หน้าแรก
บทนำ
ฟิสิกส์ ม.4
ฟิสิกส์ ม.5
ฟิสิกส์ ม.6
รวมสูตรต่างๆของฟิสิกส์
เกี่ยวกับเรา
ติดต่อเรา
สวัสดี !!
ฟิสิกส์ ม.6
บทที่ 1.ของไหล
ความหนาแน่น
ความหนาแน่นของวัตถุ(ใช้สัญลักษณ์อ่านว่า โรห์ rho) ที่มีสสารองค์ประกอบแบบสม่ำเสมอ คือ อัตราส่วนระหว่างค่ามวลต่อหน่วยปริมาตร
สูตรความสัมพันธ์
เมื่อ
m
คือมวลของสาร (กิโลกรัม),
V
คือปริมาตรของสาร (ลูกบาศก์เมตร)
ความหนาแน่นสัมพัทธ์(ความถ่วงจำเพาะ)
คือ อัตราส่วนระหว่างความหนาแน่นของสารนั้นกับความหนาแน่นของน้ำที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส ซึ่งมีค่าเป็น 1000
ความดันในของเหลว
ความดันของของไหล คือ อัตราส่วนของแรงที่กระทำต่อวัตถุต่อหน่วยพื้นที่ที่สัมผัสกับของไหล
สูตรความสัมพันธ์
เมื่อ P คือ ความดัน มีหน่วยเป็น หรือพาสคัล (pascal:Pa)
F
คือ แรงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุ (นิวตัน)
A
คือ พื้นที่(ตารางเมตร) และเป็นพื้นที่ราบ (Flat area)
--> ความดันในของเหลวจะแปรผันตรงกับความลึกและความหนาแน่นของของเหลว
หากพิจารณาของเหลวที่มีความหนาแน่นอยู่นิ่งในภาชนะเปิดสู่บรรยากาศ
W เป็นน้ำหนักของของเหลวบนพื้นที่ A (หน้าตัดของทรงกระบอก) ดังนั้น
ให้ความดันบรรยากาศ คือ เนื่องจากของเหลวอยู่ในสมดุล หรือ
ดังนั้นที่ก้นแก้ว
จะได้
สูตรความดันสัมบูรณ์
คือ ผลรวมของความดันบรรยากาศกับความดันเกจ เรียกว่า ความดันสัมบูรณ์ (Absolute pressure)
คือ ความดันที่ผิวของเหลวเท่ากับความดันบรรยากาศ
เป็นความดันเนื่องจากน้ำหนักของของเหลวที่ระดับความลึก h เรียกว่า ความดันเกจ
์จากสูตร สรุปได้ว่า
ความดันในของเหลวชนิดเดียวกันที่ระดับความลึกเดียวกันมีค่าเท่ากัน โดยรูปทรงของภาชนะไม่มีผลต่อความดัน
--> แรงดันน้ำเหนือเขื่อน
จากรูป
แรงดันของน้ำเหนือเขื่อน
คำนวณได้จาก
F
คือ แรงดันเฉลี่ยของน้ำที่กระทำกับเขื่อน
คือ ความหนาแน่นของน้ำ
l
คือ ความยาวของตัวเขื่อน
h
คือ ความสูงของระดับน้ำ
-->หลอดแก้วรูปตัวยู
ของเหลวสองชนิดมีความหนาแน่น และ ไม่ผสมกันและไม่ทำปฏิกิริยากัน ใส่เข้าไปในหลอดแก้วรูปตัวยู ดังรูป
ขาทั้งสองข้างจะเท่ากันหรือไม่ก็ตาม แต่ปลายทั้งสองต้องเปิดสู่อากาศเดียวกัน จะได้
--> เครื่องมือวัดความดันของของไหล
แมนอมิเตอร์
แมนอมิเตอร์ เป็นเครื่องมือวัดความดันของของไหลที่มีลักษณะดังรูป ส่วนสำคัญคือ หลอดรูปตัวยูมีของเหลวซึ่งมีความหนาแน่น บรรจุอยู่ คำนวณความดันได้จาก
P
คือ ความดันแก๊สในถัง
คือ ความดันบรรยากาศ
คือ ความดันเกจของของเหลวสูง d
บารอมิเตอร์
บารอมิเตอร์ เป็นเครื่องมือวัดความดันประเภทหนึ่งที่ใช้หลอดยาวปลายข้างหนึ่งปิด และปลายข้างที่เปิดคว่ำลงในอ่างปรอท
ความดัน 1 บรรยากาศ เป็นความดันเนื่องจากน้ำหนักของลำปรอทที่สูง 760 มิลลิเมตร
คำนวณความดันบรรยากาศได้จาก
กฎของพาสคัลและเครื่องอัดไฮดรอลิก
พาสคัล
ได้ค้นพบว่า การเปลี่ยนแปลงความดันที่กระทำต่อของไหลในภาชนะปิดจะมีการส่งผ่านแรงทั้งหมดไปยังทุกจุดของของไหลและผนังของภาชนะ
ด้วยหลักการนี้ทำให้เกิดการประยุกต์ใช้เครื่องผ่อนแรงที่เรียกว่า
"เครื่องอัดไฮดรอลิก"
ซึ่งประกอบด้วยกระบอกสูบและลูกสูบสองชุดที่มีขนาดต่างกัน ดังรูป
กฏของพาสคัล
จากสูตรเมื่อ A2 > A1 จะทำให้ F2 > F1 เครื่องมือที่ทำงานโดยอาศัยหลักการเดียวกันนี้ ได้แก่ แม่แรงรถยนต์ รถแทรกเตอร์ เก้าอี้ทำฟัน และระบบเบรครถยนต์ เป็นต้น
เครื่องมือเหล่านี้จะมีการได้เปรียบเชิงกลดังสมการ
การได้เปรียบเชิงกล
แรงลอยตัวและหลักของอาร์คิมีดิส
หลักเกี่ยวกับแรงลอยตัวของวัตถุซึ่งอยู่ในของเหลวกล่าวว่า
“แรงลอยตัวจะมีค่าเท่ากับน้ำหนักของของเหลวซึ่งมีปริมาตรเท่าวัตถุส่วนที่จม”
มีค่าดังสมการ
B
คือ แรงลอยตัว( buoyant force )
คือ ความหนาแน่นของของเหลว
V
คือ ปริมาตรของวัตถุส่วนที่จม
ความตึงผิว
แรงระหว่างโมเลกุลของของเหลวที่ดึงกันไว้ทำให้ผิวของเหลวราบเรียบและตึงเรียกว่า
"แรงดึงผิว"
แรงดึงผิวนี้จะมีทิศขนานกับผิวของเหลวและตั้งฉากกับขอบที่ของเหลวสัมผัส
ดังรูป
ความตึงผิว
(surface tension:อ่านว่า แกมมา) เป็นสมบัติเฉพาะตัวของของเหลว คำนวณได้จาก
เมื่อ
F
คือขนาดของแรงดึงผิว (นิวตัน) ,
L
คือความยาวของผิวสัมผัส(เมตร)
เมื่อพิจารณาแรง F ที่ดึงให้เกิดระยะเคลื่อนที่ทำให้ผิวของเหลวมีพื้นที่มากขึ้น งานที่ใช้ในการเพิ่มพื้นที่ผิวหาได้ดังนี้
นั่นคือ
เมื่อ เป็นพื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้น
ความตึงผิวของของเหลวแต่ละชนิดที่อุณหภูมิเดียวกันมีค่าไม่เท่ากัน สำหรับของเหลวชนิดหนึ่งความตึงผิวจะเปลี่ยนไปเมื่อของเหลวมีสารเจือ เช่น น้ำเกลือหรือน้ำสบู่จะมีความตึงผิวน้อยกว่าน้ำ และความตึงผิวจะลดลงเมื่ออุณหภูมิของของเหลวเพิ่มขึ้น
-->ความโค้งของผิวของเหลว
ของเหลวในภาชนะจะมีผิวลักษณะโค้งนูนหรือโค้งเว้า ขึ้นกับแรงระหว่างแรงเชื่อมแน่น(cohesive force)ที่เกิดขึ้นระหว่างโมลุกุลชนิดเดียวกัน กับแรงยึดติด(adhesive)ที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลต่างชนิดกัน ดังรูป
ความหนืด
ของไหลที่มีความหนืดมากจะมีแรงต้านการเคลื่อนที่อันเนื่องมาจากความหนืดของของไหล เรียกว่า
"แรงหนืด"
แรงหนืดที่กระทำต่อวัตถุขึ้นอยู่กับขนาดความเร็วของวัตถุและแรงนี้มีทิศตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ
จอร์จ กาเบรียล สโตกส์
์ ได้ทดลองหาแรงหนืดและพบว่า
แรงหนืดแปรผันตรงกับความเร็วของวัตถุทรงกลมตัน
ตามสมการ
F
คือ แรงหนืดของของไหล (นิวตัน)
r
คือ รัศมีของวัตถุทรงกลม (เมตร)
v
คือ ความเร็วของวัตถุทรงกลม
(อ่านว่า ETA) คือ ความหนืดของของไหล (นิวตันวินาที/ตารางเมตร หรือ พาสคัลวินาที)
พลศาสตร์ของของไหล
--> ของไหลในอุดมคต
ิ
มีสมบัติดังนี้
มีการไหลอย่างสม่ำเสมอ หมายถึงความเร็วของทุกอนุภาค ณ ตำแหน่งต่างๆของของไหลมีค่าคงตัว
มีการไหลโดยไม่หมุน คืออนุภาคจะไม่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเชิงมุม
มีการไหลโดยไม่มีแรงต้านเนื่องจากความหนืด หมายถึงไม่มีแรงต้านใดๆในเนื้อของของไหล
ไม่สามารถอัดได้ หมายความว่าของไหลมีปริมมาตรคงตัวมีความหนาแน่นเท่าเดิมตลอด
--> สมการความต่อเนื่อง
ให้ คือ พื้นที่หน้าตัดของท่อที่ของไหลไหลเข้า
คือ พื้นที่หน้าตัดของท่อที่ของไหลไหลออก
จากรูป เมื่อของไหลอุดมคติไหลอย่างสม่ำเสมอผ่านหลอดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เท่ากัน
ปริมาตรที่ไหลผ่านพื้นที่ตัดขวาง ในเวลาจะเท่ากับปริมาตรของของไหลที่ผ่านพื้นที่หน้าตัด ในเวลา ที่เท่ากัน
มวลของไหลที่ผ่านพื้นที่ คือ
มวลของไหลที่ผ่านพื้นที่ คือ
มวลที่ไหลผ่านแต่ละส่วนมีค่าเท่ากัน จะได้
จะพบว่า Av = ค่าคงตัว
เราเรียกสมการนี้ว่า
สมการความต่อเนื่อง
ซึ่งสรุปได้ว่า
ผลคูณระหว่างพื้นที่หน้าตัดกับอัตราเร็วของของไหลอุดมคติ ไม่ว่าจะอยู่ที่ตำแหน่งใดในหลอดจะมีค่าคงตัวเสมอ
-->สมการของแบร์นูลลี
พิจารณาที่ท่อส่วนล่าง
งานที่กระทำโดยแรง
พลังงานศักย์
พลังงานจลน์ คือ
พิจารณาที่ท่อส่วนบน
งานที่กระทำโดยแรง (ทิศตรงข้าม)
พลังงานศักย์
พลังงานจลน์ คือ
งานจากแรงดัน = การเปลี่ยนพลังงานกล
จาก แทนค่าได้
นั่นคือ = ค่าคงตัว
สมการนี้เรียกว่า สมการของแบร์นูลลี ซึ่งกล่าวว่า
ผลรวมของความดันพลังงานจลน์ต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร และพลังงานศักย์โน้มถ่วงต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร ณ ตำแหน่งใดๆภายในท่อที่ของไหลผ่าน มีค่าคงตัว
ด้วยหลักการนี้จึงเกิดการประยุกต์ใช้ในการทำงานของเครื่องพ่นสี และการออกแบบปีกเครื่องบิน เป็นต้น
บทที่ 2.ฟิสิกส์อะตอม
อะตอมและการค้นพบอิเล็กตรอน
มนุษย์เริ่มสนใจโครงสร้างของสสาร โดยการสังเกตสิ่งต่างๆ ในธรรมชาติและพบว่ามีสมบัติแตกต่างกันหลากหลาย คือ มีทั้งที่เป็นของแข็ง ของเหลว และแก๊ส จึงสงสัยต่อไปว่าสิ่งเหล่านี้ประกอบด้วยชิ้นสวนย่อยอย่างไร นำไปสู่ความคิดที่ว่าสสารมีชิ้นส่วนย่อยเล็กที่สุดที่เรียกว่าอะตอม เมื่อถึงสมัยของดอลตัน สมมติฐานเกี่ยวกับอะตอมมีความชัดเจนขึ้น
ทฤษฎีอะตอมของดอลตันกล่าวว่า
สารทุกชนิดประกอบด้วยอะตอมซึ่งเป็นสิ่งที่แบ่งแยกไม่ได้ และธาตุแต่ละชนิดประกอบด้วยอะตอมที่มีสมบัติ
เหมือนกันทั้งน้ำหนัก และขนาด อะตอมของธาตุต่างชนิดกันจะมีน้ำหนักต่างกัน และอะตอมชนิดหนึ่งไม่สามารถเปลี่ยนไปเป็นอะตอมชนิดอื่นได้ แต่อาจรวมกับอะตอมของธาตุอื่นในสัดส่วนที่คงตัว ทำให้เกิดสารประกอบอะตอมที่ยังคงลักษณะเฉพาะของมันขณะเกิดปฏิกิริยาเคมี”
การค้นพบอิเล็กตรอน
การศึกษาการนำกระแสไฟฟ้าในแก๊สที่มีความดันต่ำได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ในปี พ.ศ. 2398 ได้มีการสร้างเครื่องสูบสุญญากาศขึ้น และสิ่งประดิษฐ์นี้นำนักวิทยาศาสตร์ไปสู่การพบอิเล็กตรอนในที่สุด เมื่อมีการบรรจุแก๊สความดันต่ำเข้าไปในหลอดแล้วต่อขั้วไฟฟ้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่มีความต่างศัยก์ไฟฟ้าสูง ดังรูป พบว่าบริเวณผนังของหลอดจะเรืองแสงเป็นสีเขียวจางๆ
รูป วงจรไฟฟ้าหลอดรังสีแคโทด
ต่อมาในปี พ.ศ. 2408 เซอร์ วิลเลียม ครูกส์ ทำการทดลองกับหลอดสุญญากาศเช่นกัน แต่ดัดงอหลอดเป็นมุมฉาก ดังรูป 19.1 ข แล้วต่อขั้วไฟฟ้าของหลอดที่บรรจุแก๊สความดันต่ำนี้เข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้าสูง พบว่าการเรืองแสงสีเขียวจะเกิดมากที่สุดตามบริเวณผนังหลอดด้านในที่อยู่ตรงข้ามขั้วแคโทดซึ่งเป็นขั้วลบแสดงว่าการเรืองแสงดังกล่าวเกิดจากรังสีที่ออกมาจากขั้วแคโทด จึงเรียกรังสีนี้ว่า
รังสีแคโทด (
cathode ray )
ในเวลาต่อมาได้มีการศึกษาธรรมชาติของรังสีแคโทด โดยใช้แผ่นโลหะบางๆ กั้นรังสีแคโทด ทำให้เกิดเงาของแผ่นโลหะปรากฏบนผนังหลอดดังรูปและเมื่อให้รังสีแคโทดผ่านสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าพบว่า รังสีนี้มีการเปลี่ยนแปลงในบริเวณที่มีสนามทั้งสอง
หน้าแรก
บทนำ
ฟิสิกส์ ม.4
ฟิสิกส์ ม.5
ฟิสิกส์ ม.6
รวมสูตรต่างๆของฟิสิกส์
เกี่ยวกับเรา
ติดต่อเรา