร ความหนาแน่น ความถ่วงจำเพาะ อุณหภูมิ ระยะทาง เวลา อัตราเร็ว งาน พลังงาน กำลัง เป็นต้น
คลิกที่นี่เพื่อเล่นเกมส์
แรงเกิดขึ้นจากสิ่งที่ไปกระทำต่อวัตถุ

ชนิดของแรง
1. แรงดึง
2. แรงอัด หรือแรงกด
3. แรงบิด
4. แรงเฉือน
5. แรงเสียดทาน
6. แรงปริง
7. แรงจากธรรมชาติ
      - แรงโน้มถ่วงของโลก
      - แรงแม่เหล็ก
      - แรงไฟฟ้า
      - แรงนิวเคลียร์
แรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ
แรงมีทิศทางเดียวกัน
แรงมีทิศตรงกันข้าม

      แรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ คือผลรวมของแรงหลายแรง ที่มากระทำต่อวัตถุในระนาบเดียวกัน เปรียบเสมือนมีแรง เพียงแรงเดียวที่มากระทำกับวัตถุ
 
มวล

น้ำหนัก
แรงเสียดทาน (Friction)
       คือแรงที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุสองชิ้นเป็น
แรงที่พยายามต้านมิให้ผิวสัมผัสทั้งสองขยับเคลื่อนที่จากกัน แรงเสียดทานมีทิศทางสวน กับการเคลื่อนที่ที่ผิวสัมผัส แรงเสียดทานมี 2 ชนิด
1. แรงเสียดทานสถิต( ) คือ แรงที่เกิดขึ้นขณะวัตถุอยู่นิ่ง
2. แรงเสียดทานจลน์ ( ) แรงที่เกิดขึ้นขณะวัตถุเคลื่อนที่
แรงเสียดทานสถิต (Force of Static friction = )
      - กรณีไม่มีแรงมากระทำในแนวราบ
m เป็นมวลของวัตถุ ในกรณีนี้ แรงเสียดทานสถิต = 0

      - กรณีมีแรงกระทำในแนวราบ
แรงทิศทางซ้าย = แรงทิศทางขวา
** เมื่อวัตถุถูกฉุดด้วยแรง P แรงเสียดทานสถิตขณะวัตถุ เริ่มจะเคลื่อนที่มีค่าสูงสุด ( สูงสุด = P )
แรงเสียดทานจลน์ (Force of Kinetic friction = )
แรงเสียดทานขณะวัตถุกำลังเลื่อนไป
      อัตราส่วนระหว่างแรงที่ดึงวัตถุให้เคลื่อนที่ กับแรงกดบนผิวสัมผัส เรียกว่า สัมประสิทธิ์ของความเสียดทานของผิวสัมผัส (Coefficient of Friction = )

สัมประสิทธิ์ของความเสียดทาน มี 2 ชนิด คือ
สัมประสิทธิ์ของความเสียดทานสถิต
สัมประสิทธิ์ของความเสียดทานจลน์
คุณสมบัติของแรงเสียดทาน
1. แรงเสียดทานจะต้านทานการเคลื่อนที่ของวัตถุ และมีทิศ ตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุเสมอ
2. แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับชนิดของผิวสัมผัส (ผิวขรุขระ มีแรงเสียดทานมากกว่า ผิวลื่น)
3. แรงเสียดทานขณะเริ่มต้น > แรงเสียดทานขณะเคลื่อนที่
4. แรงเสียดทานไม่ขึ้นอยู่กับขนาดหรือพื้นที่สัมผัส
5. แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับน้ำหนักของวัตถุที่กดพื้น หรือแรงตอบโต้จากพื้น
ข้อดีและข้อเสียของแรงเสียดทาน
ข้อดี
      แรงเสียดทานมีประโยชน์ต่อการเคลื่อนที่ เช่น ถ้าเดินใน บริเวณที่มีพื้นผิวเรียบและ ลื่นจะเดินยากกว่าเดินบน พื้นผิว ที่ขรุขระ และอาจทำให้หกล้มได้ง่าย เนื่องจากมีแรงเสียดทาน น้อย ดังนั้นการสวมรองเท้า ที่มีพื้นรองเท้าที่ทำให้เกิด แรงเสียดทานกับพื้น เช่น พื้นยางจะเกิดความปลอดภัย
ข้อเสีย
      กรณีที่ต้องการให้วัตถุเคลื่อนที่เร็ว ถ้ามีแรงเสียดทาน เป็นตัวทำให้วัตถุ เคลื่อนที่ช้าต้องใช้แรงมากขึ้น เพื่อเอาชนะ แรงเสียดทานทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมาก เช่น ถ้าล้อรถยนต์ กับพื้นถนนมีแรงเสียดทานมาก รถยนต์จะแล่นช้า ต้องใช้ น้ำมันเชื้อเพลิงมากขึ้นเพื่อให้รถยนต์ มีพลังงานมากพอ ที่จะเอาชนะแรงเสียดทาน

การลดแรงเสียดทาน
• เลือกใช้ผิวสัมผัสเรียบหรือขรุขระน้อน
• การชโลมน้ำมัน น้ำมันบางชนิด เช่น
• การใช้แบริ่ง (ตลับลูกปืน)
• การใช้วัสดุลดความฝืน ได้แก่ ตะกั่วผสมทองแดง 
• ใช้บุช ซึ่งเป็นโลหะทรงกระบอก กลวงทั้งสอง ผิวเรียบลื่นช่วยลดแรงเสียดทาน และการคลอนตัว ของแกนหมุน
การเพิ่มแรงเสียดทาน
1 . เพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัส โดยออกแบบล้อรถยนต์ ให้มีหน้ากว้างพอเหมาะจะทำให้เกาะถนนได้ดี
2 . ลดความลื่นของผิวสัมผัส โดยทำให้บริเวณผิวสัมผัส มีความฝืดขึ้น เช่น เพิ่มดอกยางของรถยนต์
โมเมนต์ของแรง
      โมเมนต์ของแรง (Moment of Force) หมายถึง ผลของแรงที่กระทำต่อวัตถุ เพื่อให้วัตถุหมุนไปรอบจุดหมุน ดังนั้น ค่าโมเมนต์ของแรง คือ
โมเมนต์   
 =  แรง x ระยะตั้งฉากแนวแรงถึงจุดหมุน
P   
 =  mv
P โมเมนตัมของวัตถุ หน่วยเป็น (kg)(m/s)
m มวลของวัตถุ หน่วยเป็น กิโลกรัม (kg)
v ความเร็วของวัตถุ หน่วยเป็น เมตร/วินาที (m/s)
ชนิดของโมเมนต์ มี 2 ชนิด คือ
1. โมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา
 
2. โมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา
 

ภาวะสมดุลของคาน
คาน ( Lever )
      เป็นเครื่องกลชนิดหนึ่งมีลักษณะ เป็นแท่งยาวสม่ำเสมอ วางอยู่บนจุดหมุน
ภาวะสมดุลของคาน
      ที่สภาวะที่คานอยู่ในแนวสมดุล หรือขนานกับพื้นนั้น เราเรียกว่า ภาวะคานสมดุล และเมื่อคานอยู่ในสภาวะสมดุล ผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา จะเท่ากับ ผลรวมของ โมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา เมื่อคานสมดุล ผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา = ผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา
ส่วนประกอบของคาน
1 . จุดหมุน ( F ) ( Fulcrum ) หมายถึง ตำแหน่งบน เครื่องกลประเภทคาน ซึ่งคานจะหมุนได้รอบจุด
2 . น้ำหนัก ( W ) ( Weight ) หรือแรงความต้านทาน (Resistance ) หมายถึง น้ำหนัก   หรือแรงที่กระทำ กับคานใน แนวดิ่งซึ่งทำให้คานเคลื่อนที่ได้
3 . แรงความพยายาม ( E ) ( Effort ) หมายถึง แรงที่ให้แก่เครื่องกลเพื่อให้เครื่องกลทำงาน
4 . L1 คือระยะตั้งฉากจากน้ำหนักถึงจุดหมุน
5 . L2 คือระยะตั้งฉากจากแรงความพยายามถึงจุดหมุน คานมีลักษณะเป็นแท่งยาว ทำด้วยวัตถุที่แข็งแรง เช่น ไม้ โลหะ เครื่องมือและอุปกรณ์ ที่มีลักษณะการทำงาน แบบคานได้แก่ ไม้คาน ไม้กระดก ไม้พายเรือ เป็นต้น       ดังนั้นเครื่องกลที่ใช้หลักการของคาน มีหลายชนิด ซึ่งสามารถแบ่งประเภทของคานได้ 3 อันดับ ดังนี้

- คานอันดับหนึ่ง
      คือ คานที่มีจุดหมุนอยู่ระหว่างแรงความพยายาม กับแรงความต้านทาน การผ่อนแรงของ คานอันดับนี้ จะผ่อนแรงได้มากเมื่อจุดหมุนอยู่ใกล้ แรงความต้านทาน (W ) และอยู่ห่างจาก แรงความพยายาม (E)
- คานอันดับสอง
      คือคานที่มีแรงความต้านอยู่ระหว่าง แรงความ พยายามกับ จุดหมุน การผ่อนแรงคานอันดับนี้ จะผ่อนแรงได้มาก เพราะแรงความต้านทาน อยู่ระหว่างจุดหมุน และแรง ความพยายามดังนั้น แรงความต้านทาน ( W) จะอยู่ใกล้จุดหมุนมากกว่า แรงความพยายาม( E )

- คานอันดับสาม
       คือคานที่มีแรงความพยายามอยู่ระหว่าง แรงความ ต้านทาน กับจุดหมุน การผ่อนแรงของ คานอันดับนี้ ไม่ค่อยผ่อนแรง เพราะแรงความพยายาม( W ) อยู่ระหว่าง จุดหมุนและแรงความต้านทาน ดังนั้นแรงความพยายาม จะอยู่ใกล้จุดหมุน มากกว่าแรงความต้านทาน ( E )
การเคลื่อนที่แบบต่างๆ
การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์

      เป็นการเคลื่อนที่ผสมระหว่างในแนวราบ ซึ่งเคลื่อนที่ ด้วย ความเร็วคงที่ กับแนวดิ่งซึ่งเคลื่อนที่แบบอิสระโดยมี ความเร่ง g = 10 m/s 2

 
การเคลื่อนที่แบบวงกลม

      เป็นการเคลื่อนที่โดยมีแรงกระทำเข้าสู่ศูนย์กลางของ วงกลม และจะเกิดความเร่งเข้าสู่ศูนย์กลาง ความเร็ว จะมีค่าไม่คงที่ เพราะมีการเปลี่ยนทิศทาง การเคลื่อนที่ โดยความเร็ว ณ ตำแหน่งใดจะมีทิศสัมผัสกับวงกลม ณ ตำแหน่งนั้น

การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย

      เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุกลับไปมา ผ่านตำแหน่งสมดุล เช่น การ สั่นของวัตถุที่ผูกกับสปริง หรือการแกว่งของ ลูกตุ้มนาฬิกา เป็นต้น