โจทย์สมดุลกล A-Level ฟิสิกส์

เสริมสำหรับคนที่กำลังหา “โจทย์ฮาร์มอนิกอย่างง่าย พร้อมเฉลยวิธีทำ” นะคะ/ครับ เวลาอ่าน SHM (Simple Harmonic Motion) ให้คิดเป็นภาพก่อนว่า “แรงดึงกลับแปรผันตรงกับการกระจัด” นั่นคือหัวใจของการเป็นฮาร์มอนิกจริงๆ แล้วค่อยไปจับสูตร จะทำโจทย์ได้เร็วขึ้นมาก 1) สูตรที่ควรรู้ (ใช้บ่อยสุด) - คาบและความถี่: f = 1/T - ความถี่เชิงมุม: ω = 2πf = 2π/T - สปริง: ω = √(k/m) ⇒ T = 2π√(m/k) - ลูกตุ้มมุมแกว่งเล็ก: ω = √(g/ℓ) ⇒ T = 2π√(ℓ/g) - ความสัมพันธ์ความเร็วสูงสุด: v_max = ωA - ความเร่งสูงสุด: a_max = ω²A - ที่ตำแหน่ง x ใดๆ: v = ω√(A² − x²) และ a = −ω²x 2) วิธีทำโจทย์ SHM แบบเป็นขั้น (ที่ผมใช้จริง) ขั้นที่ 1: ดูว่าเป็น “สปริง” หรือ “ลูกตุ้ม” แล้วหา ω ก่อน (มักเป็นกุญแจ) ขั้นที่ 2: หา A (แอมพลิจูด) จากข้อมูลระยะมากสุด/เงื่อนไขเริ่มต้น ขั้นที่ 3: โจทย์ถามอะไร (คาบ T, ความถี่ f, v_max, a_max, เวลาไปถึงตำแหน่ง x) แล้วเลือกสูตรให้ตรง ขั้นที่ 4: เช็กหน่วยทุกครั้ง: k เป็น N/m, m เป็น kg, ℓ เป็น m, g ≈ 9.8 หรือ 10 3) ตัวอย่างโจทย์ง่ายๆ พร้อมเฉลย (แนวที่ออกบ่อย) ตัวอย่างที่ 1 (สปริง): มวล m = 0.50 kg ติดสปริง k = 200 N/m แกว่งแบบ SHM จงหาคาบ T วิธีทำ: T = 2π√(m/k) = 2π√(0.50/200) = 2π√(0.0025) = 2π(0.05) = 0.314 s ตัวอย่างที่ 2 (หา v_max): ระบบเดิมมีแอมพลิจูด A = 0.10 m จงหา v_max หา ω ก่อน: ω = √(k/m) = √(200/0.50) = √400 = 20 rad/s ดังนั้น v_max = ωA = 20(0.10) = 2.0 m/s ตัวอย่างที่ 3 (ลูกตุ้ม): ลูกตุ้มยาว ℓ = 1.0 m แกว่งมุมเล็ก จงหาคาบ (ใช้ g = 10) T = 2π√(ℓ/g) = 2π√(1/10) ≈ 2π(0.316) ≈ 1.99 s ≈ 2.0 s 4) จุดที่พลาดกันบ่อย (ระวังเลย) - ใช้สูตรลูกตุ้มได้เมื่อ “มุมเล็ก” เท่านั้น (โดยประมาณ) - แยกให้ชัดระหว่าง f, ω และ T (คนชอบสลับ) - v_max เกิดที่ตำแหน่งสมดุล (x = 0) ส่วน a_max เกิดที่ปลายสุด (x = ±A) ถ้าอยากให้ผมช่วยทำเพิ่มเป็น “ชุดโจทย์ฮาร์มอนิกอย่างง่าย 5 ข้อพร้อมเฉลยละเอียด” บอกได้เลยว่าจะเอาเน้นสปริง, ลูกตุ้ม หรือผสมแบบข้อสอบ A-Level