สมดุลกล ฟิสิกส์ ม.4

หลายคนเจอคำว่า “สมดุลกล” แล้วงงว่าต้องจำอะไรบ้าง เราลองสรุปแบบที่ใช้ทำโจทย์จริงให้เลย (สไตล์ที่เราใช้ทบทวนก่อนสอบ) 1) สมดุลกลคืออะไร (แก่นจริง ๆ) สมดุลกล = วัตถุ “ไม่เร่ง” ทั้งการเคลื่อนที่และการหมุน ดังนั้นเงื่อนไขสำคัญมี 2 ข้อพร้อมกัน: - สมดุลต่อการเคลื่อนที่: ผลรวมของแรงทุกแรงเป็นศูนย์ ΣF = 0 - สมดุลต่อการหมุน: ผลรวมของโมเมนต์/แรงบิดเป็นศูนย์ Στ = 0 ข้อควรจำ: วัตถุ “อยู่นิ่ง” เป็นสมดุลกลได้ และวัตถุ “เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่” ก็เป็นสมดุลกลได้เหมือนกัน เพราะไม่มีความเร่ง 2) วิธีตั้งสมการ ΣF=0 ให้ไม่พลาด เวลาโจทย์ให้วัตถุอยู่นิ่ง/เคลื่อนที่ด้วย v คงที่ ให้แตกแรงเป็นแกน x-y ก่อน แล้วตั้ง - แกน x: ΣFx = 0 (ซ้าย = ขวา) - แกน y: ΣFy = 0 (ขึ้น = ลง) ทริก: เขียน Free-body diagram (FBD) ทุกครั้ง โดยเฉพาะโจทย์มีเชือก/พื้นเอียง เพราะแรงตึงเชือกกับแรงปฏิกิริยามักทำให้สับสน 3) โมเมนต์ของแรง (แรงบิด) ใช้ยังไง โมเมนต์ของแรง: M = Fd - F คือแรง - d คือ “ระยะตั้งฉาก” จากจุดหมุนถึงแนวแรง (สำคัญมาก: ต้องตั้งฉาก) ในการตั้งสมดุลต่อการหมุน มักเขียนเป็น Σ(โมเมนต์ทวนเข็ม) = Σ(โมเมนต์ตามเข็ม) หรือรวมเป็น Στ = 0 ก็ได้ ทริกเลือกจุดหมุน: เลือกจุดที่ทำให้มีแรงผ่านจุดนั้นเยอะ ๆ (ระยะ d = 0) จะช่วยตัดตัวแปรออก ทำโจทย์ง่ายขึ้น 4) แรงคู่ควบ คืออะไร (และทำไมออกสอบบ่อย) แรงคู่ควบ = แรง 2 แรง “ขนาดเท่ากัน ทิศตรงข้าม ขนานกัน” แต่ไม่อยู่แนวเดียวกัน ผลคือ: ไม่มีแรงลัพธ์ให้วัตถุเลื่อน แต่ทำให้ “หมุน” ได้ โมเมนต์ของแรงคู่ควบ: Mc = Fl - F คือขนาดของแรงคู่ควบ - l คือระยะตั้งฉากระหว่างแนวแรงทั้งสอง จุดเด่นของแรงคู่ควบ: โมเมนต์ไม่ขึ้นกับการเลือกจุดหมุน (ให้ค่าเท่าเดิม) เพราะเป็นผลหมุนล้วน ๆ 5) เสถียรภาพ (stable/unstable/neutral) จำแบบเข้าใจ - Stable equilibrium: ขยับนิดแล้วกลับที่เดิมได้ (มักเกี่ยวกับจุดศูนย์ถ่วงต่ำ) - Unstable equilibrium: ขยับนิดแล้วล้มต่อ (จุดศูนย์ถ่วงสูง/ฐานรองรับแคบ) - Neutral equilibrium: ขยับแล้วอยู่ที่ใหม่ได้เลย ถ้าโจทย์ถามแนวคิด: ดู “แนวดิ่งของน้ำหนัก” ว่ายังตกอยู่ในฐานรองรับไหม ถ้าหลุดฐานเมื่อเอนนิดเดียว มักไม่เสถียร 6) จุดศูนย์กลางมวล vs จุดศูนย์ถ่วง - จุดศูนย์กลางมวล: จุดที่มวลกระจายสมดุล - จุดศูนย์ถ่วง: จุดที่แรงโน้มถ่วงเหมือนกระทำรวมกัน ส่วนใหญ่ในสนามโน้มถ่วงสม่ำเสมอ (ใกล้พื้นโลกในโจทย์ ม.4) มักถือว่า “ตรงกัน” ได้ ช่วยให้ทำโจทย์ง่ายขึ้น ถ้าจะทบทวนให้ไว: จำ 2 เงื่อนไข ΣF=0 และ Στ=0 + ระยะต้องตั้งฉากใน M=Fd และแยกแรงคู่ควบออกจากแรงทั่วไปให้ชัด จะทำข้อสอบสมดุลกลได้ลื่นขึ้นมาก