แรงที่เกี่ยวข้องกับวิชากลศาสตร์

1.แรงโน้มถ่วงของโลก (Gravitational force : ) คือแรงที่โลกกระทำต่อมวลของวัตถุ ทำให้ วัตถุมีน้ำหนัก โดยที่ หรือ
2.แรงตึงในเส้นเชือก (Tension force ) คือแรงที่เกิดขึ้นในเส้นเชือกที่ถูกขึงตึง โดยที่ ในเส้นเชือกเดียวกันย่อมมีแรงตึงเท่ากันทุกจุด และทิศทางของแรงตึง มีทิศทางอยู่ในแนวของเส้นเชือก
3.แรงต้านของอากาศ (Air resistance force) คือแรงที่อากาศต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุแรงต้านของอากาศจะมีขนาดแปรโดยตรงกับอัตราเร็วของวัตถุยกกำลังต่าง ๆ และมีทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ
4.แรงหนืด (Viscosity force) คือแรงที่ ของเหลวต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ สำหรับวัตถุทรงกลม รัศมี r เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว v ในของเหลวหรือก๊าซ ที่มีความหนืด
5.แรงเสียดทาน (Friction force ) คือแรงที่ต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ เกิดขึ้น ระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ กับพื้นผิวใด ๆ มี 2 ประเภทคือ
•แรงเสียดทานสถิต (Static friction : ) เกิดขึ้นในวัตถุที่หยุดนิ่ง ในขณะที่วัตถุเริ่มเคลื่อนที่ แรงเสียดทานสถิต จะมีค่าสูงสุดเรียกว่า starting friction or limiting friction
•แรงเสียดทานจลน์ (Kinetic friction : ) เกิดขึ้นในวัตถุที่มีการเคลื่อนที่ แบ่งได้เป็น 2 แบบ คือ
•sliding friction เกิดจากการไถลของวัตถุชนิดหนึ่งบนวัตถุอีกชนิดหนึ่ง
•rolling friction เกิดจากการกลิ้งไปของวัตถุชนิดหนึ่งบนวัตถุอีกชนิดหนึ่ง

กฎของนิวตันข้อที่3

ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 และ 2 ของนิวตันเป็นการอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อน ที่ของวัตถุ เมื่อแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ นอกจากนี้นิวตันยังพบว่าในขณะที่มีแรงกระทำต่อวัตถุ วัตถุจะออกแรงโต้ตอบต่อแรงที่มากระทำนั้นโดยทันทีทันใด เช่น ถ้าเรายืนบนสเก็ตบอร์ดหันหน้าเข้าหาผนังแล้วออกแรงผลักฝาผนัง เราจะเคลื่อนที่ออกจากฝาผนัง การที่เราสามารถเคลื่อนที่ได้แสดงว่าจะต้องมีแรงจากฝาผนังกระทำต่อเรา ถ้าเราผลักฝาผนังด้วยขนาดแรงมากขึ้น แรงที่ฝาผนังกระทำกับเราก็มากขึ้นตามไปด้วย โดยเราจะเคลื่อนที่ออกห่างจากผนังเร็วขึ้น หรือเมื่อเราออกแรงดึงเครื่องชั่งสปริง เราจะมีความรู้สึกว่าเครื่องชั่งสปริงก็ดึงมือเราด้วย และถ้าเราดึงเครื่องชั่งสปริงด้วยแรงมากเท่าใด เครื่องชั่งสปริงก็จะดึงเรากลับด้วยแรงที่มีขนาดเท่ากับแรงที่เราดึงแต่มี ทิศตรงกันข้าม
จากตัวอย่างและลักษณะการเกิดแรงกระทำระหว่างวัตถุที่กล่าวไว้ด้านบน ทำให้สามารถสรุปได้ว่า เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุหนึ่ง วัตถุนั้นจะออกแรงโต้ตอบในทิศตรงกันข้ามกับแรงที่มากระทำ แรงทั้งสองนี้เกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ เราเรียกแรงที่มากระทำต่อวัตถุว่า “แรงกิริยา” (Action Force) และเรียกแรงที่วัตถุโต้ตอบต่อแรงที่มากระทำว่า “แรงปฏิกิริยา” (Reaction Force) และแรงทั้งสองนี้รวมเรียกว่า “แรงคู่กิริยา - ปฏิกิริยา” (Action – Reaction Pair)
จากการศึกษาพบว่า แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยามีขนาดเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงกันข้ามเสมอ นิวตันได้สรุปความสัมพันธ์ระหว่างแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาไว้เป็นกฎการ เคลื่อนที่ข้อที่ 3 ของนิวตัน ซึ่งมีใจความว่า “ทุกแรงกิริยาจะต้องมีแรงปฏิกิริยาที่มีขนาดเท่ากันและทิศตรงข้ามกันเสมอ” ตามความสัมพันธ์ต่อไปนี้



จากรูปสามารถสรุปได้ว่า
1. แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาจะเกิดพร้อมกันเสมอ
2. แรงคู่กิริยา – ปฏิกิริยาเป็นแรงที่กระทำต่อวัตถุคนละวัตถุกัน ดังนั้นแรงคู่นี้จึงรวมกันไม่ได้
3. แรงคู่กิริยา - ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้ทั้งกรณีที่วัตถุสัมผัสกันหรือไม่สัมผัสกันก็ได้

กฎของนิวตันข้อที่2

จากการศึกษาพบว่าวัตถุเมื่อถูกแรงภายนอกที่มีค่าไม่เป็นศูนย์มากระทำ และแรงภายนอกนั้นมีค่ามากพอ จะทำให้วัตถุเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่จากเดิม เช่น ถ้าเดิมวัตถุหยุดนิ่งเมื่อถูกแรงภายนอกกระทำจะส่งผลให้วัตถุเคลื่อนที่ หรือเดิมถ้าวัตถุเคลื่อนที่อยู่แล้วเมื่อถูกแรงภายนอกกระทำก็จะส่งผลให้ วัตถุเคลื่อนที่เร็วขึ้น หรือช้าลง หรือหยุดนิ่งก็ได้ ซึ่งการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่เดิมของวัตถุจะมากหรือน้อยจึงขึ้นกับปริมาณ ของแรงภายนอกที่มากระทำต่อวัตถุและมวลของวัตถุ



นิวตันได้ให้ความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุไว้ว่า “ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมีค่าไม่เป็นศูนย์ วัตถุจะเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่” นั่นคือ ความเร็วของวัตถุอาจจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงหรืออาจเปลี่ยนแปลงทิศทางการเคลื่อนที่ เรียกว่า “วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง”
จากรูปจะเห็นว่าแรงรวมทางด้านขวามือมีค่ามากกว่าแรงรวมทางด้านซ้ายมือจึง ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ไปทางขวามือด้วยความเร่งค่าหนึ่ง โดยความเร่งนี้จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับขนาดของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อ วัตถุและมวลของวัตถุ
จากความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวล และความเร่งข้างต้น สามารถสรุปเป็น "กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 2 ของนิวตัน" ได้ว่า " เมื่อมีแรงลัพธ์ที่มีขนาดไม่เป็นศูนย์มากระทำกับวัตถุ จะทำให้วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่งในทิศทางเดียวกับแรงลัพธ์ที่มากระทำ และขนาดของความเร่งจะแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์ และแปรผกผันกับมวลของวัตถุ" โดยมีความสัมพันธ์ตามสมการ

กฎของนิวตันข้อที่1

ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 ของนิวตันได้ให้ความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับการเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ ของวัตถุไว้ว่า ถ้ามีวัตถุวางนิ่งอยู่บนพื้นราบแล้วไม่มีแรงภายนอกอื่นมากระทำต่อวัตถุ วัตถุจะยังคงหยุดนิ่งเช่นนั้นต่อไป หรือถ้าให้แรงสองแรงมากระทำต่อวัตถุโดยแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันและมีทิศทาง ตรงกันข้าม ซึ่งเป็นผลให้แรงลัพธ์เป็นศูนย์ จะพบว่าวัตถุจะยังคงสภาพหยุดนิ่งเช่นเดิม จึงสามารถสรุปได้ว่า “ถ้าไม่มีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ หรือแรงลัพธ์ที่มากระทำมีค่าเป็นศูนย์ วัตถุจะไม่เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่” เช่น ถ้าวัตถุหยุดนิ่งก็จะหยุดนิ่งต่อไป ถ้ากำลังเคลื่อนที่ก็จะเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วคงตัว (a = 0) โดยมีความสัมพันธ์ตามสมการ



กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 ของนิวตันนี้ เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า “กฎความเฉื่อย” (Inertia Law) หมายความว่า วัตถุจะพยายามรักษาสภาพเดิมของมันเอาไว้ เช่น หยุดนิ่งก็จะพยายามรักษาการนิ่งเอาไว้ ถ้าเดิมเคลื่อนที่อยู่ด้วยความเร็วคงตัวเท่าใดก็จะพยายามรักษาสภาพการ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวนั้นไว้ แต่การที่วัตถุจะรักษาสภาพเดิมของมันไว้ได้ดีมากน้อยเพียงใด ก็ขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุนั้น โดยวัตถุที่มีมวลมากจะรักษาสภาพการเคลื่อนที่ได้มากกว่าวัตถุที่มีมวลน้อย นั่นคือ วัตถุที่มีมวลมากจะทำให้หยุดได้ง่ายกว่าวัตถุที่มีมวลน้อย

วงจรตัวเก็บประจุ

กระแสไฟฟ้า IC มีเฟสนำหน้าความต่างศักย์ VC
อยู่ เรเดียน
IC = กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวเก็บประจุ
C = ค่าความจุของตัวเก็บประจุ (ฟารัด)
VC = ค่าความต่างศักย์ระหว่างปลายตัวเก็บประจุ (V)
XC = ความต้านทานเชิงความจุ

วงจรตัวต้านทาน

กระแส IR จะมีเฟสตรงกับ VR
IR = กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทาน (A)
R = ค่าความต้านทาน
VR = ค่าความต่างศักย์ระหว่างปลายตัวต้านทาน
Vm = ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงสุด

วงจรความเหนี่ยวนำ

กระแส IL จะมีเฟสตามหลังความต่างศักย์ VL
อยู่ เรเดียน
IL = ค่ากระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวเหนี่ยวนำ
L = ค่าความเหนี่ยวนำ (เฮนรี่)
VL = ค่าความต่างศักย์ระหว่างปลายตัวเหนี่ยวนำ (V)
XL = ค่าความต้านทานเชิงเหนี่ยวนำ

ชนิดการต่อวงจร RLC

1. ต่อแบบขนาน

Iรวม = IR + IC + IL
Vรวม = VR = VC = VL
2. ต่อแบบอนุกรม



Iรวม = IR = IC = IL
Vรวม = VR + VC + VL
Iรวม = ค่ามิเตอร์ของกระแสไฟฟ้ารวม (A)
Vรวม = ค่ามิเตอร์ของความต่างศักย์รวม (V)

ประเภทของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้กำลังไฟฟ้ากระแสสลับ

Linear load ตัวอย่างเช่น หลอดไส้ (Incandescent lamp)

Non-linear load ตัวอย่างเช่น หลอดฟลูออเรสเซนต์, อิเล็กทรอนิกส์บัลลาสต์, คอมพิวเตอร์, จอคอมพิวเตอร์ และโทรทัศน์ เป็นต้น

อุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละประเภทจะมีลักษณะของการใช้กระแสไฟฟ้าที่แตกต่างกัน
ภาพต่อไปนี้แสดงคุณสมบัติของการใช้กระแสไฟฟ้าของ Linear load และ Non-linear load

ลักษณะการใช้กระแสไฟฟ้าของหลอดไส้ ลักษณะการใช้กระแสไฟฟ้าของชุดคอมพิวเตอร์
(Incandescent lamp) Power factor = 1 Power factor = 0.52
วัตต์ และวีเอ คืออะไร

วัตต์ (Watt) คือ หน่วยของกำลังไฟฟ้ากระแสสลับ

วีเอ (VA)คือ หน่วยของกำลังไฟฟ้ากระแสสลับสำหรับ Non-linear load

ความสัมพันธ์ระหว่างค่ากำลังไฟฟ้ากระแสสลับหน่วยเป็นวัตต์และวีเอ

Power factor คือ ตัวเลขที่บ่งบอกถึงความเบี่ยงเบนระหว่างกระแสไฟฟ้าและแรงดันของอุปกรณ์ไฟฟ้า มีค่าระหว่าง 0 ถึง 1
Power factor ของ Linear load = 1
Power factor ของ Non-linear load < 1

ความต่างศักย์กระแสสลับ

Vm = ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงสุด (V)

= อัตราเร็วเชิงมุม (rad/s)

t = เวลาขณะใดขณะหนึ่ง (s)

f = ความถี่ (Hz)

T = คาบ (s)

Im = ค่ากระแสไฟฟ้าสูงสุด (A)

I = ค่ายังผลหรือค่ามิเตอร์ของกระแส

ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวด

ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวด จะเปลี่ยนแปลงไปตามการหมุนซึ่งตรวจดูความสัมพันธ์ ระหว่างมุมที่ขด ลวดกับขนาดทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้น จะได้ผลดังรูป

เมื่อขดลวดอยู่ในตำแหน่ง (a)กำหนดให้เป็นมุม 0 องศาและกำหนดให้ขดลวดหมุนไปตามทิศทางของลูกศรในรูปเมื่อขดลวดอยู่ 0องศาขดลวดไม่ได้ติดฟลักซ์แม่เหล็กแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเป็น0 เมื่อขดลวดหมุนไปอยู่ที่ 30 องศา และ 60 องศาแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะมีค่าสูงขึ้นและมีกระแสไหลจาก A ไป B ถ้ากำหนดให้ทิศดังกล่าวเป็นบวกทิศของแรงเคลื่อนไฟฟ้าซึ่งเป็นบวกด้วยเมื่อขดลวดมาอยู่ตำแหน่งที่ (b) คือ 90 องศา ขดลวด A จะอยู่ใต้แม่เหล็ก S พอดีแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะมีค่าสูงสุดเมื่อขดลวดหมุนไปที่ 120 องศา และ 150 องศาแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะมีค่าลดลงและจะเป็น 0 เมื่อขดลวดอยู่ในตำแหน่ง (c ) คือที่ 180 องศา เมื่อเลย 180องศาไปจะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าขึ้นอีกแต่มีทิศทางกลับกันกระแสจะไหลจาก B ไป A เมื่อขดลวดหมุนไปเรื่อยๆก็จะได้ขนาดและทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหมือนรูปข้างต้น

ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีรูปคลื่นของกระแสไฟฟ้า

1 รูปคลื่น เราเรียกว่า ไฟฟ้ากระแสสลับ 1 เฟส (Single phase)และถ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำเนิดไฟฟ้าออกมาพร้อมกัน

2 รูปคลื่น เราก็เรียกว่า ไฟฟ้ากระแสสลับ 2 เฟส และถ้ามี

3 รูปคลื่น เราก็เรียกว่า ไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส

หลักการพื้นฐานแล้วกระแสไฟฟ้าสลับนี้เกิด จากการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กตัดกับขดลวด โดยการ นำเอาขดลวดไปวางไว้ระหว่างสนามแม่เหล็กและหมุนขดลวดนั้นแล้วใช้เทคนิคในการต่อขั้วทั้งสองของขดลวดออก มาเราก็สามารถบังคับให้กระแสไฟฟ้าสลับออกมาใช้งานได้

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating current)

ไฟฟ้ากระแสสลับหมายถึงกระแสไฟฟ้าที่มีการสลับสับเปลี่ยนขั้วอยู่ตลอดเวลาอย่างสม่ำเสมอ ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าก็จะเปลี่ยนสลับไปมาจากบวก-ลบและจากลบ-บวก อยู่ตลอดเวลา ซึ่ง ไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้าที่ใช้กันตามบ้านเรือนและโรงงานอุตสาหกรรมทั่วไป เมื่อเรานำไฟฟ้ากระแสสลับมาเขียนเป็นกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้ากับ มุมที่เปลี่ยนไปเมื่อเวลาผ่านไปในขณะที่เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าจะได้ความ สัมพันธ์ของกราฟเป็นเส้นโค้งสลับขึ้นลงไปมาซึ่งหมายถึงเมื่อเวลาผ่านไปแรง ดันไฟฟ้าจะสลับการไหลตลอดเวลา การไหลของกระแสสลับกลับไปกลับมาครบ1รอบ เรียกว่า 1 ไซเคิล (cycle) หรือ 1 รูปคลื่นและจำนวนรูปคลื่นทั้งหมดในเวลาที่ผ่านไป 1 วินาที เรียกว่า ความถี่(frequency) ซึ่งความถี่ไฟฟ้ามีหน่วยวัดเป็นรอบต่อวินาทีหรือรูปคลื่นต่อวินาทีหรือไซเคิลต่อวินาทีมีหน่วยย่อเป็น"เฮิรตซ์"(Hertz)สำหรับความถี่ไฟฟ้าในประเทศไทยเท่ากับ 50 เฮิรตซ์