กฎของนิวตัน (Newton's laws) ตอนที่ 1

กฏของนิวตัน หรือถ้าเรียกให้ถูกต้องครบถ้วนกระบวนความจะต้องเรียกว่า "กฏการเคลื่อนที่ของนิวตัน" แปลมาจาก (Newton's laws of motion) นะครับ : D ใจความสำคัญของกฏที่เกิดจากผลไม้อย่าง "แอปเปิ้ล" มีอยู่ 3 ข้อด้วยกัน (หลายๆ ที่คงรู้นะครับ ว่าท่าน นิวตัน เขาคิดกฏได้หลังจากแอปเปิ้ลหล่นใส่หัว) โดยแค่ 3 ข้อนี่แหละครับ สร้างปัญหามากมายให้นักเรียนรุ่นหลัง ฮ่าๆ… ความจริงแล้วด้วยกฏ 3 ข้อนี่แหละครับทำให้เกิดประโยชน์ต่อมาอย่างมากมายมหาศาล ดังที่หลายๆ คนคงเคยได้ใช้ในวิชากลศาสตร์ (Mechanics) และอื่นๆ อีกมากมาย

โดยเนื้อหา และรายละเอียดของกฏถูกตีพิมพ์ใน Principia Mathematica โดย ท่าน Issac Newton นั่นเอง เพื่อไม่เป็นการเสียเวลา เรามาจัดกันเลยดีกว่า


กฏนิวตันมี 3 ข้อ คือ

1. วัตถุจะหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วคงที่ ถ้าผลรวมของแรงที่กระทำต่อวัตถุเป็น "0" : ( ΣF = 0 )

2. กรณีผลรวมแรงไม่เท่ากับ 0 วัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งซึ่งแปรผันตรงกับแรง และผกผันกับมวล : ( ΣF/m = a หรือ ΣF = ma )

3. ทุกแรงกิริยาจะมีแรงปฏิกิริยาที่ขนาดเท่ากัน แต่ทิศทางตรงข้ามกัน บนคนละวัตถุกัน : ( Action Force = Reaction Force)


จริงๆ แล้วกฏโดยสรุปมันก็มีแค่ 3 ประการเท่านั้นครับ แต่เราจะมาขยายความกันเพิ่มเติม ด้วยประเด็นที่หลายๆ คนชอบสับสนหรือนำมันมามั่วรวมกันนั่นเอง

ข้อควรระวัง กฏข้อ 1, 2 และ 3 มันแยกออกจากกัน

ลองดูครับว่าเข้าใจกันจริงๆ รึเปล่า? คือถ้าคนที่เข้าใจอยู่แล้วจะเห็นว่ามันต๊อง + คำถามแบบนี้เอ็งถามทำไม? แต่ถ้ายังสับสนอยู่มันก็จะวุ่นวายทีเดียว


คำถาม 1

กล่องมวล 10 kg มีนาย ก ผลักกล่องด้วยแรง 10 N และนาย ข ผลิกกล่องด้วยแรง 10 N เช่นกันในทิศทางตรงข้ามกัน ถามว่า Reaction Force ที่นาย ก = ? และวัตถุเคลื่อนที่ หรือไม่?
ตอบ
อันแรกแทบไม่ต้องคิด Reaction Force ที่นาย ก เท่ากับ 10N ส่วนวัตถุเคลื่อนที่หรือไม่ตอบไม่ได้ เพราะไม่ทราบ Initial Condition ว่าเดิมหยุดนิ่ง หรือ เคลื่อนที่ : D สรุปว่าจะตอบเรื่องนี้ใช้กฏข้อที่ 1 และ 3


คำถาม 2

กล่องมวล 10 kg มีนาย ก ผลักกล่องด้วยแรง 10 N เหลือคนเดียว ถามว่า Reaction Force ที่นาย ก = ? และวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง = ?
ตอบ
คงต้องตอบอันหลังเพราะง่ายดี ด้วยกฏข้อที่ 2 ตอบได้เลยว่า ΣF = ma แทนค่า แก้สมการ a = 1 m/s2 คือความเร่งนั่นเอง ปัญหากลับมาที่ Reaction คิดดีๆ ครับว่าตอบว่าอไรดี…. เพื่อไม่ให้เสียเวลาตอบเลยละกันครับ ด้วยกฏข้อที่ 3 แรง Reaction ต้องเท่ากับ 10 N นั่นเอง ถึงแม้ว่าวัตถุจะเคลื่อนที่ก็ตาม อย่างที่บอกไว้แต่ตอนแรกครับ ว่ากฏข้อ 1,2 และ 3 มันแยกออกจากกัน : p


วันนี้เราจบเรื่องกฏของนิวตันไว้ที่พื้นฐานของกฎละกันครับ บทความเรื่องกฏนิวตันตอนต่อไปจะเป็นตัวอย่างการประยุกต์ใช้ และชี้ให้เห็นถึงประโยชน์อื่นๆ สำหรับวันนี้ไปก่อนนะครับ ^ ^