กฏการเคลื่อนที่ของนิวตัน

แผนภาพอิสระของวัตถุ
(Free-Body Diagram, F.B.D.)

ในระบบกลศาสตร์ที่ประกอบไปด้วยมวลหลายมวล
เราสามารถแยกแผนภาพของแต่ละวัตถุอย่างอิสระได้
โดยเมื่อรวมแรงแล้วจะเท่ากับแรงทั้งระบบ

ประโยชน์ เพื่อใช้ในการวิเคราะห์และแก้ปัญหาทางกลศาสตร์
ตัวอย่างเช่น ระบบมวล A และ B บนพื้นที่ไม่มีความฝืดโดยมีแรง F มากระทำกับมวล A เราสามารถแยก F.B.D. ของมวลแต่ละก้อนได้ดังรูป

กฏการเคลื่อนที่ของนิวตัน

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน (Newton’s laws of motion) ประกอบด้วย 3 กฎคือ

กฎข้อที่ 1 (First law of motion):
วัตถุจะคงสภาพการเคลื่อนที่เดิมไว้ (หยุดนิ่ง หรือ เคลื่อนด้วยความตัวคงที่) เมื่อไม่มีแรงภายนอกที่ไม่เป็นศูนย์มากระทำต่อวัตถุนั้น เขียนเป็นสมการได้เป็น

                       

กฎข้อที่ 2 (Second law of motion):
เมื่อมีแรงภายนอกที่ไม่เป็นศูนย์มากระทำต่อวัตถุ วัตถุนั้นจะเคลื่อนที่ไปด้วยความเร่งที่มีทิศตามทิศของแรงที่มากระทำ เขียนเป็นสมการได้เป็น

                     

กฎข้อที่ 3 (Third law of motion):
ทุกแรงกิริยาย่อมมีแรงปฏิกิริยาที่มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้ามกันโดย

                

แรงชนิดต่าง ๆ ในฟิสิกส์
แรงที่เรามักจะเจอในวิชาฟิสิกส์จะประกอบด้วย

• แรงกล (mechanic force) เช่น แรงผลัก () แรงตึงเชือก ()
  
• แรงโน้มถ่วง เป็นแรงดึงดูดระหว่างสองมวลภายใต้สนามโน้มถ่วง
  
• แรงเสียดทาน (friction) เป็นแรงที่เกิดบนพื้นผิวสัมผัสของสองวัตถุที่สัมผัสกัน แบ่งออกเป็น
  

• แรงสู่ศูนย์กลาง (centrifugal force) เป็นผลมาจากแรงเสียดทานเมื่อวัตถุเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้ง ทำให้เกิดแรงที่เรียกว่า แรงสู่ศูนย์กลาง มีขนาดเป็น

               เมื่อ  คือรัศมีความโค้ง

• แรงลอยตัว (buoyant force) เป็นแรงพยุงวัตถุในของของเหลวโดยขนาดของแรงลอยตัวขึ้นกับ
  ค่าปริมาตรของวัตถุที่จมในของเหลวและค่าความหนาแน่นของของเหลวนั้น เขียนสมการได้เป็น

                    

• โมเมนต์ของแรง (monment of force) เป็นผลของแรงที่กระทำต่อวัตถุเพื่อให้วัตถุหมุนไปรอบจุดหมุน ดังนั้น โมเมนต์ของแรงก็คือ ผลคูณของแรงกับระยะตั้งฉากจากแนวแรงถึงจุดหมุน ดังสมการ

                    

    และจะต้องอยู่บนกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม โดยโมเมนต์รวมในทิศทางตามเข็มนาฬิกาจะเท่ากับโมเมนต์รวมในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา

ประสิทธิภาพของเครื่องกล

เครื่องมือกลอย่างง่ายในระบบกลศาสตร์ประกอบด้วย รอก คาน และพื้นเอียง ซึ่งสามารถหาการได้เปรียบเชิงกลเป็น

การได้เปรียบเชิงกลทางปฏิบัติ (Actual Mechanical Advantage) :
               
            

การได้เปรียบเชิงกลทางทฤษฎี (Theoretical Mechanical Advantage) :

       

ประสิทธิภาพของเครื่องกล (Efficiency) :