1. บทที่ 1
บทนํา
1.1)
วิชาฟสิกส ?
เปนวิทยาศาสตรสาขาหนึ่งที่ศึกษาเกี่ยวกับปรากฏการณทางธรรมชาติ โดยมี
จุดมุงหมายเพื่อที่จะเขาใจธรรมชาติ จนสามารถบรรยาย อธิบาย และทํานาย
พฤติกรรมของธรรมชาติได การแสวงหาความรูทางฟ สิกสนั้นตองอาศัย การ
สังเกต การทดลอง ทั้งการทดลองจากเครื่องมือจริง และจากทดลองโดยการ
จําลองดวยเครื่องคอมพิวเตอร แลวใชคณิตศาสตรเชื่อมโยงระหวางการทดลอง
กับทฤษฎี ซึ่งเขียนอยูในรูปของสมการแสดงความสัมพันธของปริมาณกายภาพ
ตางๆ ที่สามารถวัดได
ฟสิกสอธิบายธรรมชาติไดอยางไร ?
ใชคณิตศาสตรเปนเครื่องมือ โดยแสดงเปนความสัมพันธระหวางปริมาณทาง
กายภาพตางๆ เชน
F = ma
(1)
เมื่อ
คือแรงลัพธทกระทําตอวัตถุ
ี่
m
คือมวลของวัตถุ
a
คือความเรงของวัตถุ
ถาเราทราบมวลและแรงทีกระทําตอวัตถุ เราจะสามารถทํานายไดวาวัตถุจะ
่

เคลื่อนที่ดวยความเรงเทาใด
เนื่องจากฟสิกสอธิบายธรรมชาติดวยปริมาณกายภาพที่สามารถวัดเปนตัวเลขได
จึงอาจกลาวไดวา ‘‘ฟสิกสเปนวิทยาศาสตรเชิงปริมาณ’’
ความยาว มวล และเวลามาตรฐาน
ดังไดกลาวมาแลววา ฟสิกสอธิบายธรรมชาติไดโดยแสดงเปนความสัมพันธของ
ปริมาณกายภาพตางๆ สําหรับในวิชากลศาสตรนั้นปริมาณกายภาพที่เปนพื้นฐานมี
อยู 3 ปริมาณคือ ความยาว มวล และ เวลา สวนปริมาณอื่นๆ เกิดจากการผสมรวม
ของปริมาณพื้นฐานเหลานี้ ซึ่งเรียกวาปริมาณอนุพันธ
ถาเราจะรายงานผลการวัดปริมาณใดๆ ใหผูอื่นเขาใจและสามารถทําซ้ําได เรา
จะตองกําหนดคามาตรฐานขึ้นมา เพื่อใหทุกคนเขาใจตรงกันและใชรวมกันได นั่นคือ
ทุกๆคนทีวัดปริมาณเดียวกันนี้ ไมวาจะอยูที่ใดก็ตามจะตองไดผลเหมือนกัน ดังนั้นใน
่
ป 2503 มีคณะกรรมการนานาชาติกลุมหนึ่งไดรวมกันกําหนดคามาตรฐานของ
ปริมาณกายภาพพื้นฐานทางวิทยาศาสตร ซึ่งเรียกวาระบบ SI โดยไดกําหนดหนึ่ง
F
1.2)

2. 2
1.3)
หนวยมาตรฐานของ ความยาว มวล และ เวลา ในหนวย เมตร กิโลกรัม และ วินาที
ตามลําดับดังนี้
ความยาว
ไดมีการกําหนดความยาวมาตรฐานมาแลวหลายครั้ง แตครั้งสุดทายในป 2526
ไดนิยามวา “ความยาว 1 เมตร คือระยะทางที่แสงเดินทางในสุญญากาศ โดยใชเวลา
1/299,792,458 วินาที” จะเห็นวานิยามของความยาว ขึ้นอยูกับความเร็วของแสงซึ่ง
มีคา 299,792,458 เมตรตอวินาที
มวล
มีนิยามวา “มวล 1 กิโลกรัม คือมวลของแพลตินัมอิริเดียมรูปทรงกระบอก ซึ่ง
เก็บรักษาไวทสํานักงานนานาชาติ ดานน้ําหนักและการวัด ในเมืองแซฟร ประเทศ
ี่
ฝรั่งเศส’’
เวลา
ู
ในป 2510 เวลา 1 วินาทีถกนิยามวาคือ “การสั่นจํานวน 9,162,631,770 ครั้ง
ของการแผรังสีจากอะตอมซีเซียม”
มิติและการวิเคราะห
คําวามิติ (dimension) นั้นมีความหมายเฉพาะในทางฟสิกส หมายถึง
“ธรรมชาติทางกายภาพของปริมาณ” ซึ่งหมายถึงวาเปนปริมาณชนิดใด โดยไม
คํานึงถึงหนวยในการวัด เชนถาพูดถึง ระยะทาง ไมวาจะวัดในหนวยของ เมตร
ฟุต หรือไมล ก็ตาม เราบอกไดวามิตของระยะทางก็คือ ความยาว มิติที่เปน
ิ
ปริมาณพื้นฐานของการวัดคือ
ความยาว เขียนแทนดวย L
มวล
เขียนแทนดวย M
เวลา
เขียนแทนดวย T
สัญลักษณของมิติคอ [ ] เมื่อเรากลาววามิติของ x คือ ความยาว เราจะเขียน
ื
เปน [x] = L
การทราบมิติของปริมาณตางๆ ชวยใหเราวิเคราะหสมการ หรือวิเคราะหผลของ
การคํ า นวณอย า งคร า วๆ ว า ถู ก ต อ งหรื อ ไม โดยที่ มิ ติ นั้ น สามารถถู ก คํ า นวณ
เหมือนกับพีชคณิตทั่วๆไป
- ปริมาณที่มีมิติเดียวกันเทานั้นที่จะบวกหรือลบกันได
- ปริมาณที่มีมิติตางกันหรือเหมือนกันสามารถนํามาคูณหรือหารกันได
- ทั้งสองขางของสมการจะตองมีมิติเดียวกัน
ตัวอยาง 1.1 จงหามิติของแรง
F = ma
วิธีทํา จาก
[ F ] = [ ma ]

3. 3
[ F ] = [ m][ a ]
[F ] =
1.4)
ML
T2
การแปลงหนวย
ในมิติหนึ่งๆ นั้น อาจจะมีไดหลายหนวย เชน มิติของความยาว อาจมีหนวยเปน
เมตร ฟุต หรือ ไมล หนวยเหลานี้สามารถที่จะเปลี่ยนกันไปมาได ถาเราทราบ
ความสัมพันธระหวางหนวยแตละหนวยในมิติเดียวกัน เชน
1 ไมล = 1609 เมตร = 1.609 กิโลเมตร
1 เมตร = 39.37 นิ้ว = 3.281 ฟุต
1 ฟุต = 0.3048 เมตร = 30.48 เซนติเมตร
1 นิ้ว = 0.0254 เมตร = 2.540 เซนติเมตร
ถาตองการเปลี่ยนหนวยของระยะทางจาก 10.00 ไมล ใหอยูในหนวย กิโลเมตร
สามารถทําไดดังนี้คือ
⎛ 1.609km ⎞
10.00mi × ⎜
⎟ = 16.09km
⎝ 1mi ⎠
เทอมที่อยูใน
วงเล็บ ( ) เรียกวา “แฟคเตอรการเปลี่ยน” ดังนั้นถาตองการเปลี่ยนหนวยก็ทําได
โดยการคูณดวยแฟคเตอรการเปลี่ยนของหนวยนั้น
ตัวอยาง 1.2 จงเปลี่ยนความยาว 10.0 นิ้ว เปนหนวย เซนติเมตร
วิธีทํา
1.5)
1.6)
⎛ 2.54cm ⎞
10.0in × ⎜
⎟ = 25.4cm
⎝ 1in ⎠
ระดับขนาด
คือการประมาณตัวเลขใหอยูในรูปของเลข 10 ยกกําลังจํานวนเต็ม โดยประมาณ
ใหเทากับเลข 10 ยกกําลังที่ใกลที่สุด ตัวอยางเชน
0.0084 มีระดับขนาดเทากับ 10−2 เขียนแทนดวย ∼ 10−2
=> เนื่องจากวา 0.0084 มีคาใกลกับ 0.01 มากกวา 0.001
0.0022 มีระดับขนาดเทากับ 10−3 เขียนแทนดวย ∼ 10−3
=> เนื่องจากวา 0.0022 มีคาใกลกับ 0.001 มากกวา 0.01
730 มีระดับขนาดเทากับ 103 เขียนแทนดวย ∼ 103
=> เนื่องจากวา 730 มีคาใกลกบ 1,000 มากกวา 100
ั
เลขนัยสําคัญ
เปนตัวเลขที่ไดจากการวัด ตัวเลขนี้แสดงใหเห็นถึงความคลาดเคลือนของการวัด
่
เชน
5.50 cm มีเลขนัยสําคัญจํานวน 3 ตัว เลข 0 เปนตัวเลขที่คลาดเคลื่อน
0.0 1cm มีเลขนัยสําคัญจํานวน 1 ตัว เลข 1 เปนตัวเลขที่คลาดเคลื่อน
1.20 cm มีเลขนัยสําคัญจํานวน 3 ตัว เลข 0 เปนตัวเลขที่คลาดเคลื่อน
1.013cm มีเลขนัยสําคัญจํานวน 4 ตัว เลข 3 เปนตัวเลขที่คลาดเคลื่อน

4. 4
เมื่อนําเลขนัยสําคัญมาทําการบวกหรือลบกัน คําตอบที่ไดจะมีจํานวนจุดทศนิยม
เทากับจํานวนจุดทศนิยมที่นอยที่สุดของเลขนัยสําคัญที่นํามาบวกหรือลบกัน
1.00 cm + 1. 1 cm = 2. 1 cm
10.00 cm + 1.00 1 cm = 11.00 cm
10.210 cm + 1. 1 cm = 11.3 cm
เมื่อนําเลขนัยสําคัญมาคูณหรือหารกัน จํานวนตัวเลขนัยสําคัญของผลลัพธ จะ
เทากับจํานวนตัวเลขนัยสําคัญที่นอยทีสุดของเลขนัยสําคัญที่นํามาคูณหรือหาร
่
กัน
10.0cm
= 5.0cm / s
2.0s
3.0cm × 15.0cm = 45cm 2

5. 5
แบบฝกหัดทายบทที่ 1
1.1)
1.2)
1.3)
1.4)
1.5)
1.6)
จงหามิติของปริมาณตอไปนี้
ก) พลังงานจลน
ข) โมเมนตัม
ค) งาน
ง) พลังงานศักยโนมถวง
จ) ความดัน
ฉ) ความหนาแนน
จงเปลี่ยนหนวยของปริมาณเหลานี้
ก) 10.0mi / h ใหอยูในหนวย km / s
ข) 100.0cm3 ใหอยูในหนวย in3
ค) 5.0 g / cm2 ใหอยูในหนวย kg / m2
ง) 8.20in.3 ใหอยูในหนวย m3
จงหาระดับขนาดของปริมาณเหลานี้
ก) 0.005432
ข) 100.2153
ค) 0.728
ง) 0.00000000654202
จ) 4543358.006
จงคํานวณคาที่เปนเลขนัยสําคัญของปริมาณเหลานี้
ก) 0.005432 − 0.8784
ข) 3.456 / 2.0
ค) sin 30.00
ง) e2.000
จ) 2.50 ×10.00
ฉ) 701.1 + 34.5 + 0.008 + 1.1
ช) 3.3 × 2.553
ถาการกระจัดของอนุภาคมีความสัมพันธกับเวลาดังสมการ x = ct 2 มิติของ c คือ
อะไร
วัตถุอันหนึ่งมีรูปรางเปนสี่เหลี่ยมมีขนาด 1.5in. × 2.5in. × 5.5in. จงคํานวณหา
ปริมาตรของวัตถุนี้ในหนวย m3