แรงลอยตัว


1.   แรงลอยตัวจะเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่

2.   ถ้าน้ำหนักของวัตถุน้อยกว่าปริมาตรของของเหลวที่ถูกแทนที่  วัตถุจะจมลงแต่ไม่หมด  โดยปริมาตรที่จมจะเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่

   จาวาแอพเพล็ตนี้แสดงการลอยตัวของวัตถุ(ที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ)

1.    คุณสามารถเปลี่ยนความหนาแน่นของวัตถุ(กล่องสี่เหลี่ยม) โดยคลิกเมาส์ใกล้กับจุดบนสุดของสีเทา ภายในกล่อง มุมบนซ้าย  ลากเมาส์ขึ้นและลงเพื่อเปลี่ยนความหนาแน่น

2.     กล่องทางขวาก็มีบริเวณสีเทา

        1.    บริเวณที่เป็นสีเทามีเส้นขีดแสดงการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ (มวลเท่ากันและกระจายอยู่ในพื้นที่ที่ใหญ่  แสดงว่ามีความหนาแน่นน้อย)

        2.    กล่องเริ่มเคลื่อนที่ลง  จนกระทั่งแรงลอยตัวเท่ากับน้ำหนักของของเหลว

        3.    ปริมาตรที่ถูกแทนที่จะแสดงด้วย พื้นที่สีเทาทางด้านซ้าย

        4.     กราฟของความดัน กับความลึกจะแสดงอยู่ทางด้านขวา

3.    เมื่อกล่องอยู่ในตำแหน่งสมดุล  คุณสามารถคลิกภายในกล่องและลากมันขึ้นหรือลงก็ได้ ความแตกต่างระหว่างแรงโน้มถ่วงกับแรงลอยตัว จะทำให้วัตถุเคลื่อนที่ขึ้นและลงแบบซิมเปิลฮาร์โมนิก(SHM)

4.    ระหว่างที่ภาพมีการเคลื่อนไหว  กดเมาส์เพื่อหยุดภาพ  และถ้าปล่อยภาพจะเคลื่อนไหวต่อ

 


คำถาม

1.  ถ้าเรากำหนด  density =  0.5   กล่องจะจมลงไปกี่ส่วนของปริมาตรทั้งหมด ?

  1. 1/4

  2. 1/3

  3. 1/2

  4. 1

2.  ถ้าเรากำหนด  density =  1   กล่องจะจมลงไปกี่ส่วนของปริมาตรทั้งหมด ?

  1. 1/4

  2. 1/3

  3. 1/2

  4. 1

3.  เมื่อกล่องอยู่ในสมดุล  ให้ท่านลากกล่องขึ้นและปล่อยลง มันจะเคลื่อนที่ขึ้นและลงแบบคล้ายกับมวลติดกับสปริง  ท่านสามารถเหตุผลว่าทำไมกล่องจึงเคลื่อนที่แบบนี้ ?  ไม่ค่อยเข้าใจดูตัวอย่างการเคลื่อนที่ข้างล่าง

     การเคลื่อนที่ของมวลติดกับสปริงในแนวดิ่ง  เป็นการเคลื่อนที่กลับไปมา มีคาบเวลาที่แน่นอน  ในการทดลองท่านสามารถเปรียบการเคลื่อนที่แบบนี้กับการเคลื่อนที่แบบวงกลม เห็นกันได้แบบชัดเจน และ คำนวณหาคาบได้ด้วยตนเอง   พร้อมกับทฤษฎี แบบง่ายๆ  คลิกครับ


ทฤษฎีที่ใช้ในอธิบาย

แรงลอยตัว (buoyant force) หรือแรงพยุงของของเหลวทุกชนิดเป็นไปตามหลักของอาร์คิมีดิส (Archimedes' Principle)  ซึ่งกล่าวว่า แรงลอยตัวหรือแรงพยุงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุ  มีขนาดเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมอยู่ในของเหลว

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 r วัตถุ <   r ของเหลว           r วัตถุ = r ของเหลว         r วัตถุ > r ของเหลว

 

ความหนาแน่น  r  =  M / V         หรือ                 M  =  rV

ดังนั้น              Mg =  rVg

            แรงลอยตัว = น้ำหนักของของเหลวปริมาตรเท่าวัตถุส่วนจม

                           =  rของเหลวVส่วนจม g

    น้ำหนักของวัตถุ  =  น้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ 

ถ้าวัตถุนั้นไม่ลอย  เมื่อชั่งในของเหลวจะได้น้ำหนักน้อยกว่าชั่งในอากาศ  น้ำหนักที่หายไปมีค่าเท่ากับน้ำหนักของเหลวปริมาตรเท่าวัตถุ

ของลอย  วัตถุที่จัดว่า  ลอยในของเหลว  ต้องเข้าหลักดังนี้

1)       ไม่มีเชือกผูก  ก็ลอยนิ่งในของเหลวได้

2)       ถ้ามีเชือกผูก  เชือกต้องหย่อน

3)       วัตถุอยู่ไม่ถึงก้นภาชนะ

 

   ลอยธรรมดา            ลอยมีน้ำหนักกด        ลอยมีน้ำหนักถ่วง

                                                                           ตุ้ม                         ไม้           B3         

                                                                                                                                                   

                                                                                ไม้

                                   B1                             B2                                     

                                                                                                     ตุ้ม               B4

                            ภาพ 1                      ภาพ 2                        ภาพ 3

 

 

    ของลอยที่ลอยนิ่งได้  แสดงว่า  สมดุล

                        แรงขึ้น  =  แรงลง

ภาพ 1               B1 =  W ไม้ทั้งก้อน

ภาพ 2               B2   =   W ไม้ทั้งก้อน  + W ตุ้ม

           ภาพ 3       B3 + B4  =   W ไม้ทั้งก้อน  + W ตุ้ม

                 การที่วัตถุไม่ขึ้นหรือลง  แสดงว่า  สมดุล

                                           แรงขึ้น       =   แรงลง

   ดังนั้น      น้ำหนักของเหลวที่ถูกแทนที่   =   น้ำหนักวัตถุทั้งก้อนในอากาศ

   ข้อควรจำ

            1.  " ของเหลวที่ถูกแทนที่" และ "น้ำหนักวัตถุในอากาศ" อาจมีมากกว่า 1 แรงก็ได้   เช่น ภาพที่ 3

   (ต้องสังเกตแรงจากรูป)

2.       คำว่า  "น้ำหนักของวัตถุในอากาศ"  หมายถึง  น้ำหนักวัตถุทั้งก้อน

3.   คำว่า  "กด"  แปลว่า  มีตุ้มน้ำหนักวางทับอยู่ตอนบน

1.       คำว่า  "ถ่วง"  แปลว่า มีตุ้มน้ำหนักดึงอยู่ตอนล่าง  และตุ้มน้ำหนักแทนที่น้ำด้วย

2.       ถ้าไม่จำเป็น  ไม่ควรคิดน้ำหนักวัตถุในของเหลว  ให้พิจารณาเป็นน้ำหนักวัตถุในอากาศทั้งหมด

    แรงลอยตัว เท่ากับน้ำหนักของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับวัตถุส่วนที่จม (หรือน้ำหนักของเหลวที่ถูกแทนที่)

    แรงยกตัว  เท่ากับน้ำหนักของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับวัตถุส่วนที่ลอย

 

ตัวอย่าง  ทรงกระบอกเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ซม.  ภายในบรรจุของเหลวชนิดหนึ่งไว้  เมื่อนำทรงกระบอก        

                                           พร้อมของเหลวที่บรรจุไปลอยในน้ำ    พบว่าปลายล่างของทรงกระบอกอยู่ลึก

                                           จากผิวน้ำเป็นระยะ 20 ซม.  ถ้าน้ำมีความหนาแน่น 1000 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์

                                           เมตร  ให้หาว่าทรงกระบอกและของเหลวที่บรรจุภายในมีมวลรวมกันเท่าใด 

ให้ M เป็นมวลรวมระหว่างมวลของทรงกระบอก   และมวลของของเหลวที่บรรจุอยู่ภายในในรูปทรงกระบอกที่มีของเหลวบรรจุอยู่ภายใน     มีแรงกระทำ

2  แรงได้แก่ น้ำหนัก  Mg  และแรงพยายามที่มีค่าเท่ากับน้ำหนักที่มีปริมาตรเท่าวัตถุส่วนที่จมปริมาตรของทรงกระบอกส่วนที่จม

   ปริมาตรของทรงกระบอกส่วนที่จม    =  pr2h  = (3.14)(5 x 10-2)(20 x 10-2)   ลูกบาศก์เมตร

                                                    = 1.57 x 10-3  ลูกบาศก์เมตร

ทำให้ได้แรงลอยตัว          = rw Vg   = (103 )(1.57 x 10-3)(10)      นิวตัน

                                                    = 15.7           นิวตัน

      วัตถุสมดุล   จึงได้   แรงลอยตัว  =  น้ำหนักของวัตถุ

15.7      =  Mg

            ได้มวลทรงกระบอกและของเหลว M  =  15.7/g

                                                             =  1.57      กิโลกรัม

                                                            = 1,570  กรัม                                                         AN


กลับหน้าแรกของการทดลองฟิสิกส์ 1

 

 

  หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ 

ฟิสิกส์ 1(ภาคกลศาสตร์) 

 ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)

ฟิสิกส์ 2  กลศาสตร์เวกเตอร์
โลหะวิทยาฟิสิกส์ เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1
ฟิสิกส์  2 (บรรยาย) แก้ปัญหาฟิสิกส์ด้วยภาษา c  
ฟิสิกส์พิศวง สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
ทดสอบออนไลน์ วีดีโอการเรียนการสอน
หน้าแรกในอดีต แผ่นใสการเรียนการสอน
เอกสารการสอน PDF

กิจกรรมการทดลองทางวิทยาศาสตร์

แบบฝึกหัดออนไลน์

สุดยอดสิ่งประดิษฐ์

   การทดลองเสมือน 

บทความพิเศษ  ตารางธาตุ(ไทย1)   2  (Eng)
พจนานุกรมฟิสิกส์ 

 ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์

ธรรมชาติมหัศจรรย์ 

 สูตรพื้นฐานฟิสิกส์

การทดลองมหัศจรรย์  ดาราศาสตร์ราชมงคล

  แบบฝึกหัดกลาง 

แบบฝึกหัดโลหะวิทยา  

 แบบทดสอบ

ความรู้รอบตัวทั่วไป 

 อะไรเอ่ย ?

ทดสอบ(เกมเศรษฐี) 

คดีปริศนา

ข้อสอบเอนทรานซ์ เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์
คำศัพท์ประจำสัปดาห์  

  ความรู้รอบตัว

การประดิษฐ์แของโลก ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์เทศ นักวิทยาศาสตร์ไทย
ดาราศาสตร์พิศวง  การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ  

  การเรียนการสอนฟิสิกส์ 1  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

1. การวัด 2. เวกเตอร์
3.  การเคลื่อนที่แบบหนึ่งมิติ 4.  การเคลื่อนที่บนระนาบ
5.  กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 6. การประยุกต์กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
7.  งานและพลังงาน  8.  การดลและโมเมนตัม
9.  การหมุน   10.  สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง
11. การเคลื่อนที่แบบคาบ 12. ความยืดหยุ่น
13. กลศาสตร์ของไหล   14. ปริมาณความร้อน และ กลไกการถ่ายโอนความร้อน
15. กฎข้อที่หนึ่งและสองของเทอร์โมไดนามิก  16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร
17.  คลื่น 18.การสั่น และคลื่นเสียง

   การเรียนการสอนฟิสิกส์ 2  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต  

1. ไฟฟ้าสถิต 2.  สนามไฟฟ้า
3. ความกว้างของสายฟ้า  4.  ตัวเก็บประจุและการต่อตัวต้านทาน 
5. ศักย์ไฟฟ้า 6. กระแสไฟฟ้า 
7. สนามแม่เหล็ก  8.การเหนี่ยวนำ
9. ไฟฟ้ากระแสสลับ  10. ทรานซิสเตอร์ 
11. สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ 

12. แสงและการมองเห็น

13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตร์ควอนตัม
15. โครงสร้างของอะตอม 16. นิวเคลียร์ 

   การเรียนการสอนฟิสิกส์ทั่วไป  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

1. จลศาสตร์ ( kinematic)

   2. จลพลศาสตร์ (kinetics) 

3. งานและโมเมนตัม 4. ซิมเปิลฮาร์โมนิก คลื่น และเสียง
5.  ของไหลกับความร้อน 6.ไฟฟ้าสถิตกับกระแสไฟฟ้า 
7. แม่เหล็กไฟฟ้า  8.    คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับแสง
9.  ทฤษฎีสัมพัทธภาพ อะตอม และนิวเคลียร์ 

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

เรื่องการทดลองเสมือนจริง