สรุป A-Level ฟิสิกส์ “แรงลอยตัวจากของไหล และหลักการของอาร์คิมีดีส” 🧽

เวลาอ่านเรื่อง “แรงลอยตัว” ฉันชอบเริ่มจากภาพง่าย ๆ ก่อน: เอาวัตถุหย่อนลงน้ำ แล้วรู้สึกเหมือนมัน “เบาลง” นั่นแหละคือแรงพยุงจากของไหล (แรงลอยตัว) เป็นแรงทิศขึ้นในแนวดิ่งที่ของเหลว/ของไหลดันวัตถุไว้ ทำให้วัตถุมีโอกาสลอยหรือจมที่ระดับต่าง ๆ 1) หลักอาร์คิมีดีส คืออะไร? ใจความสำคัญคือ: แรงลอยตัวที่กระทำต่อวัตถุที่จมอยู่ในของเหลว มีขนาดเท่ากับ “น้ำหนักของของเหลวที่ถูกวัตถุแทนที่” พอจำประโยคนี้ได้ เวลาทำโจทย์จะตั้งสมการง่ายมาก 2) สูตรแรงลอยตัว และสมการแรงลอยตัว สูตรที่ใช้บ่อยสุดคือ FB = ρของเหลว · Vจม · g - FB คือแรงลอยตัว (หน่วยนิวตัน) ทิศชี้ขึ้น - ρของเหลว คือความหนาแน่นของของเหลว (kg/m³) - Vจม คือปริมาตร “ส่วนที่จม” ของวัตถุ (m³) ถ้าจมมิดทั้งก้อน Vจม = Vวัตถุ - g คือความเร่งโน้มถ่วง (ประมาณ 9.8 หรือ 10 m/s²) หลายคนเรียกสั้น ๆ ว่า “แรงจี” หรือค่า g ที่โจทย์ชอบให้เลือกใช้ 3) เช็กการลอย/จมแบบเร็วด้วยความหนาแน่น ฉันมักใช้เกณฑ์นี้เพื่อเดาแนวคำตอบก่อนคำนวณจริง - ถ้า ρวัตถุ < ρของเหลว → วัตถุลอย (มีบางส่วนโผล่) - ถ้า ρวัตถุ = ρของเหลว → จมพอดี/ลอยตัวพอดี (ลอยนิ่งได้ทั้งก้อน) - ถ้า ρวัตถุ > ρของเหลว → วัตถุจม 4) วัตถุลอยนิ่งในของเหลว = สภาพสมดุล โจทย์ A-Level ชอบคำว่า “ลอยอยู่นิ่ง” หรือ “สมดุล” แปลว่าแรงขึ้นเท่ากับแรงลง FB = mg แล้วแทน FB ด้วย ρของเหลว·Vจม·g จะได้ ρของเหลว·Vจม·g = m·g → ตัด g ได้ Vจม = m / ρของเหลว ทริกนี้ทำให้คำนวณไวมาก และช่วยกันพลาดเรื่องหน่วยด้วย 5) ตัวอย่างแนวข้อสอบ (คล้าย Mini Quiz) วัตถุมวล 4 kg ลอยในน้ำ (ρน้ำ = 1000 kg/m³) ต้องการหา “ปริมาตรส่วนที่จม” ใช้สมดุล FB=mg → Vจม = m/ρน้ำ = 4/1000 = 0.004 m³ สังเกตว่าไม่ต้องใช้ g เลย เพราะตัดกันได้ ถ้ากำลังทบทวนเพื่อสอบ แนะนำให้ฝึก 2 แบบนี้เพิ่ม: (1) โจทย์จมมิดหา FB โดยใช้ Vวัตถุ (2) โจทย์ลอยหา Vจม จากมวลและความหนาแน่นของของเหลว รับรองว่าเจอซ้ำ ๆ ในหัวข้อหลักการฟิสิกส์เรื่องของไหลแน่นอน