⚖️

การทดลองที่ 15 — กฎข้อที่ 2 ของนิวตัน

Newton's Second Law: F = ma · ความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวล และความเร่ง

KP Science simulation
โหมดบันทึก:
การทดลอง:
แรง F
0.049 N
มวลรวม M
1405 g
ระยะ s
50.0 cm
ความเร่ง (ทฤษฎี)
3.49 cm/s²

🎛️ ตัวแปรการทดลอง

m มวลถ่วง g
M มวลรถ+ภาชนะ g
s ระยะทาง cm
⏩ ความเร็วเล่น ×
💡 เริ่มจากค่าตั้งต้นในเอกสาร: m = 5 g, M = 1400 g

⏱️ นาฬิกาจับเวลา (โหมดบันทึกเอง)

0.00 s
กด เริ่มจับเวลา → รถจะถูกปล่อยพร้อมกัน → เฝ้าดูและกด หยุดจับเวลา เมื่อรถผ่านเส้น FINISH แล้วกด 📝 บันทึกผลลงตาราง

📋 วิธีการทดลอง

  1. วางรถพลศาสตร์บนโต๊ะแนวระดับ ผูกเชือกผ่านรอกไปยังภาชนะแขวน
  2. ปรับค่า มวลถ่วง m เริ่มต้นที่ 5 g (ให้เกิดแรง ≈ 0.05 N) และตั้ง M = 1400 g, s = 50 cm
  3. โหมดบันทึกเอง: กด ▶ เริ่มจับเวลา นาฬิกาจะเริ่มเดินและรถจะถูกปล่อยพร้อมกัน
  4. เฝ้าดูรถ — เมื่อรถเคลื่อนผ่านเส้น FINISH ให้กด ⏸ หยุดจับเวลา ทันที (ฝึกทักษะการวัดเวลา)
  5. กด 📝 บันทึกผลลงตาราง เพื่อบันทึกค่า — โปรแกรมจะคำนวณ a = 2s/t² ให้
  6. กด ↺ รีเซ็ตการทดลอง แล้วเปลี่ยนค่ามวลถ่วง (เพิ่มทีละ 5 g) ทำซ้ำหลาย ๆ ครั้ง
  7. สังเกตกราฟ a vs F ที่ได้ — ควรเป็นเส้นตรงผ่านจุดกำเนิด (a ∝ F)

📊 ตารางข้อมูล การทดลองที่ 1 · F แปรผัน · M = 1400 g

#F (N)t (s)a = 2s/t² (cm/s²)
ยังไม่มีข้อมูล — กดปุ่ม "บันทึกผลลงตาราง"

📈 กราฟ acceleration vs force

1. ใจความหลักของกฎข้อที่ 2 ของนิวตัน

เมื่อมีแรงลัพธ์ F กระทำต่อวัตถุที่มีมวล m วัตถุจะเกิดความเร่ง a ในทิศทางเดียวกับแรงลัพธ์ โดยขนาดของความเร่งแปรผันตรงกับขนาดของแรง และแปรผกผันกับมวล

F = m · aหน่วย SI: F (N) = m (kg) × a (m/s²)
เมื่อ m คงที่ : a เพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตาม F
เมื่อ F คงที่ : a ลดลงแบบไฮเปอร์โบลาตามมวล (a ∝ 1/m)

2. ระบบรถพลศาสตร์ + รอก + มวลแขวน

ในการทดลองนี้ มวลแขวน mh ถูกแรงโน้มถ่วงดึงลง สร้างแรงตึงเชือกที่ดึงรถพลศาสตร์ (มวล M) ให้เคลื่อนที่ ทั้งสองวัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร่ง a เท่ากันเพราะถูกผูกด้วยเชือก

แผนภาพอิสระ (Free-body diagram)

การวิเคราะห์

สำหรับมวลแขวน: mhg − T = mh·a

สำหรับรถ (ผิวลื่น): T = M·a

รวมสมการ:

a = mh·g / (M + mh)g = 9.8 m/s² · มวลรวมของระบบ = M + mh

แรงที่กระทำต่อระบบคือน้ำหนักของมวลแขวน F = mh·g เช่น 5 g → 0.049 N

หมายเหตุ: ในขั้นตอนที่ 2 ของแลบ ให้ใส่กรวดในภาชนะแขวนพอดีจน "รถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่" — เพื่อหักล้างแรงเสียดทานของล้อรถ ทำให้ระบบเสมือนไร้แรงเสียดทาน

3. การหาความเร่งจากเวลาและระยะ

เมื่อรถเริ่มจากหยุดนิ่ง (u = 0) และเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่ a เป็นระยะทาง s ในเวลา t สมการการเคลื่อนที่:

s = ½ · a · t² → a = 2s / t²เช่น s = 50 cm, t = 5.4 s → a = 2(50)/(5.4)² ≈ 3.43 cm/s²
ระยะทาง s เป็นพาราโบลาของเวลา t
ความเร็ว v เพิ่มเป็นเส้นตรงตามเวลา (v = at)

4. ผลการทดลองที่คาดหวัง

  • การทดลองที่ 1 (F แปรผัน · M คงที่): กราฟ a–F ควรเป็นเส้นตรงผ่านจุดกำเนิด ความชันของกราฟ = 1/M
  • การทดลองที่ 2 (M แปรผัน · F คงที่): กราฟ a–M เป็นเส้นโค้งไฮเปอร์โบลา เพราะ a ∝ 1/M; ถ้าเขียน a–(1/M) จะได้เส้นตรง ความชัน = F
เปรียบเทียบกับแลบจริง: ในเอกสาร การทดลองอาจให้กราฟที่ไม่ใช่เส้นตรงเพราะ (1) แรงเสียดทานของล้อเพิ่มขึ้นเมื่อมวลเพิ่ม (2) ความเร่งเชิงมุมของล้อ (3) ความคลาดเคลื่อนของการจับเวลาด้วยนาฬิกาจับมือ

5. สรุปสูตรที่ใช้

Fapp = mh · g
atheory = Fapp / (M + mh)
t = √(2s / a)
aexp = 2s / t²

🔑 KP Science — สมาชิก

หรือ
ยังไม่มีบัญชี?
หรือสมัครด้วยอีเมล
มีบัญชีแล้ว?