เอกสารฉบับนี้ครอบคลุมหัวข้อที่ 4: กลศาสตร์ ศึกษาว่าแรงทำให้วัตถุเคลื่อนที่อย่างไร ตลอดหัวข้อนี้ ให้ใช้ความเร่งโน้มถ่วงอิสระเท่ากับ $g = 10\ \text{m s}^{-2}$
กลศาสตร์
Mathematics A-Level · หัวข้อ 4
12:38
กลศาสตร์
ดันรถเข็น และมันจะเร่งความเร็ว ดันแรงขึ้น และมันจะเร่งเร็วขึ้น ดันรถเข็นที่หนักกว่าด้วยแรงเท่าเดิม และมันแทบจะไม่ขยับเลย กลศาสตร์ทั้งหมด…
การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ
4.1
แรงและสมดุล
หลักสูตร
| ผู้เข้าสอบควรสามารถ: | หมายเหตุและตัวอย่าง |
|---|---|
| ระบุแรงที่กระทำในสถานการณ์ที่กำหนด | เช่น โดยการวาดแผนภาพแรง |
| เข้าใจลักษณะของเวกเตอร์ของแรง และหาและใช้องค์ประกอบและผลรวมแรง | ต้องทำการคำนวณเท่านั้น ไม่สามารถหาคำตอบโดยประมาณจากแผนภาพมาตราส่วนได้ |
| ใช้หลักการที่ว่า เมื่ออนุภาคอยู่ในสภาวะสมดุล ผลรวมของเวกเตอร์ของแรงที่กระทำจะมีค่าเป็นศูนย์ หรือเทียบเท่ากันคือ ผลรวมขององค์ประกอบในทิศทางใดๆ จะมีค่าเป็นศูนย์ | โดยปกติจะคาดหวังการแก้โจทย์ด้วยการแยกองค์ประกอบ แต่วิธีการอื่นที่สมมูลกัน (เช่นสามเหลี่ยมของแรง, กฎของลามี ในกรณีที่เหมาะสม) ก็ยอมรับได้; วิธีการเหล่านี้ไม่ใช่ความรู้ที่ต้องจำ และจะไม่ถูกกล่าวถึงในข้อสอบ |
| เข้าใจว่า แรงสัมผัสระหว่างพื้นผิวสองพื้นผิวสามารถแสดงด้วยองค์ประกอบสองอย่าง ได้แก่ องค์ประกอบตั้งฉากและองค์ประกอบแรงเสียดทาน | |
| ใช้โมเดล 'พื้นผิวเรียบ' และเข้าใจข้อจำกัดของโมเดลนี้ | |
| เข้าใจแนวคิดของ แรงเสียดทานสูงสุด และ สภาวะสมดุลสูงสุด จำนิยามของ สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน และใช้ความสัมพันธ์ $F = \mu R$ หรือ $F \leqslant \mu R$ ตามความเหมาะสม | คำศัพท์ เช่น 'กำลังจะลื่น' อาจถูกใช้แทนคำว่า 'อยู่ในสภาวะสมดุลสูงสุด' ในข้อสอบ |
| ใช้กฎข้อที่สามของนิวตัน | เช่น แรงที่อนุภาคกระทำต่อพื้นดินมีขนาดเท่ากันและทิศตรงข้ามกับแรงที่พื้นดินกระทำต่ออนุภาค |
แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International
แรง คือการดันหรือดึง มันคือเวกเตอร์ ดังนั้นจึงมีขนาดและทิศทาง เนื่องจากเป็นเวกเตอร์ คุณสามารถแยกแรงออกเป็น องค์ประกอบ (มักจะเป็นแนวนอนและแนวตั้ง) และรวมหลายแรงเข้าด้วยกันเป็น แรงลัพธ์ เดียว

อนุภาคอยู่ใน สมดุล เมื่อแรงสมดุลกัน: ผลรวมเวกเตอร์ของแรงเป็นศูนย์ ในทางปฏิบัติหมายความว่าองค์ประกอบในทุกทิศทางรวมกันได้ศูนย์

แรงเสียดทาน
เมื่อพื้นผิวสองสัมผัสกัน แรงสัมผัส ระหว่าง他们有สองส่วน: ปฏิกิริยาปกติ $R$, ตั้งฉากกับพื้นผิว, และ แรงเสียดทาน $F$, ตามแนวพื้นผิว ซึ่งต้านการลื่นไถล พื้นผิว "เรียบ" เป็นแบบจำลองที่ไม่มีแรงเสียดทาน
แรงเสียดทานสามารถเพิ่มขึ้นได้สูงสุดถึงค่าหนึ่ง เมื่อถึงค่าสูงสุดนั้นวัตถุจะอยู่ใน สภาวะสมดุลจำกัด, ล้วนกำลังจะลื่นไถล และแรงเสียดทานนั้นเรียกว่า แรงเสียดทานจำกัด ค่าสูงสุดกำหนดโดย สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน $\mu$:

ตาม กฎข้อที่สามของนิวตัน พื้นผิวทั้งสองผลักกันด้วยแรงที่มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงกันข้าม
ตัวอย่างวิธีทำ. ลูกบาศก์น้ำหนัก $20\text{ N}$ วางอยู่บนโต๊ะราบหยาบที่มีสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน $\mu = 0.4$. หาแรงแนวนอนสูงสุดที่สามารถกระทำได้ก่อนที่ลูกบาศก์จะลื่นไถล
ปฏิกิริยาปกติของโต๊ะบาลานซ์กับน้ำหนัก ดังนั้น $R = 20\text{ N}$. ลูกบาศก์กำลังจะลื่นไถลเมื่อแรงเสียดทานถึงค่าสูงสุด $F = \mu R = 0.4 \times 20 = 8\text{ N}$. ในสภาวะสมดุล แรงที่กระทำเท่ากับแรงเสียดทาน ดังนั้นแรงสูงสุดที่它能抗衡的是 $8\text{ N}$.
Adding forces
resultant = a + b
แรงรวมกันแบบ ปลายติดปลาย แรงจะอยู่ในสภาวะ สมดุล เมื่อผลรวมเป็นศูนย์
| English | ไทย |
|---|---|
| Mechanics/mɪˈkænɪks/ | กลศาสตร์ |
| force/fɔːs/ | แรง |
| components/kəmˈpəʊnənts/ | components |
| resultant/rɪˈzʌltənt/ | 合力 |
| equilibrium/ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | จุดดุลยภาพ |
| contact force/ˈkɒntækt fɔːs/ | แรงสัมผัส |
| normal reaction/ˈnɔːml rɪˈækʃn/ | แรงปฏิกิริยาปกติ |
| friction/ˈfrɪkʃn/ | แรงเสียดทาน |
| limiting friction/ˈlɪmɪtɪŋ ˈfrɪkʃn/ | แรงเสียดทานจำกัด |
| coefficient of friction/ˌkəʊɪˈfɪʃənt ɒv ˈfrɪkʃn/ | สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน |
| Newton's third law/ˈnjuːtnz θɜːd lɔː/ | กฎข้อที่สามของนิวตัน |
4.2
จลนวิทยาของการเคลื่อนที่ในเส้นตรง
หลักสูตร
| ผู้เข้าสอบควรสามารถ: | หมายเหตุและตัวอย่าง |
|---|---|
| เข้าใจแนวคิดของ ระยะทาง และ อัตราเร็ว เป็น ปริมาณสเกลาร์ และของ การกระจัด, ความเร็ว และ ความเร่ง เป็น ปริมาณเวกเตอร์ | จำกัดอยู่เพียงการเคลื่อนที่ในหนึ่งมิติเท่านั้น คำว่า 'ความชะลอตัว' อาจถูกใช้ในบริบทของการลดความเร็ว |
| วาดและตีความ กราฟการกระจัด–เวลา และ กราฟความเร็ว–เวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งต้องตระหนักว่า – พื้นที่ใต้กราฟความเร็ว–เวลา แทนการกระจัด, – ความชันของกราฟการกระจัด–เวลา แทนความเร็ว, – ความชันของกราฟความเร็ว–เวลา แทนความเร่ง | |
| ใช้ ดิฟเฟอเรนเชียล และ อินทิเกรต เทียบกับเวลาเพื่อแก้โจทย์ง่าย ๆ เกี่ยวกับการกระจัด ความเร็ว และความเร่ง | การคำนวณเชิงอนุพันธ์ที่ใช้จะจำกัดอยู่ที่เทคนิคจากเนื้อหาของ Paper 1: Pure Mathematics 1 เท่านั้น |
| ใช้สูตรที่เหมาะสมสำหรับการเคลื่อนที่ที่มี ความเร่งคงที่ ในแนวตรง | ข้อสอบอาจต้องการให้ตั้งสมการมากกว่าหนึ่งสมการ โดยใช้ข้อมูลเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคต่าง ๆ |
แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International
ระยะทาง และ อัตราเร็ว เป็นสเกลาร์ (มีเพียงขนาด) การกระจัด, ความเร็ว และ ความเร่ง เป็นเวกเตอร์ (มีทั้งขนาดและทิศทาง)
บน กราฟความเร็ว-เวลา พื้นที่ใต้กราฟคือการกระจัด และความชันคือความเร่ง (ความเร่งลบคือ ความชะลอตัว) บนกราฟการกระจัด-เวลา ความชันคือความเร็ว โดยทั่วไปmaxLengthกับเวลาเพื่อเปลี่ยนจากการกระจัดเป็นความเร็วเป็นความเร่ง, และอินทิเกรตเพื่อกลับไป

สำหรับการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่ ใช้สูตรเหล่านี้ (สมการ "suvat"): *
ตัวอย่างวิธีทำ. รถคันหนึ่งเริ่มเคลื่อนที่จากจุดหยุดนิ่ง และมีความเร่ง $2.5\ \text{m s}^{-2}$ เป็นเวลา $4\ \text{s}$. หาความเร็วและระยะทางที่เดินทางได้
กราฟความเร็ว-เวลา
เปลี่ยนความเร็วเริ่มต้นและความเร่ง ความชัน คือความเร่ง; พื้นที่ใต้เส้นคือระยะกระจัด
| English | ไทย |
|---|---|
| velocity/vəˈlɒsɪti/ | ความเร็ว |
| acceleration/əkˌseləˈreɪʃn/ | ความเร่ง |
| velocity-time graph/vəˈlɒsɪti taɪm ɡræf/ | กราฟความเร็ว-เวลา |
| constant acceleration/ˈkɒnstənt əkˌseləˈreɪʃn/ | ความเร่งคงที่ |
4.3
โมเมนตัม
หลักสูตร
| ผู้เข้าสอบควรสามารถ: | หมายเหตุและตัวอย่าง |
|---|---|
| ใช้นิยามของ โมเมนตัมเชิงเส้น และแสดงความเข้าใจในลักษณะของเวกเตอร์ของมัน | สำหรับการเคลื่อนที่ในหนึ่งมิติเท่านั้น |
| ใช้ การอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงเส้น เพื่อแก้โจทย์ที่อาจจำลองเป็นการชนกันโดยตรงของวัตถุสองชิ้น | รวมถึงการชนกันโดยตรงของวัตถุสองชิ้นที่ติดกันหลังการชน ไม่จำเป็นต้องรู้เรื่องแรงกระแทกและสัมประสิทธิ์การคืนตัว |
แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

โมเมนตัมเชิงเส้น ของวัตถุคือ $\text{mass} \times \text{velocity}$. มันเป็นเวกเตอร์ ในการชนกันโดยตรงของวัตถุสอง物体,โมเมนตัมรวมไม่เปลี่ยนแปลง นี่คือ กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงเส้น: *

ตัวอย่างวิธีทำ. วัตถุมวล $2\ \text{kg}$ เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว $3\ \text{m s}^{-1}$ ชนกับวัตถุอื่นที่หยุดนิ่งซึ่งมีมวล $1\ \text{kg}$ และทั้งสองติดกัน together. หาค่าความเร็วร่วมกันของทั้งสองหลังจากการชน
การชน
ตั้งมวลและความเร็วของแต่ละวัตถุแล้วชนกัน โมเมนตัมรวมคงที่ ก่อนและหลังการชน
| English | ไทย |
|---|---|
| momentum/məʊˈmentəm/ | โมเมนตัม |
| conservation of momentum/ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv məʊˈmentəm/ | การอนุรักษ์โมเมนตัม |
| Newton's laws of motion/ˈnjuːtnz lɔːz ɒv ˈməʊʃn/ | กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน |
| mass/mæs/ | มวล |
| weight/weɪt/ | น้ำหนัก |
| tension/ˈtenʃn/ | แรงตึง |
4.4
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
หลักสูตร
| ผู้เข้าสอบควรสามารถ: | หมายเหตุและตัวอย่าง |
|---|---|
| • ใช้ กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน กับการเคลื่อนที่เชิงเส้นของอนุภาคที่มีมวลคงที่ ซึ่งถูกกระทำด้วยแรงคงที่ ซึ่งอาจรวมถึง แรงเสียดทาน, แรงตึง ในสายที่ไม่ยืดได้ และ แรงผลัก ในแกนเชื่อม | หากมีแรงต้านทานการเคลื่อนที่อื่นใดที่ต้องการพิจารณา (เช่น แรงต้านอากาศ) จะระบุไว้ในข้อสอบ |
| • ใช้ความสัมพันธ์ระหว่าง มวล และ น้ำหนัก | $W = mg$. ในส่วนนี้ ข้อสอบส่วนใหญ่จะเป็นตัวเลข และคาดว่าจะใช้ค่าประมาณ $10\text{ (ms}^{-2}\text{)}$ สำหรับ $g$ |
| • แก้โจทย์ง่าย ๆ ที่อาจจำลองเป็นการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่เคลื่อนที่ในแนวตั้งหรือบนระนาบเอียงด้วยความ เร่งคงที่ | รวมถึงตัวอย่าง เช่น การเคลื่อนที่ของอนุภาคบนระนาบหยาบซึ่งความเร่งขณะเคลื่อนที่ขึ้นระนาบจะแตกต่างจากความเร่งขณะเคลื่อนที่ลงระนาบ |
| • แก้โจทย์ง่าย ๆ ที่อาจจำลองเป็นการเคลื่อนที่ของ อนุภาคที่เชื่อมโยงกัน | เช่น อนุภาคที่เชื่อมต่อกันด้วยสายเบาที่ไม่ยืดได้ผ่านลูกกลิ้งเรียบ หรือรถลากเทรลเลอร์ด้วยเชือกเบาหรือคันลากแข็งเบา |
แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน เชื่อมโยงแรงกับความเร่ง กฎที่สำคัญที่สุดคือ: แรงลัพธ์ $=$ มวล $\times$ ความเร่ง,
สำหรับการเคลื่อนที่บน ระนาบเอียง, แยกแต่ละแรงออกเป็นส่วนตามแนวลาดและส่วนตั้งฉากกับมัน, จากนั้นใช้ $F = ma$ ตามแนวลาด สำหรับ อนุภาคที่เชื่อมโยงกัน (ต่อกันด้วยเชือก), ใช้ $F = ma$ กับแต่ละวัตถุ, หรือกับระบบทั้งหมด

ตัวอย่างวิธีทำ. ลูกบาศก์มวล $12\ \text{kg}$ ถูกดึงขึ้นไปบนระนาบหยาบด้วยเชือกขนานกับแนวลาด ระนาบทำมุม $20^\circ$ กับแนวนอน, สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานคือ $0.4$, และความเร่งคือ $2\ \text{m s}^{-2}$. หาแรงตึงในเชือก
ปฏิกิริยาปกติคือ $R = mg\cos 20^\circ = 120\cos 20^\circ = 112.8\ \text{N}$, ดังนั้นแรงเสียดทานคือ $F = \mu R = 0.4 \times 112.8 = 45.1\ \text{N}$. ตามแนวลาด, $T - mg\sin 20^\circ - F = ma$:
แรงลัพธ์
F = ma
แรงลัพธ์กำหนดความเร่ง. แรงสมดุล ⇒ ไม่มีความเร่ง
| English | ไทย |
|---|---|
| inclined plane/ɪnˈklaɪnd pleɪn/ | ระนาบเอียง |
| connected particles/kəˈnektɪd ˈpɑːtɪklz/ | อนุภาคเชื่อมต่อกัน |
| work done/wɜːk dʌn/ | งานที่ทำ |
| kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ | พลังงานจลน์ |
| gravitational potential energy/ˌɡrævɪˈteɪʃənl pəˈtenʃl ˈenədʒi/ | พลังงานศักย์โน้มถ่วง |
4.5
พลังงาน, งาน และกำลัง
หลักสูตร
| ผู้เข้าสอบควรสามารถ: | หมายเหตุและตัวอย่าง |
|---|---|
| • เข้าใจแนวคิดของ งานที่ทำ โดยแรง และคำนวณงานที่ทำโดยแรงคงที่เมื่อจุดที่แรงกระทำเกิดการกระจัดซึ่งไม่จำเป็นต้องขนานกับแรง | $W = Fd \cos \theta$; ไม่จำเป็นต้องใช้ ผลคูณสเกลาร์ |
| • เข้าใจแนวคิดของ พลังงานศักย์โน้มถ่วง และ พลังงานจลน์ และใช้สูตรที่เหมาะสม | |
| • เข้าใจและใช้ความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบกับงานที่ทำโดยแรงภายนอก และใช้ หลักการอนุรักษ์พลังงาน ในกรณีที่เหมาะสม | รวมถึงกรณีที่การเคลื่อนที่อาจไม่เป็นเชิงเส้น (เช่น เด็กบนสไลด์โค้งเรียบ) โดยพิจารณาเฉพาะการเปลี่ยนแปลงพลังงานโดยรวม |
| • ใช้นิยามของ กำลัง ในแง่ของอัตราการ就做งานของแรง และใช้ความสัมพันธ์ระหว่าง กำลัง แรง และ ความเร็ว สำหรับแรงที่กระทำในทิศทางของการเคลื่อนที่ | รวมถึงการคำนวณ (เฉลี่ย) กำลังในรูป $$\frac{\text{Work done}}{\text{Time taken}}$$ $P = Fv$ |
| • แก้โจทย์ที่เกี่ยวข้องกับ เช่น ความเร่งทันที ของรถยนต์ที่วิ่งบนเขาและเผชิญกับแรงต้านทาน |
แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

งานที่ทำ oleh一个constant force คือ ผลคูณสเกลาร์ of force and displacement — the force times the distance moved in the direction of the force: $W = Fd\cos\theta$, where $\theta$ is the angle between the force and the motion. Work is measured in joules (J).
Energy comes in forms you can calculate:
- พลังงานจลน์ (energy of movement): $\text{KE} = \tfrac12 mv^2$.
- พลังงานศักย์โน้มถ่วง (energy of height): $\text{PE} = mgh$.
งานที่ทำโดยแรงภายนอกเท่ากับผลต่างของพลังงานทั้งหมด เมื่อไม่มีแรงเสียดทาน พลังงานทั้งหมดจะคงที่ — นี่คือ กฎการอนุรักษ์พลังงาน (conservation of energy).
กำลัง (Power) คืออัตราการทำงาน สำหรับแรงที่ดึงไปในทิศทางของการเคลื่อนที่ $P = Fv$ (กำลัง $=$ แรง $\times$ ความเร็ว). กำลังวัดเป็นหน่วยวัตต์ (W).
ตัวอย่างวิธีทำ. เครื่องยนต์รถยนต์ทำงานที่ $12\ \text{kW}$ ในขณะที่รถเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว $20\ \text{m s}^{-1}$ บนถนนราบ. หาแรงขับเคลื่อน
การอนุรักษ์พลังงาน
ปล่อยวัตถุแล้วดูการเปลี่ยนแปลงพลังงาน เมื่อไม่มีแรงเสียดทาน GPE + KE คงที่ ตลอดการตก
| English | ไทย |
|---|---|
| distance/ˈdɪstəns/ | ระยะทาง |
| speed/spiːd/ | ความเร็ว |
| displacement/dɪˈspleɪsmənt/ | การกระจัด |
| conservation of energy/ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv ˈenədʒi/ | กฎการอนุรักษ์พลังงาน |
| power/ˈpaʊə/ | กำลัง |
| limiting equilibrium/ˈlɪmɪtɪŋ ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | สมดุลจำกัด |
| deceleration/dɪˌseləˈreɪʃn/ | การลดความเร็ว |
| thrust/θrʌst/ | แรงดัน |
| air resistance/eə rɪˈzɪstəns/ | แรงต้านอากาศ |
4.5
ข้อแนะนำสำหรับการสอบ
- วาด แผนภาพแรง ให้ชัดเจนและแยกเป็นองค์ประกอบที่ตั้งฉากกัน; สำหรับสภาวะสมดุล, ผลรวมของแต่ละทิศทางเป็นศูนย์
- ใช้ SUVAT เฉพาะกรณีความเร่งคงที่และรักษาทิศทางบวกให้สอดคล้องกัน
- ใช้ $F = ma$ ตามทิศทางการเคลื่อนที่, รวมถึงแรงเสียดทาน ($F = \mu R$) บนพื้นผิวหยาบ
- ระบุ สมมติฐาน ของคุณ (เชือกเบาและไม่ยืด, รอกเรียบ, อนุภาค) — มักจะมีคะแนนให้
บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้
ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที