อาหารและสารอาหาร

อาหารและสารอาหาร

อาหาร (food) คือ สิ่งที่เรารับประทานได้โดยปลอดภัยและให้สารอาหารต่างๆ ที่เป็นประโยชน์ต่อร่างกาย ในประเทศไทยมักจำแนกเป็น 5 หมู่ หรือ 5 กลุ่ม เพื่อเป็นแนวทางให้คนไทยบริโภคอาหารที่หลากหลายและครบส่วน อาหาร 5 หมู่ ได้แก่

หมู่ที่ 1 ได้แก่ ข้าว แป้ง น้ำตาล เผือก มัน

หมู่ที่ 2 ได้แก่ เนื้อสัตว์ นม ถั่ว ไข่

หมู่ที่ 3 ได้แก่ ไขมันและน้ำมัน

หมู่ที่ 4 ได้แก่ ผัก

หมู่ที่ 5 ได้แก่ ผลไม้

สารที่เป็นองค์ประกอบในอาหาร เรียกว่า สารอาหาร (nutrient) เป็นสารที่ร่างกายสามารถใช้ประโยชน์ในการดำรงชีวิต จำแนกตามองค์ประกอบทางเคมีเป็น 6 ประเภท คือ คาร์โบไฮเดรต  โปรตีน ลิพิด วิตามิน  แร่ธาตุ และน้ำ

คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) เป็นสารอาหารหลักที่ให้พลังงานแก่ร่างกาย ส่วนใหญ่ของคาร์โบไฮเดรตที่มนุษย์ได้รับมาจากอาหารจำพวกน้ำตาลและแป้ง ซึ่งมีมากในธัญพืช ถั่ว และผักผลไม้ คาร์โบไฮเดรตประกอบด้วยธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจนและออกซิเจน  จับตัวกันเป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว  น้ำตาลโมเลกุลคู่ และคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่ การตรวจสอบน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวใช้สารละลายเบเนดิกต์ส่วนการตรวจสอบคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่พวกแป้งใช้สารละลายไอโอดีน

โปรตีน (protein) เป็นส่วนประกอบสำคัญของอวัยวะและเซลล์ทุกเซลล์ ช่วยสร้างเสริมการเจริญเติบโตและซ่อมแซมเซลล์ และเป็นสารอาหารที่ให้พลังงาน โปรตีนมีบทบาทสำคัญโดยเป็นเอนไซม์  ฮอร์โมน แอนติบอดี  อาหารที่พบโปรตีนมากได้แก่ เนื้อสัตว์  ไข่ นมและถั่ว โปรตีนประกอบด้วยธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน  ออกซิเจน และไนโตรเจน เป็นธาตุหลักจับกันเป็นกรดอะมิโน ซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดของโปรตีน กรดอะมิโนหลายโมเลกุล จับกันเป็นโปรตีนที่มีโมเลกุลใหญ่ขึ้น

ลิพิด (lipid) เป็นสารอาหารที่มีสมบัติไม่รวมตัวกับน้ำ ให้พลังงานสูง ช่วยในการดูดซึมวิตามินบางชนิด ในร่างกายพบใต้ผิวหนัง และรอบอวัยวะภายในต่างๆ ลิพิดมีหลายประเภท เช่น ไขมัน (fat) น้ำมัน (oil) คอเลสเทอรอล (cholesterol) เป็นต้น ลิพิดในอาหารมักเป็นสารประกอบประเภทเอสเตอร์ เช่น ไตรกลีเซอไรด์  (triglyceride) ประกอบด้วยกลีเซอรอลและกรดไขมัน กรดไขมันประกอบด้วยธาตุคาร์บอนและไฮโดรเจน

วิตามิน (vitamin) เป็นสารอินทรีย์ที่มีความสำคัญต่อการทำงานของระบบต่างๆ ร่ายกายต้องการปริมาณไม่มาก แต่เมื่อขาดวิตามิน จะส่งผลให้เกิดภาวะผิดปกติเนื่องจากความบกพร่องของกระบวนการเคมีในร่างกาย แหล่งที่พบ ความสำคัญ ตลอดจนผลจากการขาดวิตามินชนิดต่างๆ ศึกษาได้จากตารางต่อไปนี้

 

ตาราง แสดงแหล่งอาหาร ความสำคัญและผลจากการขาดวิตามินชนิดต่างๆ

วิตามิน

แหล่งอาหาร

ความสำคัญ

ผลจากการขาด

ละลายในลิพิด

เรตินอล

(A)

ตับ  น้ำมันตับปลา ไข่ นม เนย ผักและผลไม้ที่มีสีเขียว
และเหลือง

ช่วยในการเจริญเติบโต
บำรุงสายตา

เด็กไม่เจริญเติบโต

ผิวหนังแห้ง หยาบ
มองไม่เห็นในที่สลัว

แคลซิเฟอรอล

(D)

นม เนย ไข่ ตับ

น้ำมันตับปลา

จำเป็นในการสร้างกระดูกและฟัน  ช่วยเพิ่มอัตราการดูดซึมแคลเซียมและฟอสฟอรัส

โรคกระดูกอ่อน

แอลฟา โทโคเฟอรอล

(E)

ผักสีเขียว น้ำมันจากพืช เช่น น้ำมันรำ  น้ำมันถั่วเหลือง

ทำให้เม็ดเลือดแดงแข็งแรง

และไม่เป็นหมัน

โรคโลหิตจาง หญิงมีครรภ์อาจทำให้แท้งได้ ผู้ชายอาจเป็นหมัน

แอลฟา ฟิลโลควิโนน

(K)

ผักสีเขียว  ตับ

ช่วยในการแข็งตัวของเลือด

เลือดแข็งตัวช้ากว่าปกติ

ละลายในน้ำ

ไทอามีน

(B1)

ข้าวซ้อมมือหรือข้าวกล้อง

เนื้อสัตว์ ตับ ถั่ว ไข่

ช่วยบำรุงระบบประสาท
และการทำงานของหัวใจ

โรคเหน็บชา

เบื่ออาหาร อ่อนเพลีย

ไรโบเฟลวิน

(B2)

ตับ  ไข่ ถั่ว  นม  ยีสต์

ช่วยให้การเจริญเติบโตเป็นไปอย่างปกติ  ทำให้ผิวหน้า  ลิ้น  ตามีสุขภาพดี  แข็งแรง

โรคปากนกกระจอก

ผิวหนังแห้งและแตก  ลิ้นอักเสบ

ไนอาซิน

(B3)

เนื้อสัตว์ ตับ ถั่ว  ข้าวซ้อมมือหรือข้าวกล้อง  ยีสต์

ช่วยในการทำงานของระบบประสาท กระเพาะอาหาร ลำไส้ จำเป็นสำหรับสุขภาพของผิวหนัง  ลิ้น

เบื่ออาหาร  อ่อนเพลีย  ผิวหนังเป็นผื่นแดง  ต่อมาสีจะคล้ำหยาบ  และอักเสบเมื่อถูกแสงแดด

ไพริดอกซิน

(B6)

เนื้อสัตว์  ตับ  ผัก ถั่ว

ช่วยการทำงานของ
ระบบย่อยอาหาร

เบื่ออาหาร

ผิวหนังเป็นแผล

มีอาการทางประสาท

ไซยาโนโคบาลามิน

(B12)

ตับ ไข่  เนื้อปลา

จำเป็นสำหรับการสร้าง
เม็ดเลือดแดง  ช่วยให้การเจริญ

เติบโตในเด็กเป็นไปตามปกติ

โรคโลหิตจาง  ประสาทเสื่อม

กรดแอสคอร์บิก

(C)

ผลไม้และผักต่างๆ เช่น มะขามป้อม ผลไม้จำพวกส้ม มะละกอ ฝรั่ง กล้วยน้ำว้า       มะเขือเทศ คะน้า กะหล่ำปลี

ทำให้หลอดเลือดแข็งแรง
ช่วยรักษาสุขภาพ
ของฟันและเหงือก

โรคเลือดออกตามไรฟัน

หลอดเลือดฝอยเปราะ

เป็นหวัดง่าย

 

แร่ธาตุ (mineral) เป็นสารอนินทรีย์ที่ร่างกายจำเป็นต้องมีอยู่ในระดับที่เหมาะสมจึงจะสามารถทำงานได้ แร่ธาตุยังเป็นส่วนประกอบของสารหลายชนิดที่มีความสำคัญต่อการทำหน้าที่ของเซลล์และอวัยวะ  แร่ธาตุแต่ละชนิดมีความจำเป็นต่อการทำงานของร่างกายแตกต่างกันและมีอยู่ในแหล่งอาหารต่างชนิดกัน ดังแสดงในตารางต่อไปนี้

ตาราง แสดงแหล่งอาหาร ความสำคัญและผลของการขาดแร่ธาตุบางชนิด

แร่ธาตุ

แหล่งอาหาร

ความสำคัญ

ผลจากการขาด

แคลเซียม

นม  เนื้อ ไข่ ผักสีเขียวเข้ม

สัตว์ที่กินทั้งเปลือกและกระดูก เช่น กุ้งแห้ง ปลา

เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของกระดูกและฟัน ช่วยในการแข็งตัวของเลือด  ช่วยในการทำงานของประสาทและกล้ามเนื้อ

เด็กเจริญเติบโตไม่เต็มที่    ในหญิงมีครรภ์จะทำให้ฟันผุ

ฟอสฟอรัส

นม เนื้อสัตว์ ไข่ ถั่ว

ผักบางชนิด เช่น เห็ดมะเขือเทศ

ช่วยในการสร้างกระดูกและฟัน

การดูดซึมคาร์โบไฮเดรต

การสร้างเซลล์ประสาท

อ่อนเพลีย

กระดูกเปราะและแตกง่าย

ฟลูออรีน

ชา อาหารทะเล

เป็นส่วนประกอบของสารเคลือบฟัน  ทำให้กระดูกและฟันแข็งแรง ป้องกันฟันผุ

ฟันผุง่าย

แมกนีเซียม

อาหารทะเล

ถั่ว นม ผักสีเขียว

เป็นส่วนประกอบของเลือด และกระดูก ช่วยในการทำงานของระบบประสาทและกล้ามเนื้อ

เกิดความผิดปกติของระบบ

ประสาทและกล้ามเนื้อ

โซเดียม

เกลือแกง ไข่ นม

ควบคุมปริมาณน้ำในเซลล์

ให้คงที่

เกิดอาการคลื่นไส้

เบื่ออาหาร ความดันเลือดต่ำ

เหล็ก

ตับ เนื้อสัตว์ ถั่ว ไข่

ผักสีเขียว

เป็นส่วนประกอบของเอนไซม์บางชนิดและฮีโมโกลบิน
ในเม็ดเลือดแดง

โลหิตจาง  อ่อนเพลีย

ไอโอดีน

อาหารทะเล  เกลือสมุทร

เกลือเสริมไอโอดีน

เป็นส่วนประกอบของฮอร์โมนไทรอกซิน ซึ่งผลิตจาก
ต่อมไทรอยด์

ในเด็กทำให้สติปัญญาเสื่อม  ร่างกายแคระแกรน ในผู้ใหญ่
จะทำให้เป็นโรคคอพอก

 

น้ำ (water) เป็นสารอาหารที่เป็นส่วนประกอบของเซลล์ทุกเซลล์ในร่างกาย ช่วยในการนำของเสียออกจากร่างกายและช่วยในการควบคุมอุณหภูมิ  ร่างกายได้รับน้ำโดยการดื่มน้ำและจากอาหาร

ในอาหารแต่ละชนิดอาจมีสารอาหารองค์ประกอบหลายอย่าง ยกตัวอย่างเช่น ข้าว มีคาร์โบไฮเดรตเป็นส่วนประกอบหลัก แต่ก็มีทั้งโปรตีน ลิพิด วิตามิน แร่ธาตุ และน้ำอยู่ด้วยในปริมาณเล็กน้อย ทั้งนี้อาหารต่างชนิดกันจะมีส่วนประกอบของสารอาหารต่างกัน ทั้งชนิดและปริมาณ

ผลที่เกิดขึ้นกับวัตถุเมื่อแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเท่ากับศูนย์

ผลที่เกิดขึ้นกับวัตถุเมื่อแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเท่ากับศูนย์

 

14398107_1783200475293428_719991045_n

แรง มวล และกฎการเคลื่อนที่ของวัตถุ
สภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุแบ่งเป็น2 ประเภทคือ
สภาพการเคลื่อนที่คงเดิม หมายถึง อาการที่วัตถุอยู่นิ่งหรือมีความเร็วคงที่ เช่น นักเรียนคนหนึ่งยืนอยู่นิ่งๆบนพื้น เป็นต้น                         สภาพการเคลื่อนที่เปลี่ยนแปลงหมายถึงอาการที่วัตถุมีการเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง เช่น นักเรียนคนหนึ่งกำลังออกวิ่งรถยนต์กำลังเบรกกะทันหัน เป็นต้น
สภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุมีองค์ประกอบดังนี้                
1. แรง
ในชีวิตประจำวัน ทุกคนออกแรงกระทำต่อวัตถุต่างๆกัน เช่น ดันประตู หิ้วกระเป๋า ยกหนังสือ เข็นรถ เป็นต้น การออกแรงดังกล่าวจะบอกขนาดของแรงว่ามากหรือน้อย มักใช้ความรู้สึกเข้าช่วย เช่น รู้สึกว่ายกหนังสือออกแรงน้อยกว่าเข็นรถ การบอกขนาดของแรงดังกล่าวจะได้ข้อมูลไม่เที่ยงตรง ส่วนการบอกขนาดของแรงในทางฟิสิกส์นั้นจะบอกจากผลของแรง ได้แก่ มวลวัตถุ และการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุ เพราะแรงสามารถทำให้วัตถุเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ได้(โดยกำหนดให้ขนาดของแรง 1 นิวตันคือ ขนาดแรงที่ทำให้มวล 1 กิโลกรัมเคลื่อนที่ไปตามแนวแรงด้วยความเร่ง 1 เมตร/วินาที2 )
1.1 แรงเสียดทาน
แรงเสียดทาน(friction)  หมายถึง  แรงที่ต่อต้านการเคลื่อนที่
1.2 ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเสียดทาน
1.2.1. มวลของวัตถ วัตถุที่มีมวลมากจะกดทับลงบนพื้นผิวมาก จะมีแรงเสียดทานมากกว่าวัตถุที่มีมวลน้อยซึ่งจะกดทับลงบนพื้นผิวน้อย  เช่น การวิ่งของนักกีฬา คนที่มีมวลมากจะมีแรงเสียดทานมากกว่าคนที่มีมวลน้อย
การเคลื่อนที่ของวัตถุโดยเกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุกับผิวของพื้น  แรงเสียดทานมีทิศตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ
1.2.2.ลักษณะผิวสัมผัส  ผิวสัมผัสที่เรียบจะเกิดแรงเสียดทานน้อยกว่าผิวสัมผัสที่ขรุขระ
1.2.3.ชนิดของวัตถุ  ยางมีแรงเสียดทานมากกว่าไม้
1.3.ประเภทของแรงเสียดทาน
จำแนกประเภทของแรงเสียดทานตามลักษณะการเคลื่อนที่ของวัตถุได้ 2 ประเภท คือ
1.3.1.แรงเสียดทานสถิต(StaticFriction)คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุยังไม่เคลื่อนที่( อยู่นิ่ง) จนกระทั่งวัตถุเริ่มเคลื่อนที่ เช่น  ออกแรงผลักรถแล้วรถยังอยู่นิ่ง  เป็นต้น
แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นนี้จะเท่ากับแรงที่มากระทำและมีค่าสูงสุดเมื่อวัตถุเริ่มจะเคลื่อนที่
1.3.2.แรงเสียดทานจลน์(KineticFriction)คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุขณะที่วัตถุกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว  เช่น  การกลิ้งของวัตถุ  การลื่นไถลของวัตถุและการไหลของวัตถุ เป็นต้น
แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นนี้จะเท่ากับแรงที่มากระทำ   ซึ่งค่าของแรงเสียดทานจลน์จะน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตเสมอสำหรับผิวสัมผัสเดียวกัน
1.4.สัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน(coefficientoffriction)เป็นค่าตัวเลขที่แสดงถึงการเกิดแรงเสียดทานขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุชนิดใช้สัญลักษณ์แทนด้วยตัวอักษร (มิว)
  1. มวล
มวล คือปริมาณของวัตถุที่ต้านการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุ มวลเป็นปริมาณ สเกลาร์ มีหน่วยวัดเป็นกิโลกรัม(kg) (วัตถุที่อยู่นิ่ง จะต้านความพยายามที่จะทำให้วัตถุนั้นเคลื่อนที่ ในทำนองเดียวกัน วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่อยู่แล้ว ก็จะต้านความพยายามที่จะทำให้วัตถุนั้นหยุดนิ่ง วัตถุมวลมากจะต้านได้มาก วัตถุมวลน้อยจะต้านได้น้อย)
เซอร์ไอแซกนิวตัน (Sir Isaac Newton) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้ศึกษาธรรมชาติของแรงที่มีผลต่อสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุ และได้ตั้งกฎการเคลื่อนที่ 3 ข้อ เพื่ออธิบายถึงสภาพการเคลื่อนที่และการเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุ ดังต่อไปนี้
ตามกฎบอกการเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุไว้ว่า                          ถ้ามีวัตถุวางนิ่งอยู่บนพื้นราบแล้วไม่มีแรงภายนอกอื่นมากระทำต่อวัตถุ วัตถุจะยังคงหยุดนิ่งเช่นนั้นต่อไป หรือถ้าให้แรงสองแรงมากระทำต่อวัตถุโารเคลื่อนที่ข้อที่ 1    ของนิวตันได้ให้ความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับการเปลีดยแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งเป็นผลให้แรงลัพธ์เป็นศูนย์ จะพบว่าวัตถุจะยังคงสภาพหยุดนิ่งเช่นเดิม จึงสามารถสรุปได้ว่า “ถ้าไม่มีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ หรือแรงลัพธ์ที่มากระทำมีค่าเป็นศูนย์ วัตถุจะไม่เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่” เช่น ถ้าวัตถุหยุดนิ่งก็จะหยุดนิ่งต่อไป ถ้ากำลังเคลื่อนที่ก็จะเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วคงตัว (a = 0) โดยมีความสัมพันธ์ตามสมการ
ความสัมพันธ์ของแรงที่กระทำกับสภาพของวัตถุตามกฎข้อที่ 1 ของนิวตัน
กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 ของนิวตันนี้ เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า กฎความเฉื่อย(Inertia Law) หมายความว่า วัตถุจะพยายามรักษาสภาพเดิมของมันเอาไว้ เช่น หยุดนิ่งก็จะพยายามรักษาการนิ่งเอาไว้ ถ้าเดิมเคลื่อนที่อยู่ด้วยความเร็วคงตัวเท่าใดก็จะพยายามรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวนั้นไว้ แต่การที่วัตถุจะรักษาสภาพเดิมของมันไว้ได้ดีมากน้อยเพียงใด ก็ขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุนั้น โดยวัตถุที่มีมวลมากจะรักษาสภาพการเคลื่อนที่ได้มากกว่าวัตถุที่มีมวลน้อย นั่นคือ วัตถุที่มีมวลมากจะทำให้หยุดได้ง่ายกว่าวัตถุที่มีมวลน้อย
    จากการศึกษาพบว่าวัตถุเมื่อถูกแรงภายนอกที่มีค่าไม่เป็นศูนย์มากระทำ และแรงภายนอกนั้น
มีค่ามากพอ จะทำให้วัตถุเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่จากเดิมเช่นถ้าเดิมวัตถุหยุดนิ่งเมื่อถูกแรงภายนอก
กกระทำจะ
ส่งผลให้วัตถุเคลื่อนที่หรือเดิมถ้าวัตถุเคลื่อนที่อยู่แล้วเมื่อถูกแรงภายนอกกระทำก็จะส่งผลให้วัตถุเคลื่อนที่เร็วขึ้นหรือช้าลงหรือหยุดนิ่งก็ได้ซึ่งการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่เดิมของวัตถุจะมากหรือน้อยจึงขึ้นกับ  ปริมาณของแรงภายนอกที่มากระทําต่อวัตถุและมวลของวัตถุ
นิวตันได้ให้ความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุไว้ว่า “ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมีค่าไม่เป็นศูนย์ วัตถุจะเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่” นั่นคือ ความเร็วของวัตถุอาจจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงหรืออาจเปลี่ยนแปลงทิศทางการเคลื่อนที่ เรียกว่า“วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง”
เมื่อแรงลัพธ์ที่กระทำมีค่าไม่เป็นศูนย์จะเกิดการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่
จากรูปจะเห็นว่าแรงรวมทางด้านขวามือมีค่ามากกว่าแรงรวมทางด้านซ้ายมือจึงทำให้เกิด
การเคลื่อนที่ไปทางขวามือด้วยความเร่งค่าหนึ่ง โดยความเร่งนี้จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับขนาดของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุและมวลของวัตถุ
จากความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวล และความเร่งข้างต้น สามารถสรุปเป็น “กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 2 ของนิวตัน” ได้ว่า “เมื่อมีแรงลัพธ์ที่มีขนาดไม่เป็นศูนย์มากระทำกับวัตถุ จะทำให้วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่งในทิศทางเดียวกับแรงลัพธ์ที่มากระทำ และขนาดของความเร่งจะแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์ และแปรผกผันกับมวลของวัตถุ” โดยมีความสัมพันธ์ตามสมการ
ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 และ 2 ของนิวตันเป็นการอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุ เมื่อแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ นอกจากนี้นิวตันยังพบว่าในขณะที่มีแรงกระทำต่อวัตถุ วัตถุจะออกแรงโต้ตอบต่อแรงที่มากระทำนั้นโดยทันทีทันใด เช่น ถ้าเรายืนบนสเก็ตบอร์ดหันหน้าเข้าหาผนังแล้วออกแรงผลักฝาผนัง เราจะเคลื่อนที่ออกจากฝาผนัง การที่เราสามารถเคลื่อนที่ได้แสดงว่าจะต้องมีแรงจากฝาผนังกระทำต่อเรา ถ้าเราผลักฝาผนังด้วยขนาดแรงมากขึ้น แรงที่ฝาผนังกระทำกับเราก็มากขึ้นตามไปด้วย โดยเราจะเคลื่อนที่ออกห่างจากผนังเร็วขึ้น หรือเมื่อเราออกแรงดึงเครื่องชั่งสปริง เราจะมีความรู้สึกว่าเครื่องชั่งสปริงก็ดึงมือเราด้วย และถ้าเราดึงเครื่องชั่งสปริงด้วยแรงมากเท่าใด เครื่องชั่งสปริงก็จะดึงเรากลับด้วยแรงที่มีขนาดเท่ากับแรงที่เราดึงแต่มีทิศตรงกันข้าม
จากตัวอย่างและลักษณะการเกิดแรงกระทำระหว่างวัตถุที่กล่าวไว้ด้านบน ทำให้สามารถสรุปได้ว่า เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุหนึ่ง วัตถุนั้นจะออกแรงโต้ตอบในทิศตรงกันข้ามกับแรงที่มากระทำ แรงทั้งสองนี้เกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ เราเรียกแรงที่มากระทำต่อวัตถุว่า “แรงกิริยา(Action Force) และเรียกแรงที่วัตถุโต้ตอบต่อแรงที่มากระทำว่า “แรงปฏิกิริยา” (Reaction Force) และแรงทั้งสองนี้รวมเรียกว่า “แรงคู่กิริยา – ปฏิกิริยา” (Action – Reaction Pair)
จากการศึกษาพบว่า แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยามีขนาดเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงกันข้ามเสมอ นิวตันได้สรุปความสัมพันธ์ระหว่างแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาไว้เป็นกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3 ของนิวตัน ซึ่งมีใจความว่า “ทุกแรงกิริยาจะต้องมีแรงปฏิกิริยาที่มีขนาดเท่ากันและทิศตรงข้ามกันเสมอ” ตามความสัมพันธ์ต่อไปนี้
แรงคู่กิริยา – ปฏิกิริยาที่กระทำระหว่างคนและโลก เมื่อคนยืนอยู่บนผิวโลก
จากรูปสามารถสรุปได้ว่า
  1. แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาจะเกิดพร้อมกันเสมอ
  2. แรงคู่กิริยา – ปฏิกิริยาเป็นแรงที่กระทำต่อวัตถุคนละวัตถุกัน ดังนั้นแรงคู่นี้จึงรวมกันไม่ได้
  3. แรงคู่กิริยา – ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้ทั้งกรณีที่วัตถุสัมผัสกันหรือไม่สัมผัสกันก็ได้

    ที่มา : https://docs.google.com/document/d/1FGEfhIAiz8WKlxrk3YHfyY49WjgNr0k1ZbaxtyKxjSw/edit?hl=th#

ขนาดและทิศทางของเเรง

ขนาดและทิศทางของเเรง

 

14384055_1783198521960290_480207038_nแรงและชนิดของแรง


ความหมายของแรง

แรง หมายถึง อำนาจภายนอกที่สามารถทำให้วัตถุเปลี่ยนสถานะได้ เช่นทำให้วัตถุที่อยู่นิ่งเคลื่อนที่ไป ทำให้วัตถุที่เคลื่อนที่อยู่แล้วเคลื่อนที่เร็วหรือช้าลง ทำให้วัตถุมีการเปลี่ยนทิศตลอดจนทำให้วัตถุมีการเปลี่ยนขนาดหรือรูปทรงไปจากเดิมได้แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ที่มีทั้งขนาดและทิศทางการรวมหรือหักล้างกันของแรงจึงต้องเป็นไปตามแบบเวกเตอร์

เวกเตอร์ของแรง

ปริมาณบางปริมาณที่ใช้กันอยู่ในชีวิตประจำวันบอกเฉพาะขนาดเพียงอย่างเดียวก็ได้ความหมายสมบูรณ์แล้ว แต่บางปริมาณจะต้องบอกทั้งขนาดและทิศทางจึงจะได้ความหมายที่สมบูรณ์ ปริมาณในทางฟิสิกส์แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

1. ปริมาณสเกลาร์ (scalar quantity) คือ ปริมาณที่บอกแต่ขนาดอย่างเดียวก็ได้ความหมายที่สมบูรณ์ โดยไม่ต้องบอกทิศทาง เช่น เวลา ระยะทาง มวล พลังงาน งาน ปริมาตร ฯลฯ ในการหาผลลัพธ์ของปริมาณสเกลาร์ทำได้โดยอาศัยหลักทางพีชคณิต คือ ใช้วิธีการบวก ลบ คูณ หาร

2. ปริมาณเวกเตอร์ (vector quantity) คือ ปริมาณที่ต้องการบอกทั้งขนาดและทิศทางจึงจะได้ความหมายที่สมบูรณ์ เช่น ความเร็ว ความเร่ง การกระจัด โมเมนตัม แรง ฯลฯ

ลักษณะที่สำคัญของปริมาณเวกเตอร์

1. สัญลักษณ์ของปริมาณเวกเตอร์ การแสดงขนาดและทิศทางของปริมาณเวกเตอร์จะใช้ลูกศรแทน โดยขนาดของปริมาณเวกเตอร์แทนด้วยความยาวของลูกศรและทิศทางของปริมาณเวกเตอร์แทนด้วยทิศทางของหัวลูกศร สัญลักษณ์ของปริมาณเวกเตอร์ ใช้ตัวอักษรมีลูกศรครึ่งบนชี้จากซ้ายไปขวาแสดงปริมาณเวกเตอร์ ดังรูป

จากรูป เวกเตอร์ A มีขนาด 4 หน่วย ไปทางทิศตะวันออก

เวกเตอร์ B มีขนาด 3 หน่วย ไปทางทิศใต้

2. เวกเตอร์ที่เท่ากัน เวกเตอร์ 2 เวกเตอร์จะเท่ากันก็ต่อเมื่อมีขนาดเท่ากันและทิศทางไปทางเดียวกัน ดังรูป

จากรูป เวกเตอร์ A เท่ากับ เวกเตอร์ B เขียนเป็นสัญลักษณ์

เวกเตอร์ C เท่ากับ เวกเตอร์ D เขียนเป็นสัญลักษณ์

3. เวกเตอร์ตรงข้ามกัน เวกเตอร์ 2 เวกเตอร์จะตรงข้ามกันก็ต่อเมื่อ เวกเตอร์ทั้งสองมีขนาดเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงข้ามกัน ดังรูป

จากรูป เวกเตอร์ A ตรงข้ามกับเวกเตอร์ B เขียนเป็นสัญลักษณ์ ได้ว่า

เวกเตอร์ C ตรงข้ามกับเวกเตอร์ D เขียนเป็นสัญลักษณ์ ได้ว่า

ข้อควรทราบ ในการหาผลลัพธ์ของปริมาณเวกเตอร์ ทำได้โดยอาศัยวิธีการทางเวกเตอร์ ซึ่งต้องหาผลลัพธ์ทั้งขนาดและทิศทาง การหาผลลัพธ์ของแรงหลายแรง การรวมแรงซึ่งมีหลายแรงเพื่อจะหาแรงลัพธ์เพียงแรงเดียว นิยมใช้สัญลักษณ์ เรียกว่า

แทน เพื่อรวมผลบวกที่มีแรงหลายๆ ค่า เช่น

กระทำพร้อม ๆ กันที่จุดเดียว ดังนี้

การรวมแรง คือ การหาค่าแรงลัพธ์ () ของแรงย่อยทั้งหมด มีวิธีการหาเหมือนกันกับเวกเตอร์ลัพธ์ เพราะแรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งอาจสรุปวิธีการหาแรงลัพธ์ได้ดังนี้

1. โดยวิธีการวาดรูปแบบหางต่อหัว การหาแรงลัพธ์ด้วยวิธีการนี้ทำได้โดยนำหางของแรงที่สองไปต่อกับหัวลูกศรของแรงแรกและนำหางของแรงที่สามไปต่อกับหัวของแรงที่สอง ทำเช่นนี้ไปเรื่อยๆ จนครบทุกแรง แรงลัพธ์ที่ได้ คือ แรงที่ลากจากหางของแรงแรกไปยังหัวของแรงสุดท้าย ดังรูป

2. โดยวิธีการคำนวณ ใช้หาแรงลัพธ์ของแรงย่อยที่มี 2 แรง

1) แรงสองแรงไปในทางเดียวกัน แรงลัพธ์มีขนาดเท่ากับผลบวกของแรงทั้งสอง ส่วนทิศทางของแรงลัพธ์ไปทิศทางเดียวกับแรงทั้งสอง ดังรูป

ผลของแรงลัพธ์ต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุ

วัตถุต่างๆ เมื่อมีแรงมากระทำ วัตถุจะมีการเปลี่ยนแปลงสภาพเดิมใน 3 ลักษณะ คือ

1. มีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่ง

2. มีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว

3. มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและขนาด

เมื่อแรงที่กระทบต่อวัตถุแตกต่างกัน ย่อมทำให้ผลของการเปลี่ยนแปลงแตกต่างกันไปด้วย ถ้าแรงที่กระทำมีค่ามาก การเปลี่ยนแปลงซึ่งเป็นผลของแรงนั้นย่อมมีการเปลี่ยนแปลงมากด้วย

ในชีวิตประจำวัน การที่วัตถุมีการเปลี่ยนแปลงต่างๆ จะเกิดจากอิทธิพลของแรง แรงที่พบตามธรรมชาติมีอยู่มากมายหลายชนิด ซึ่งก็มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของวัตถุได้แตกต่างกัน

ข้อควรทราบ

– แรงที่กระทำไปในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ จะทำให้วัตถุมีความเร็วเพิ่มขึ้น

– แรงที่กระทำไปในทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ จะทำให้วัตถุมีความเร็วลดลง

การเคลื่อนที่

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

เซอร์ไอแซก นิวตัน (Sir Issac Newton) นักฟิสิกส์ ชาวอังกฤษ ได้สรุปเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุทั้งที่อยู่ในสภาพอยู่นิ่งและในสภาพเคลื่อนที่เป็นกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน ซึ่งสามารถทำให้เราเข้าใจการเคลื่อนที่ต่างๆ ได้ทั้งหมด กฎของนิวตันมี 3 ข้อ ได้แก่

1. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งของนิวตัน หรืออาจเรียกว่า กฎแห่งความเฉื่อย (inertia law) กล่าวว่า “วัตถุจะคงสภาพอยู่นิ่ง หรือสภาพเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวในแนวตรง นอกจากจะมีแรงลัพธ์ซึ่งมีค่าไม่เป็นศูนย์มากระทำ” หรือสรุปเป็นสมการ ดังนี้

จากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 ของนิวตันอธิบายได้ว่า ถ้ามีวัตถุวางนิ่งอยู่บนพื้นราบแล้วไม่มีแรงใดมากระทำต่อวัตถุ วัตถุก็ยังคงอยู่นิ่งเช่นเดิมต่อไป หรือถ้ามีแรงสองแรงมากระทำต่อวัตถุโดยแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้ามกันจะพบว่า วัตถุยังคงหยุดนิ่งเช่นเดิม จึงสรุปได้ว่า “วัตถุที่อยู่นิ่งถ้าไม่มีแรงภายนอก อื่นใดมากระทำต่อวัตถุหรือมีแรงภายนอกหลายแรงมากระทำต่อวัตถุ แต่แรงลัพธ์เหล่านั้นเป็นศูนย์แล้ววัตถุนั้นยังคงรักษาสภาพนิ่งไว้อย่างเดิม” ดังรูป

หรือถ้าพิจารณาวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่บนพื้นระดับราบลื่นซึ่งไม่มีแรงภายนอกใดมากระทำต่อวัตถุ วัตถุก็จะรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวค่าหนึ่ง หรือถ้าให้แรงสองแรงมากระทำต่อวัตถุขณะวัตถุกำลังเคลื่อนที่ โดยแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันแต่มีทิศทางตรงข้ามกัน จะพบว่า วัตถุยังคงรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวนั้นต่อไป จึงสรุปได้ว่า ” วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วค่าหนึ่งถ้าไม่มีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ หรือถ้ามีแรงภายนอกหลายแรงมากระทำต่อวัตถุแต่แรงลัพธ์ของแรงเหล่านั้นเป็นศูนย์แล้ว วัตถุนั้นยังคงรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวนั้นตลอดไป” ดังรูป

จากที่กล่าวมาแล้วข้างต้นสามารถสรุปได้ว่า “ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์วัตถุจะไม่เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่กล่าวคือ ถ้าเดิมวัตถุอยู่นิ่งก็จะอยู่นิ่งตลอดไปแต่ถ้าเดิมวัตถุกำลังเคลื่อนที่อยู่ด้วยความเร็วค่าหนึ่งวัตถุนั้นก็จะยังคงเคลื่อนที่ต่อไปในแนวตรงตามทิศทางเดิมด้วยความเร็วคงตัวนั้นตลอดไป”

2. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน หรืออาจเรียกว่า กฎแห่งความเร่ง ถ้ามวลของวัตถุคงตัวแต่เปลี่ยนขนาดของแรง (F) ให้มากขึ้น ความเร่ง (a) ของวัตถุก็จะมากขึ้นด้วยจึงสรุปได้ว่า ขนาดของความเร่งแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ เมื่อมวลคงตัวเขียนเป็นสัญลักษณ์ได้ว่า

และถ้าแรงลัพธ์ (F) ที่กระทำต่อวัตถุคงตัว แต่ถ้าเปลี่ยนมวล (m)ให้มากขึ้น ความเร่ง (a) ของวัตถุก็จะลดลง จึงสรุปได้ว่า ขนาดของความเร่งแปรผกผันกับมวลของวัตถุ เขียนเป็นสัญลักษณ์ได้ว่า

จากข้างต้นสรุปได้ว่า ความเร่ง (a) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรง (F) ดังนั้นอัตราส่วนของแรงกับความเร่งจะเป็นค่าคงที่ซึ่งตรงกับมวล (m) ของวัตถุ เขียนเป็นความสัมพันธ์จะได้

ดังนั้น จึงสรุปเป็นกฎข้อที่สองของนิวตัน ได้ว่า “เมื่อมีแรงลัพธ์ซึ่งมีขนาดไม่เป็นศูนย์มากระทำต่อวัตถุ จะทำให้วัตถุเกิดความเร่งในทิศเดียวกับแรงลัพธ์ที่มากระทำ และขนาดของความเร่งจะแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์และจะแปรผกผันกับมวลของวัตถุ”

ตัวอย่างที่ 1 ถ้าออกแรง 8 นิวตัน กระทำกับวัตถุมวล 32 กิโลกรัม วัตถุจะมีความเร่งเท่าใด

 

ตัวอย่างที่ 2 มวล 10 กิโลกรัม ต้องการให้เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง 6 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง จะต้องออกแรงกระทำเท่าใด

3. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน จากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งและสองของนิวตันจะอธิบายสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุเมื่อมีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ ซึ่งจากการศึกษาในขณะที่มีแรงมากระทำต่อวัตถุ วัตถุจะออกแรงโต้ตอบต่อแรงที่มากระทำนั้นด้วย เช่น เมื่อเราออกแรงดึงเครื่องชั่งสปริง เราจะรู้สึกว่าเครื่องชั่งสปริงก็ดึงมือเราด้วยและยิ่งเราออกแรงดึงเครื่องชั่งสปริงด้วยแรงมากขึ้นเท่าใดเราก็จะรู้สึกว่าเครื่องชั่งสปริงยิ่งดึงมือเราไปมากขึ้นเท่านั้น ดังรูป

จากตัวอย่างจะพบว่า เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุหนึ่ง วัตถุนั้นก็จะออกแรงโต้ตอบในทิศทางตรงข้ามกับแรงที่มากระทำ ซึ่งแรงทั้งสองแรงนี้จะเกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ เราเรียกแรงที่มากระทำต่อวัตถุว่า “แรงกิริยา” (action force) และเรียกแรงที่วัตถุโต้ตอบต่อแรงที่มากระทำว่า “แรงปฏิกิริยา” (reaction force) แรงทั้งสองนี้จึงเรียกรวมกันว่า “แรงกิริยา-แรงปฏิกิริยา” (action-reaction) จึงสรุปความสัมพันธ์ระหว่างแรงกิริยากับแรงปฏิกิริยาได้เป็นกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3 ของนิวตัน ได้ว่า “แรงกิริยาทุกแรงต้องมีแรงปฏิกิริยาซึ่งมีขนาดเท่ากันและทิศทางตรงข้ามกันเสมอ”หรือ action = reaction หมายความว่า เมื่อมีแรงกิริยากระทำต่อวัตถุใดก็จะมีแรงปฏิกิริยาจากวัตถุนั้นโดยมีขนาดแรงเท่ากันแต่กระทำกับวัตถุคนละก้อนเสมอ จึงนำแรงกิริยามาหักล้างกับแรงปฏิกิริยาไม่ได้ เช่น กรณีรถชนสุนัข แรงกิริยา คือ แรงที่รถชนสุนัข จึงทำให้สุนัขกระเด็นไป ในขณะเดียวกันจะมีแรงปฏิกิริยา ซึ่งเป็นแรงที่สุนัขชนรถ จึงทำให้รถบุบ จะเห็นว่าเสียหายทั้ง 2 ฝ่าย แสดงว่าแรงไม่หักล้างกัน ดังรูป

ข้อควรจำ ลักษณะสำคัญของแรงกิริยาแรงปฏิกิริยา

1. จะเกิดขึ้นพร้อมๆกันเสมอ

2. มีขนาดเท่ากัน

3. มีทิศทางตรงข้ามกัน

4. กระทำต่อวัตถุคนละก้อน

ที่มา : https://sites.google.com/site/tukbenz/ray-laxeiyd-neuxha/khwam-hmay-khxng-khnad-laea-thisthang-khxng-raeng

แรงที่กระทำต่อวัตถุ

แรงที่กระทำต่อวัตถุ

 

14383976_1783197371960405_1431376101_nแรง (force) เป็นสิ่งที่ทำให้วัตถุเปลี่ยนรูปร่าง เปลี่ยนทิศทาง เกิดการเคลื่อนที่หรือหรือหยุดนิ่งได้ แรงสามารถเปลี่ยนความเร็วของวัตถุได้ หรือกล่าวได้ว่าแรงทำให้วัตถุเกิดความเร่ง

ถ้ามีแรงขนาดเท่ากันกระทำต่อวัตถุในทิศทางตรงกันข้าม อาจจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและขนาดของวัตถุ แต่ไม่มีการเคลื่อนที่ของวัตถุ

ลักษณะของแรง แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ มีทั้งขนาดและทิศทาง มีหน่วยเป็นนิวตัน (N) ใช้สัญลักษณ์ F เขียนแทนแรง การเขียนสัญลักษณ์ของแรงที่บอกทิศทางของแรงด้วยนั้น จะใช้ความยาวของเส้นตรงแทนขนาด และใช้หัวลูกศรแทนทิศทางของแรง เรียกว่า เวกเตอร์ของแรง

ใบความรู้ เรื่อง แรงแบบต่างๆ

แรงเคลื่อนที่และตำแหน่งของวัตถุ 

การเคลื่อนที่ของวัตถุมีการเคลื่อนที่แบบต่างๆ เช่น การเคลื่อนที่ในแนวตรง แนวโค้ง และการเคลื่อนที่เป็นวงกลม ซึ่งในการเคลื่อนที่นั้นระบุว่า วัตถุอยู่ที่ใดต้องกำหนดจุดอ้างอิง ระยะทางและทิศที่วัตถุนั้นห่างจากจุดอ้างอิง ซึ่งเรียกว่า การกระจัด ซึ่งการกระจัดเป็นปริมาณเวกเตอร์ โดยปริมาณเวกเตอร์เป็นปริมาณที่มีทั้งขนาดและทิศทาง เขียนแทนด้วยลูกศร ความยาวของลูกศรแทนขนาด และหัวลูกศรแทนทิศทาง วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่จะเคลื่อนที่เร็วหรือช้า พิจารณาจากระยะทางที่ได้หรือการกระจัดที่ได้เทียบกับเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่

การเคลื่อนที่แบบต่างๆ มีลักษณะเฉพาะของการเคลื่อนที่

 

  • การเคลื่อนที่แนวเส้นตรง : วัตถุจะเคลื่อนที่ในแนวเดิม (ทิศเดิมหรือทิศตรงข้าม) โดยอาจมีแรงกระทำต่อวัตถุหรือไม่ก็ได้ ถ้ามีแรงกระทำ ทิศของแรงที่กระทำจะอยู่ในแนวเดียวกับแนวการเคลื่อนที่ของวัตถุเสมอ

 

 

  • การเคลื่อนที่แนวโค้ง : วัตถุจะมีการเคลื่อนที่ 2 แนวพร้อมๆ กัน เช่น เคลื่อนที่ในแนวราบและในแนวดิ่ง แรงที่กระทำต่อวัตถุจีทิศคงตัวตลอดเวลา โดยทำมุมใดๆ กับทิศของความเร็ว เช่น แรงดึงดูดของโลก

 

 

  • การเคลื่อนที่วงกลม : วัตถุเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้งรอบจุดๆ หนึ่ง โดยมีแรงกระทำในทิศเข้าสู่ศูนย์กลาง

 

 

  • การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย : วัตถุจะเคลื่อนที่กลับไปมาซ้ำรอยเดิมโดยมีแอมพลิจูดคงตัว

 

แรงกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ (แรงที่กระทำต่อวัตถุ)

การออกแรงกระทำต่อวัตถุอาจทำให้วัตถุเคลื่อนที่ได้ หรือวัตถุอาจไม่เคลื่อนที่ เนื่องจากมีแรงย่อยอื่นมาร่วมกระทำ ทำให้เกิดการหักล้างของแรงในปริมาณเวกเตอร์ ดังนั้นวัตถุที่จะเคลื่อนที่ได้หรือไม่ได้ก็ขึ้นอยู่กับแรงลัพธ์ที่มากระทำต่อวัตถุนั่นเอง

เมื่อออกแรงกระทำต่อวัตถุแล้ววัตถุไม่เคลื่อนที่ เนื่องจากถูกหักล้างด้วยแรงอื่นที่ร่วมกระทำต่อวัตถุนั้น แต่ไม่ว่าวัตถุนั้นจะเคลื่อนที่หรือไม่เคลื่อนที่ก็ตามจะเกิดแรงลัพธ์ของวัตถุเสมอ

แรงเป็นปริมาณที่มีขนาดและทิศทาง แรงจึงเป็นปริมาณเวกเตอร์ การรวมแรงต้องรวมแบบเวกเตอร์ ในการรวมแรงหลายๆ แรงที่กระทำต่อวัตถุ ถ้าผลรวมของแรงที่ได้เป็นศูนย์แสดงว่า วัตถุนั้นอยู่ในสภาพสมดุล เมื่อปล่อยวัตถุ วัตถุนั้นจะตกลงสู่พื้นดิน แสดงว่ามีแรงกระทำต่อวัตถุ ซึ่งแรงนั้นเกิดจากแรงดึงดูดที่โลกกระทำต่อวัตถุ หรือที่เรียกว่า แรงโน้มถ่วงของโลก หรือน้ำหนักของวัตถุนั่นเอง แรงโน้มถ่วงนี้จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุ ในการลากวัตถุให้เคลื่อนที่ไปบนพื้นผิวจะมีแรงต้านการเคลื่อนที่ เรียกแรงนี้ว่า แรงเสียดทาน ซึ่งแรงเสียดทานจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะผิวสัมผัสระหว่างวัตถุทั้งสองและแรงที่วัตถุกดพื้น กิจกรรมบางอย่างต้องการให้ผิวสัมผัสมีแรงเสียดทาน แต่กิจกรรมบางอย่างต้องการลดแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัส

เมื่อออกแรงแล้วทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวแรงนั้น เรียกว่า มีการทำงาน คำนวณหาค่าของงานที่ทำได้จากผลคูณของแรงและระยะทางในแนวเดียวกันกับแรง และกำหนดให้งานที่ทำได้ในหนึ่งหน่วยเวลา คือ กำลัง

ในบางกรณี เมื่อออกแรงกระทำต่อวัตถุอาจทำให้วัตถุหมุน เรียกว่าเกิดโมเมนต์ของแรง ซึ่งเกิดเมื่อแรงที่กระทำมีทิศตั้งฉากกับระยะทางจากจุดหมุนไปยังแนวแรง การหมุนนี้มีทั้งหมุนในทิศตามเข็มนาฬิกา และทวนเข็มนาฬิกา โดยถ้าผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกาเท่ากับผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา วัตถุจะอยู่ในสภาพสมดุล

เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุทำให้วัตถุเคลื่อนที่สามารถวัดอัตราเร็วหรือขนาดของความเร็วของการเคลื่อนที่ได้จากการใช้เครื่องเคาะสัญญาณเวลา วัตถุที่เคลื่อนที่โดยมีความเร็วเปลี่ยนไป เรียกว่า วัตถุเคลื่อนที่โดยมีความเร่ง โดยความเร่งจะมีทิศเดียวกับทิศของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ

การเคลื่อนที่ของวัตถุนอกจากจะเคลื่อนที่ในแนวตรงแล้ว ยังมีการเคลื่อนที่แบบอื่นอีก เช่น การเคลื่อนที่แบบโพรเจคไทล์ ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่แนวโค้ง โดยได้ระยะทางในแนวราบและแนวดิ่งพร้อมๆ กัน การเคลื่อนที่ในแนววงกลม เป็นการเคลื่อนที่ที่มีแรงกระทำต่อวัตถุในทิศเข้าสู่ศูนย์กลาง

แรงชนิดต่าง

แรงลัพธ์ หรือแรงรวม หมายถึง ผลรวมของแรงย่อยแบบเวกเตอร์ของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุ ถ้าแรงลัพธ์มีค่าเป็นศูนย์ แสดงว่าวัตถุไม่มีการเคลื่อนที่อันเนื่องมาจากแรงที่มากระทำต่อวัตถุ

 

 

แรงย่อย หมายถึง แรงที่เป็นองค์ประกอบของแรงลัพธ์

การหาค่าแรงลัพธ์จากเวกเตอร์

 

  1. เมื่อแรงย่อยมีทิศทางเดียวกัน ให้นำแรงย่อยมารวมกัน สามารถเขียนเวกเตอร์แทนแรงได้ด้วยเส้นตรงและหัวลูกศร
     

 

  1. เมื่อแรงย่อยมีทิศทางตรงกันข้าม ให้นำค่าของแรงย่อยมาหักล้างกัน เวกเตอร์ของแรงลัพธ์จะมีทิศไปทางแรงที่มากกว่า ค่าของแรงลัพธ์เท่ากับผลต่างของแรงย่อยทั้งสอง
     

 

  1. ถ้าแรงย่อยเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงข้าม จะได้แรงลัพธ์มีค่าเป็นศูนย์และไม่มีความเร่ง ดังนั้นวัตถุจะคงสภาพเดิม
     

การเขียนปริมาณเวกเตอร์ เขียนแทนด้วยเส้นตรงที่มีหัวลูกศรกำกับความยาวของเส้นตรงแทนขนาดของเวกเตอร์ และหัวลูกศรแทนทิศทางของเวกเตอร์ การเขียนสัญลักษณ์ของเวกเตอร์เขียนได้หลายแบบ เช่น เวกเตอร์ A สามารถเขียนสัญลักษณ์แทนเป็น  หรือ a

การหาแรงรวมหรือแรงลัพธ์ด้วยการเขียนรูป

 

  1. ใช้เส้นตรงแทนขนาดของแรงและใช้ลูกศรแทนทิศของแรง

 

  1. เริ่มต้นด้วยแรงตัวที่ 1 แล้วนำแรงตัวที่ 2 มาชนโดยให้หางลูกศรของแรงตัวที่ 1 ชนกับหัวลูกศรของแรงตัวที่ 1 ต่อกันเช่นนี้เรื่อยไป
 

แรงโน้มถ่วงของโลก

จากกฏความโน้มถ่วงของนิวตัน แรงโน้มถ่วง (gravity) ของโลกที่กระทำกับวัตถุมวลใดๆ ในที่นี้จะศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างมวลและน้ำหนักของมวล ว่า แรงสามารถทำให้วัตถุเปลี่ยนรูปร่างหรือเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ เช่น ถ้าปล่อยมือจากวัตถุที่ถือไว้ วัตถุจะเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ตกลงสู่พื้นเนื่องจากมีแรงดึงดูดของโลกที่กระทำต่อวัตถุ หรือที่เรียกว่า แรงโน้มถ่วงของโลก โดยแรงนี้จะมีค่ามากหรือน้อยนั้นขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุนั้นๆ โดยวัตถุที่มีมวลมากก็จะมีน้ำหนักมาก วัตถุที่มีมวลน้อยก็จะมีน้ำหนักน้อย

ประโยชน์ที่ได้จากแรงโน้มถ่วงของโลก เช่น ทำให้วัตถุต่างๆ ไม่ลอยออกไปนอกโลก ทำให้น้ำไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำและใช้พลังงานของน้ำในการผลิตกระแสไฟฟ้า

มวล คือ ปริมาณเนื้อของสารซึ่งมีค่าคงตัว มีหน่วยเป็นกิโลกรัม

น้ำหนัก ของวัตถุบนโลก เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างมวลของวัตถุและโลก

 

 

น้ำหนักของวัตถุชิ้นหนึ่งๆ เมื่อชั่งในปริมาณต่างกันจะมีค่าต่างกัน โดยน้ำหนักของมวล 1 กิโลกรัมที่บริเวณเส้นศูนย์สูตรมีค่าประมาณ 9.78 นิวตัน ในขณะที่น้ำหนักของมวล 1 กิโลกรัม ที่บริเวณขั้วโลกมีค่าประมาณ 9.83 นิวตัน

แรงเสียดทาน

แรงเสียดทาน (friction) หมายถึง แรงที่ต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ แรงเสียดทานเกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุกับผิวของพื้น เช่น เมื่อเราเข็นรถเข็นเด็ก

 

 

ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเสียดทาน คือ

 

  1. น้ำหนักของวัตถุ วัตถุที่มีน้ำหนักกดทับลงบนพื้นผิวมากจะมีแรงเสียดทานมากกว่าวัตถุที่มีน้ำหนักกดทับลงบนพื้นผิวน้อย

 

  1. พื้นผิวสัมผัส ผิวสัมผัสที่เรียบจะเกิดแรงเสียดทานน้อยกว่าผิวสัมผัสที่ขรุขระจากนั้นน้องๆ ดูการทดลองเรื่องแรงต้านทานการเคลื่อนที่ของวัตถุ ดังนี้
 

จากสรุปจากผลการทดลอง ได้ว่า “แรงต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เกิดขึ้นบริเวณผิวสัมผัสของวัตถุทั้งสองขณะเคลื่อนที่ คือ แรงเสียดทาน”

นอกจากนี้ แรงเสียดทานจะมีค่าเปลี่ยนไปเมื่อลักษณะผิวสัมผัสระหว่างวัตถุเปลี่ยนไป โดยถ้าผิวสัมผัสเป็นผิวหยาบหรือขรุขระ แรงเสียดทานจะมีค่ามาก แต่ถ้าผิวสัมผัสเรียบหรือลื่น แรงเสียดทานจะมีค่าน้อย

ความต่างมวลของวัตถุกับแรงเสียดทาน

“แรงเสียดทานจะมีค่าเพิ่มขึ้น เมื่อจำนวนถุงทรายเพิ่มขึ้น เพราะเมื่อจำนวนถุงทรายเพิ่มขึ้น แรงที่ถุงทรายกดพื้นก็จะมากขึ้นด้วย แสดงว่า แรงเสียดทานระหว่างวัตถุคู่หนึ่งๆ จะมากขึ้นกับแรงที่วัตถุกดพื้นมีค่ามากขึ้น

ประเภทของแรงเสียดทาน

แรงเสียดทานแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

 

  • แรงเสียดทานสถิต (fs) เป็นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในขณะที่วัตถุอยู่นิ่ง จนถึงเริ่มต้นเคลื่อนที่

 

  • แรงเสียดทานจลน์ (fk) เป็นแรงเสียดทานขณะวัตถุกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว ซึ่งจะมีค่าน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิต

ค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน เป็นค่าตัวเลขที่แสดงว่าเกิดแรงเสียดทานขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ 2 สิ่ง มากน้อยเพียงใด ใช้สัญลักษณ์แทนด้วยตัวอักษร µ (มิว) 

สูตรการหาค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน (µ) ดังนี้

 

 

ตัวอย่าง การหาค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน

แรงเสียดทานมีทั้งประโยชน์และโทษ บางครั้งในชีวิตประจำวันเราก็ได้ประโยชน์จากแรงเสียดทาน การเกิดความฝืดช่วยในการเดินได้เร็วและไม่ลื่น เป็นต้น

ประโยชน์และโทษของแรงเสียดทาน

มนุษย์เรามีความรู้เกี่ยวกับแรงเสียดทานมาใช้ประโยชน์ เพื่ออำนวยความสะดวกในชีวิตประจำวัน ดังนี้

 

  1. ช่วยให้รถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้ ยางรถจึงมีร่องยางช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะถนนที่เรียกว่า ดอกยาง

 

  1. ช่วยให้รถถอยหลังได้ ยางรถยนต์จึงมีลวดลายดอกยางเพื่อช่วยในการยึดเกาะถนน

 

  1. การเดินบนพื้นต้องอาศัยแรงเสียดทาน จึงควรใช้รองเท้าที่มีพื้นเป็นยางและมีลวดลายขรุขระ ไม่ควรใช้รองเท้าแบบพื้นเรียบ แรงเสียดทานน้อยจะทำให้ลื่น

 

  1. นักวิ่งเร็วที่ใช้รองเท้าพื้นตะปู เพื่อเพิ่มแรงเสียดทาน ทำให้มีแรงยึดเกาะกับพื้นผิวลู่วิ่งช่วยให้วิ่งได้เร็วขึ้น

โทษของแรงเสียดทาน

แรงเสียดทานทำให้สิ้นเปลืองพลังงานและทำให้เกิดการสึกหรอของอุปกรณ์ต่างๆ ในเครื่องจักร ดังนั้นการหาวิธีลดแรงเสียดทาน เพื่อรักษาประสิทธิภาพในการทำงานของเครื่องจักรกลทั้งหลาย คือ

 

 

โมเมนต์

โมเมนต์ (moment) เป็นความสามารถของแรงในการหมุนวัตถุรอบจุดหมุน ขนาดของโมเมนต์หาได้จาก แรงคูณกับระยะทางตั้งฉากจากจุดที่แรงกระทำไปยังจุดหมุน

 

 

เมื่อมีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ โดยแนวแรงไม่ผ่านจุดศูนย์กลางมวล วัตถุนั้นจะหมุนรอบๆ จุดศูนย์กลางมวล ผลของการเกิดขึ้นเรียกว่า โมเมนต์

เช่น การปั่นจักรยาน การเปิดฝาขวด การเปิดประตู เป็นต้น

 

 

โมเมนต์ เป็นผลคูณของแรงกับระยะทางในแนวตั้งฉากจากจุดที่แรงกระทำไปยังจุดหมุนหน่วยของโมเมนต์ คือ

 

  • นิวตัน.เมตร (N.m)

ชนิดของโมเมนต์จำแนกตามลักษณะของการหมุน คือ

 

 

กฎของโมเมนต์

เมื่อวัตถุหนึ่งถูกกระทำด้วยแรงหลายแรง ซึ่งแรงกระทำนั้นๆ ทำให้วัตถุอยู่ในภาวะสมดุล (ไม่เคลื่อนที่และไม่หมุน) พบว่า

 

ผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา  =  ผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา
 

การนำหลักโมเมนต์ไปใช้ประโยชน์กับเครื่องกลประเภทคาน และได้แบ่งตามตำแหน่งของจุดหมุน แรงพยายาม และแรงต้านทานเป็น 3 อันดับ คือ

 

  • จุดหมุนอยู่ระหว่างแรงพยายามและแรงต้าน (คานอันดับ 1)

 

  • แรงต้านทานอยู่ระหว่างจุดหมุนและแรงพยายาม (คานอันดับ 2)

 

  • แรงพยายามอยู่ระหว่างแรงต้านทานและจุดหมุน (คานอันดับ 3)

จากนั้นน้องๆ ดูสิ่งที่ประดิษฐ์ขึ้น เพื่อใช้ในการผ่อนแรงเหล่านี้ เช่น คาน ชะแลง กรรไกร เป็นต้น ว่าเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ใช้หลักเรื่องโมเมนต์และคานมาใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวันโดยการนำมาใช้เพื่อช่วยในการผ่อนแรง และทำให้ทำงานได้สะดวกยิ่งขึ้น

ที่มา : https://sites.google.com/a/web1.dara.ac.th/srup-neuxha-reiyn-m-3/1-2

 

สมการเคมี

สมการเคมีเป็นสัญลักษณ์ที่แสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารตั้งต้น (อาจเป็นปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล อะตอม หรือไอออนก็ได้) เพื่อเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ โดยเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ และสูตรโมเลกุลที่เป็นตัวแทนของธาตุที่อยู่ในสารประกอบ

ตัวอย่างสมการเคมี


          สมการเคมีโดยทั่วไปแล้วจะใช้สัญลักษณ์แทนของธาตุต่าง ๆ มีลูกศรที่ชี้จากด้านซ้ายของสมการไปทางด้านขวาเพื่อบ่งบอกว่าสารตั้งต้น(reactant)ทางด้านซ้ายมือ ทำปฏิกิริยาเกิดสารใหม่ขึ้นมาเรียกว่าผลิตภัณฑ์ (product)ทางด้านขวามือ ดังนั้น จากสมการเคมีเราสามารถใช้คำนวณหาได้ว่าใช้สารตั้งต้นเท่าไรแล้วจะได้ผลิตภัณฑ์ออกมาเท่าไร

          จากกฎทรงมวลเราจึงต้องทำให้แต่ละข้างของสมการต้องมีจำนวนอะตอม และประจุที่เท่ากัน เรียกว่า การดุลสมการ ซึ่งมีข้อสังเกตดังนี้

                  1. พยายามดุลธาตุที่เหมือนกันให้มีจำนวนอะตอมทั้งสองด้านเท่ากันก่อน
2. ในบางปฏิกิริยามีกลุ่มอะตอมให้ดุลเป็นกลุ่ม
3. ใช้สัมประสิทธิ์(ตัวเลขที่ใช้วางไว้หน้าอะตอม)ช่วยในการดุลสมการ แล้วนับจำนวนอะตอมแต่ละข้างให้เท่ากัน

ตัวอย่างที่ 1 ให้ทรงกลมสีแดง แทนอะตอมของออกซิเจน และทรงกลมสีน้ำเงินแทนอะตอมของไนโตรเจน รูปใดแสดงถึงผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยานี้

แนวคิด ดูจากผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ NO2 โดยมี N 1 อะตอม กับ O 2 อะตอม คำตอบคือข้อ ค.

ตัวอย่างที่ 2    จงดุลสมการต่อไปนี้       

แนวคิด จากสมการ ให้ดุล Fe ก่อน ซึ่งด้านซ้ายมี 1 อะตอม ด้านขวามี 2 อะตอม ดังนั้นต้องใส่สัมประสิทธิ์ด้านซ้ายเป็น 2

ดุล O2 ด้วย สัมประสิทธิ์ 3/2

ทำให้เป็นเลขจำนวนเต็มโดยการ x 2 ทั้งสมการ

จะได้สมการสุดท้ายคือ

ตัวอย่างที่ 3 จงดุลสมการต่อไปนี้

         ในสมการเคมีสามารถบอกอัตราส่วนแสดงจำนวนอะตอมหรือโมเลกุลของสาร ซึ่งเทียบได้โดยตรงกับจำนวนโมลที่ใช้

          ในการคำนวณมีขั้นตอน ดังนี้

          1. เขียนและดุลสมการเคมี (สัมประสิทธิ์หน้าสมการเคมีที่ดุลแล้วทำให้ทราบอัตราส่วนโดยโมลของสารที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน)

          2. จากโจทย์ อาจกำหนดปริมาณของสารในหน่วยต่างๆ เช่น มวล หรือ ปริมาตร ดังนั้นต้องเปลี่ยนให้เป็นหน่วยโมล

          3. นำจำนวนโมลของสารที่ได้ในข้อ 2 ไปคำนวณ เพื่อหาปริมาณของสารตามที่โจทย์ต้องการ โดยเทียบกับอัตราส่วนโดยโมลของสารที่ได้จากข้อ 1

          เช่น ถ้าโจทย์กำหนดปริมาณสาร A และให้หาประมาณสาร B ที่เกิดขึ้น

ความสัมพันธ์ของสมการเคมีกับการคำนวณ

ตัวอย่างที่ 4 แอมโมเนียมซัลเฟต (NH4)2SO4 ใช้เป็นวัตถุดิบผลิตปุ๋ย เตรียมได้โดยการผ่านแก๊สแอมโมเนีย (NH3) ลงในสารละลาย 65% ของกรดซัลฟิวริกที่มีความหนาแน่น 1.55 g/mL ต้องใช้กรดซัลฟิวริก (H2SO4) ปริมาตรเท่าไรในการทำปฏิกิริยากับ 1.00 กิโลกรัมของแก๊สแอมโมเนีย เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาพอดี

แนวคิด  ต้องเขียนสมการเคมีก่อน และดุลสมการด้วย

วิธีคิด

         ดังนั้น ต้องใช้สารละลายกรดซัลฟูริก 2.9 ลิตรในการทำปฏิกิริยา

ตัวอย่างที่ 5 สารละลาย Sodium hypochlorite (NaOCl) หรือที่รู้จักกันคือน้ำยาซักผ้าขาว เตรียมได้จากปฏิกิริยาระหว่าง Sodium hydroxide กับ Chlorine

        ต้องใช้ NaOH กี่กรัมในการทำปฏิกิริยากับ 25.0 g Cl2

แนวคิด   ดุลสมการเคมีก่อนอันดับแรก จากนั้นดูว่ามีค่าใดที่กำหนดมาให้บ้าง แล้วทำตามแผนดังนี้

      เริ่มต้นจากการหาจำนวนโมลของ Cl2 โดยมวลโมเลกุลของ Cl2เท่ากับ 70.9 g/mol ดังสมการ

       จากสมการเคมีจะได้ว่า 1 โมลของ Cl2 ทำปฏิกิริยากับ 2 โมลของ NaOH และมวลโมเลกุลของ NaOH คือ 40.0 g/mol จะคำนวณหาจำนวนกรัมของ NaOH ที่ต้องใช้ทำปฏิกิริยา ดังสมการ

ที่มา : http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/ap-chemistry1/mass_relationship/index_new003.htm

มวล พลังงาน

 

14341744_1783178598628949_1527537291_n

มวลของสารในปฏิกิริยาเคมี

ในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงใด ๆ  เราต้องกำหนดขอบเขตของสิ่งที่ต้องการศึกษาสิ่งต่าง ๆ ที่อยู่ภายในขอบเขตที่ต้องการศึกษาเรียกว่า  ระบบ  และ สิ่งต่างที่อยู่นอกขอบเขตที่ต้องการศึกษาเรียกว่า  สิ่งแวดล้อม  เช่น ในการทดลองแยกน้ำด้วยกระแสไฟฟ้า  เราต้องหยดกรดลงในน้ำเพื่อช่วยให้น้ำ  นำไฟฟ้าได้

ระบบก่อนการเปลี่ยนแปลง ได้แก่น้ำและกรด  เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าลงไป  น้ำจะสลายตัวให้
แก๊สไฮโดรเจนและแก๊สออกซิเจน

ระบบหลังการเปลี่ยนแปลงประกอบด้วยกรด น้ำที่เหลือ และสิ่งที่เกิดขึ้นใหม่คือ
แก๊สไฮโดรเจนและออกซิเจน  ส่วนภาชนะที่ใช้ในการทดลองและกระแสไฟฟ้าจัดเป็นสิ่งแวดล้อม

การกำหนดองค์ประกอบของระบบขึ้นอยู่กับจุดมุ่งหมายของการศึกษา  ซึ่งจะต้องกำหนดหรือระบุให้ชัดเจน  เช่น  การศึกษาผลการจุดเทียนไขในครอบแก้วที่ปิดสนิท  ระบบก่อนทดลองประกอบด้วยเทียนไข และอากาศภายในครอบแก้วซึ่งมีมวล  อุณหภูมิ  ปริมาตร  และความดัน
ค่าหนึ่ง   เมื่อจุดเทียนไขในครอบแก้ว  เทียนไขจะติดไฟอยู่ครู่หนึ่งแล้วดับ  การจุดเทียนไขทำให้
ไส้เทียนและเนื้อเทียนลุกไหม้  โดยทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนในอากาศที่อยู่ในครอบแก้ว
ได้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ   เมื่อเทียนไขดับระบบหลังการเปลี่ยนแปลงประกอบด้วย
เทียนไข   อากาศส่วนที่เหลือ   แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำที่เกิดขึ้น  ถึงแม้ว่ามวลของเทียนไข
และมวลของแก๊สออกซิเจนในระบบเปลี่ยนแปลงไป แต่มวลรวมและปริมาตรรวมของ
ระบบไม่เปลี่ยนแปลง  เนื่องจากการจุดเทียนไขกระทำในครอบแก้วที่ปิดสนิททำให้สารทุกชนิด
ถูกกักอยู่ในครอบแก้ว  ปริมาตรของระบบคือ  ปริมาตรของครอบแก้วจึงคงที่ตลอดเวลา ส่วนที่
เปลี่ยนแปลงคือความดันของระบบซึ่งเกิดจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำที่เกิดขึ้นใหม่
กับอากาศที่เหลือ เช่น

ถ้าเราต้องการศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจากปฏิกิริยาระหว่างกรดเกลือ และสังกะสี

ถ้าเอาแผ่นสังกะสีใส่ลงในบีกเกอร์  แล้วเทกรดเกลือลงไป  ในที่นี้ระบบก็คือ  แผ่นสังกะสี  และกรดเกลือ  ที่อยู่ภายในบีกเกอร์นั้น  สำหรับ  บีกเกอร์ไม่จัดเป็นระบบ  เพราะไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงใด ๆ  ดังนั้นบีกเกอร์จึงจัดเป็นสิ่งแวดล้อม

ถ้าการศึกษาปฏิกิริยาดังกล่าวข้างต้น  แต่เปลี่ยนจากบีกเกอร์มาใช้จานอะลูมิเนียม  หรือจานสังกะสีแทน  ซึ่งภาชนะนี้จะเกิดปฏิกิริยากับกรดด้วย  ดังนั้นภาชนะจึงจัดเป็นระบบด้วย

สิ่งแวดล้อม  หมายถึง   สิ่งต่าง ๆ  ที่อยู่นอกเหนือไปจากระบบ  หรือไม่เกี่ยวข้องต่อการเปลี่ยนแปลงในสิ่งที่เราจะศึกษา  พิจารณาตัวอย่างจากบีกเกอร์ข้างต้น

 

การแบ่งประเภทของระบบ  อาศัยมวลและพลังงานเป็นหลักดังนี้

  1. ระบบเปิดหมายถึงระบบที่มีการถ่ายเททั้งมวลและพลังงานระหว่างระบบกับ

สิ่งแวดล้อม  เช่น

1.1  ระบบที่เกิดจากการนำโลหะสังกะสี (Zn)  มาผสมกับสารละลายกรดซัลฟิวริก (H2SO4)  ในบีกเกอร์แล้วได้ซิงค์ซัลเฟต (ZnSO4) และแก๊สไฮโดรเจน (H2)  ที่เกิดขึ้นหนีออกนอกภาชนะ

1.2  เผาหินปูนในหลอดทดลองแล้วเกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

  1. ระบบปิด หมายถึงระบบที่มีการถ่ายเทเฉพาะพลังงานระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อมเท่านั้นไม่มีการถ่ายเทมวลสารระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อม  นั้นคือมวลสารคงที่  เช่น

2.1  ปฏิกิริยาระหว่างเลด (II) ไนเตรตกับโพแทสเซียมไอโอไดด์

2.2  การเผาแคลเซียมคาร์บอเนต (หินปูน) ในขวดปิดฝาสนิท

2.3  ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ในขวดปิดเกิดการสลายตัวเป็นน้ำ  และแก๊สออกซิเจน

  1. ระบบแยกตัวหรือระบบอิสระ หมายถึงระบบที่ไม่มีการถ่ายเททั้งมวลสารและพลังงานระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อมเช่น  น้ำร้อนในกระติกปิดฝาสนิท

ทั้งระบบเปิด และระบบปิด อาจมีการถ่ายเทพลังงาน กับสิ่งแวดล้อมหรือไม่ก็ได้  การพิจารณาว่าระบบใดเป็นระบบเปิด-ปิดนั้น  บางครั้งการพิจารณาภาชนะของระบบนั้นก็จะทำให้เข้าใจง่ายขึ้น  ซึ่งมีหลักดังนี้

  1.   ระบบใด ๆ  ที่เกิดขึ้นโดยทั่วไปนั้นกระทำในภาชนะ  2 ประเภท  คือ ภาชนะเปิด

กับภาชนะปิด (เปิดฝากับปิดฝาภาชนะ)

  1.   ระบบใดก็ตามที่ไม่มีแก๊ส  เกี่ยวข้องเลย  การปิด-เปิดภาชนะไม่มีผลต่อชนิดของระบบ
    แต่อย่างใด
  2.   ถ้าระบบใดๆ  ที่มีแก๊สเกี่ยวข้องอยู่ด้วย  การปิด-เปิดภาชนะจะมีผลต่อชนิดของระบบนั้นด้วย  กล่าวคือ

3.1  ถ้าเปิดภาชนะ (เปิดฝา)  ระบบนั้นก็เป็นระบบเปิด  เพราะมวลเปลี่ยนแปลง

(แก๊สหนีออกไป)

3.2  ถ้าปิดภาชนะ (ปิดฝา)  ระบบนั้นก็เป็นระบบปิด  เพราะมวลคงที่ (แก๊สหนีออกไม่ได้)

ที่มา : http://www.sahavicha.com/?name=media&file=readmedia&id=2488

ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

 

ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

1.   ความเข้มข้นของสารตั้งต้น   กรณีที่สารตั้งต้นเป็นสารละลาย ถ้าสารตั้งต้นมีความเข้มข้นมากจะเกิดเร็ว เนื่องจากตัวถูกละลายมีโอกาสชนกันมากขึ้นบ่อยขึ้น   ในทางตรงกันข้ามถ้าเราเพิ่มปริมาตรของสารละลายโดยความเข้มข้นเท่าเดิม อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเท่าเดิม

 

              2.   พื้นที่ผิวสัมผัส กรณีที่สารตั้งต้นมีสถานะเป็นของแข็ง สารที่มีพื้นที่ผิวสัมผัสมากจะทำปฏิกิริยาได้เร็วขึ้น เนื่องจากสัมผัสกันมากขึ้น  ใช้พิจารณากรณีที่สารตั้งต้นมีสถานะของแข็ง ดังภาพ

ความแตกต่างของ พื้นที่ผิว

 

              3. ความดัน กรณีที่สารตั้งต้นมีสถานะเป็นก๊าซ ถ้าความดันมากปริมาตรก็ลดลง และปฏิกิริยาก็จะเกิดได้เร็ว เนื่องจากอนุภาคของสารมีโอกาสชนกันมากขึ้นบ่อยขึ้นในพื้นที่ที่จำกัดนั่นเอง ดังภาพ

กล่องข้อความ:   

          4. อุณหภูมิ การที่อุณหภูมิของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โมเลกุลของสารในระบบจะมีพลังงานจลน์สูงขึ้นและมีการชนกันของโมเลกุลมากขึ้น

ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่ำ ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง

 

            5. ตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) หมายถึงสารเคมีที่ช่วยทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้นเนื่องจากตัวเร่งจะช่วยในการลดพลังงานกระตุ้นโดยช่วยปรับกลไกในการเกิดปฏิกิริยาให้เหมาะสมกว่าเดิม โดยจะเข้าไปช่วยตั้งแต่เริ่มปฏิกิริยาแต่เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาจะกลับมาเป็นสารเดิม

            6.   ธรรมชาติของสาร   เนื่องจากสารมีแรงยึดเหนี่ยวซึ่งแตกต่างกัน โดยปกติสารประกอบไอออนิกจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าสารประกอบโควาเลนต์ ดังนั้นสารประกอบไอออนิกจะเกิดปฏิกิริยาเร็วกว่าสารประกอบโควาเลนต์

ที่มา : https://krukoongchemistry.wordpress.com/2013/02/26/2-4-%E0%B8%9B%E0%B8%B1%E0%B8%88%E0%B8%88%E0%B8%B1%E0%B8%A2%E0%B8%97%E0%B8%B5%E0%B9%88%E0%B8%A1%E0%B8%B5%E0%B8%9C%E0%B8%A5%E0%B8%95%E0%B9%88%E0%B8%AD%E0%B8%AD%E0%B8%B1%E0%B8%95%E0%B8%A3%E0%B8%B2/comment-page-1/

ปฏิกิริยาเคมีต่อชีวิตและสิ่งแวดล้อม

 

14365235_1783182268628582_177668884_n

ปฏิกิริยาเคมีต่อชีวิตและสิ่งแวดล้อม

ปฏิกิริยาเคมีในชีวิตประจำวันรอบๆตัวเราและในร่างกายเรามีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลาปฏิกิริยาเคมีเกิดจากกระบวนการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของสารต่างๆ มีผลให้พลังงานของระบบเปลี่ยนไปและให้ผลิตภัณฑ์หรือสารใหม่เกิดขึ้นปฏิกิริยาเคมีบางชนิดเกิดขึ้นเอง แต่บางชนิดต้องได้รับพลังงานจำนวนหนึ่งก่อนจึงจะเกิดปฏิกิริยาได้

ปฏิกิริยาเคมีหลายชนิดสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวัน อุตสาหกรรม เกษตรกรรมและทางการแพทย์ในขณะเดียวกันปฏิกิริยาบางชนิดก็ให้ผลลบต่อสิ่งแวดล้อมและชีวิตของมนุษย์เองปฏิกิริยาเคมีแต่ละชนิดมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลัก 5 ประการ ได้แก่ ความเข้มข้น พื้นที่ผิว อุณหภูมิ ตัวเร่งปฏิกิริยา และธรรมชาติของสาร ผลของปัจจัยดังกล่าวสามารถหาได้จากการทดลอง

การที่มนุษย์สามารถปรับเปลี่ยนและควบคุมปัจจัยต่างๆ ดังกล่าวได้ ทำให้มนุษย์สามารถใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยาได้อย่างกว้างขวาง สารต่างๆในโลก รวมทั้งสิ่งของเครื่องใช้ต่าง ๆล้วนแต่เป็นผลผลิตที่เกิดจากการทำปฏิกิริยาเคมีของสารที่มีอยู่บนพื้นโลกเกือบทั้งสิ้น เมื่อเราทราบวิธีการเกิดปฏิกิริยาเคมีแล้ว  เราก็สามารถนำความรู้มาใช้ในการสร้างผลิตภัณฑ์ต่างๆ และป้องกันการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่ต้องการกับสิ่งต่างๆในชีวิตประจำวันเพื่อรักษาสภาพของสิ่งนั้นให้สามารถใช้งานได้นานขึ้น

ปฏิกิริยาในชีวิตประจำวันเรามีอะไรบ้าง

1.ปฏิกิริยาเผาไหม้เชื้อเพลิง ฝนกรด

2.ปฏิกิริยาการเกิดสม๊อก

3.ปฎิกิริยาการเกิดสนิมเหล็ก

4.ปฏิกิริยาการสลายตัวของผงฟู

5.ปฏิกิริยาการสลายตัวของหินปูน

6.ปฏิกิริยาการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

7.ปฏิกิริยาในดอกไม้ไฟ

8.ปฏิกิริยาในน้ำอัดลม

9.ปฏิกิริยาในแบตเตอร์รี่

10.ปฏิกิริยาสะเทินระหว่างกรดและเบส

 

 

1.ปฏิกิริยาเผาไหม้เชื้อเพลิง ฝนกรด

( ที่มารูป ::: http://www.suvapornplus.com/images/health_02f.jpg…)

ปฏิกิริยาเคมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงต่างๆ เช่น แก๊ส NGV น้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล น้ำมันก๊าด และถ่านหิน เป็นต้น
เชื้อเพลิงเหล่านี้ใช้ในยานยนต์ และโรงงานอุตสาหกรรม ยังก่อให้เกิดผลเสียต่อสภาวะแวดล้อมด้วย
เช่น ปรากฏการณ์เรือนกระจก สำหรับถ่านหินซึ่งมีกำมะถันร้อยละ 1-4 อยู่ในรูป FeS2
(ไอร์ออน (IV)ซัลไฟด์ หรือไพไรต์ (pyrite) เมื่อนำถ่านหินมาเผาไหม้จะเกิดปฏิกิริยา ดังนี้

โรงงานไฟฟ้าแม่เมาะ อำเภอแม่เมาะ จังหวัดลำปาง

( ที่มารูป ::: http://blufiles.storage.live.com/y1pANWRoDcxMpm6TjtHqR2Yw6V5RpD8SYVykTY5… )

โรงงานไฟฟ้าแม่เมาะ ตั้งอยู่ที่อำเภอแม่เมาะ จังหวัดลำปาง
มีกำลังผลิตกระแสไฟฟ้า2,625 MW ใช้ถ่านลิกไนต์เป็นเชื้อเพลิง ปีละประมาณ 17.5 ล้านตัน
มีแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ถูกปล่อยออกมา ประมาณ 1,300 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ที่ถูกปล่อยออกมาจะทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนในอากาศ
ได้แก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (SO3) ดังสมการ

 

เมื่อแก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ถูกกับความชื้นในอากาศ
จะเกิดปฏิกิริยารวมตัวกับละอองน้ำได้กรดกำมะถัน (กรดซัลฟิวริก H2SO4) ดังสมการ

 

ถ้ากรดกำมะถัน (H2SO4 ) ที่เกิดขึ้นมีปริมาณมาก เมื่อฝนตกลงมาก็จะชะลงมากับฝน เรียกว่า ฝนกรด (acid rain)

 

( ที่มารูป ::: http://apecthai.org/apec/upload/6158env3.jpg )

 

การเผาไหม้ถ่านหินซึ่งมีส่วนประกอบของกำมะถัน(ซัลเฟอร์)จากโรงงานหรือโรงไฟฟ้าที่มีการใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง
ทำให้เกิดสารมลพิษหลักคือ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ในขณะที่การเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิงของรถยนต์ทำให้เกิดออกไซด์

ของไนโตรเจน (NOX)เมื่อสารมลพิษทั้ง 2 ชนิดลอยขึ้นไปในอากาศจะรวมตัวกับไอน้ำกลายเป็นกรดซัลฟูลิคและกรดไนตริก

เกิดปฏิกิริยาทางเคมีเปลี่ยนเป็นสารประกอบซัลเฟตและไนเตรตสะสมในอากาศจนในที่สุดรวมตัวกับน้ำฝน ตกลงสู่พื้นดินกลายเป็น “ฝนกรด”

“ฝนกรด”

( ที่มารูป ::: http://www.adeq.or.th/UserFiles/acid.jpg )

 

คำว่า ฝนกรด (acid rain) ถูกใช้ครั้งแรกในปี 1872 โดย Robert Angus Smith
ชาวอังกฤษ เขานำมาอธิบายถึงการตกสะสมของกรดในเมืองแมนเชสเตอร์ ประเทศอังกฤษ ซึ่งตอนนั้นมีการปฏิวัติทางด้านอุตสาหกรรม

ฝนกรด (Acid Rain)

( ที่มารูป ::: http://www.reo06.net/home/images/upload/image/Mounth/work/a030708.jpg )

ฝนกรด  หมายถึง น้ำฝนที่มีค่า pH ต่ำกว่า 5.6 วัดได้จากการใช้สเกลที่เรียกว่า pH
ซึ่งค่ายิ่งน้อยแสดงความเป็นกรดที่แรงขึ้น น้ำบริสุทธิ์มี pH เท่ากับ 7 น้ำฝนปกติมีความเป็นกรดเล็กน้อย ฝนกรดจะมี pH ต่ำกว่า 5.6

ฝนกรดเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่มีผล กระทบทั้งต่อระบบนิเวศ สุขภาพมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ
เมื่อฝนที่ตกลงมามีสภาพเป็นกรดทำให้สามารถกัดกร่อนสิ่งก่อสร้างรวมทั้ง ต้นไม้และพืชพันธุ์ต่างๆล้มตาย
น้ำฝนที่ซึมลงดินหรือไหลบนผิวดินจะทำให้ทั้งดินและแหล่งน้ำมีสภาพเป็นกรด มีผลกระทบต่อพืชและสิ่งมีชีวิตที่อาศัย
อยู่บริเวณนั้นจนเกิดการเปลี่ยนแปลงของระบบนิเวศทั้งบนบกและในน้ำ

ความขัดแย้งในสังคม

ปัญหาที่เกิดจากการใช้พลังงานนั้นนอกจากจะทำให้เกิดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมแล้ว ก่อให้เกิดปัญหาทางสังคมอีกด้วย
เช่นกรณีการสร้างโรงไฟฟ้าหลายแห่ง มักจะเกิดการต่อต้านจากชาวบ้านรอบๆโครงการที่ไม่เห็นด้วย
ไม่ว่าจะในประเด็นความมั่นใจในผลกระทบจากเชื้อเพลิงที่ใช้ในการผลิตกระแส ไฟฟ้า ประเด็นความขัดแย้งเรื่องที่ดิน
หรือประเด็นความไม่เชื่อถือรายงานการ วิเคราะห์ผลกระทบสิ่งแวดล้อมหรืออีไอเอ
จนทำให้เกิดการชุมนุมประท้วงและสูญเสียทั้งชีวิตและทรัพย์สิน

( ที่มารูป ::: http://www.siamsafety.com/images/Choapraya_Mar20-036.jpg )

สาเหตุของการเกิดฝนกรด

ในบริเวณศูนย์กลางอุตสาหกรรมได้แก่ ทวีปยุโรป อเมริกา ญี่ปุ่น และจีน
ที่มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์และโรงงานต่างๆจะมีแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2)และออกไซด์ของไนโตรเจน
เช่น แก๊สไนโตรเจนมอนอกไซด์ (NO) ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) โอโซน (O3) แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)
ถูกปล่อยสู่บรรยากาศ เกิดการทำปฏิกิริยากับน้ำ ออกซิเจน และสารเคมีอื่นๆก่อให้เกิดสารประกอบที่เป็นกรดซัลฟิวริกและกรดไนตริก
มีแสงอาทิตย์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ให้มากขึ้น เรียกว่า ขบวนการออกซิเดชัน

 

แก๊สNO2 ในอากาศเมื่อถูกแสดงอาทิตย์จะสลายตัวเป็นแก๊ส NO และอะตอมอิสระของออกซิเจนซึ่งสามารถรวมตัวกับแก๊ส O2 เป็น O3

ผลกระทบ

1.ทำให้ดินเป็นกรดเพิ่มขึ้น มีผลต่อการเพาะปลูก เช่น ผลผลิตของพืชน้อยกว่าปกติ
2.ฝนกรดทำให้ดินเปรี้ยวจุลินทรีย์หลายชนิดในดินที่มีประโยชน์ต่อการเจริญเติบโตของพืชถูกทำลาย ซึ่งจะมีผลกระทบในแง่การย่อยสลาย
3.ฝนกรดสามารถทำปฏิกิริยากับธาตุอาหารที่สำคัญของพืช เช่น แคลเซียม,ไนเตรต และโพแทสเซียมทำให้พืชไม่สามารถนำธาตุอาหารเหล่านี้ไปใช้ได้
4.แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบรรยากาศทำให้ปากใบปิดซึ่งจะมีผลกระทบต่อการหายใจของพืช
5.ความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นของน้ำยังมีผลกระทบด้านระบบนิเวศ ที่อยู่อาศัยรวมถึงการดำรงชีวิตอีกด้วย
6.ฝนกรดสามารถละลาย calcium carbonate ในหินทำให้เกิดการสึกกร่อนเช่น พิรามิดในประเทศอียิปต์และ ทัชมาฮาลในประเทศอินเดีย เป็นต้นนอกจากนี้ยังมีฤทธิ์กัดกร่อนทำลายพวกโลหะทำให้เกิดสนิมเร็วขึ้นอีกด้วย
7.ฝนกรดทำลายวัสดุสิ่งก่อสร้างและอุปกรณ์บางชนิด คือ จะกัดกร่อนทำลายพวกโลหะเช่น เหล็กเป็นสนิม เร็วขึ้น สังกะสีมุงหลังคา ที่ใกล้ๆ โรงงานจะผุ กร่อนเร็ว สังเกตได้ง่าย นอกจากนี้ยังทำให้วัสดุอื่นๆ ผุกร่อนเร็วขึ้นด้วย
8.ฝนกรดจะทำลายทรัพยากรธรรมชาติ เช่น ปู หอย กุ้ง มีจำนวนลดลงหรือสูญพันธุ์ไปได้เพราะฝนกรดที่เกิดจากแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์และเกิดจากแก๊สไนโตรเจนออกไซด์ จะทำให้น้ำในแม่น้ำทะเลสาบ มีความเป็นกรดเพิ่มขึ้น ถ้าเกิดอย่างรุนแรงจะทำให้สัตว์น้ำดังกล่าวตาย

( ที่มารูป ::: http://www.thaitng.com/images/bignews/35.jpg )

 

สวนหินผางาม จังหวัดเลย

สวนผาหินงามเป็นความมหัศจรรย์ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงด้านธรณีวิทยา
จนเป็นปฏิมากรรมธรรมชาติอันน่าทึ่ง มีสภาพเป็นเทือกเขาสูง ต่อมาเทือกเขาหินปูนได้ถูกน้ำฝนและกระแสลมกัดเซาะ
รวมทั้งความชื้นยังทำปฏิกริยากับก๊าชคาร์บอนไดออกไซด์เกิดเป็นกรดกัดกร่อน ให้ร่องหินปูนแตกลึกมากขึ้นเรื่อย ๆ จนมีสภาพดังปัจจุบัน

 

การกัดกร่อนของฝนกรด ทำให้เกิดร่องหินปูน และสนิมที่โลหะ

การแยกสาร

การแยกสาร

 

imagesการแยกสารเนื้อผสม

สารเนื้อผสมเป็นสารไม่บริสุทธิ์ เกิดจากสารตั้งแต่ 2 ชนิดมาผสมกันแล้วไม่รวมตัวเป็นเนื้อเดียว จึงอาจเรียกสารเนื้อผสมได้ว่าเป็น ของผสม สารเนื้อผสมจะแสดงสมบัติของสารที่เป็นส่วนประกอบ ซึ่งอาจเกิดจากของแข็งผสมกับของแข็ง เช่น พริกเกลือผสมกัน ของเหลวผสมกับของเหลวโดยจะเห็นของเหลวแบ่งชั้นกัน เช่นน้ำกับน้ำมันและของแข็งผสมกับของเหลว ซึ่งจะเห็นเป็น ของเหลวขุ่น เช่น น้ำอบไทย น้ำแป้ง

การแยกสารเนื้อผสมออกเป็นองค์ประกอบเดิมแต่ละชนิด สามารถทำได้หลายวิธี เช่น การกรอง การตกตะกอน การระเหิด การใช้อำนาจแม่เหล็ก การสกัดด้วยตัวทำละลาย การเขี่ยออก และหยิบออก ซึ่งวิธีการเหล่านี้เป็นการแยกโดยวิธีทางกายภาพ การเลือกวิธีที่เหมาะสมเพื่อแยกสารเนื้อผสม จะต้องพิจารณาจากสมบัติของสารที่เป็นส่วนประกอบดังนี้

1.สารเนื้อผสมที่เกิดจากของแข็งผสมกับของแข็ง ใช้วิธีการแยกสารดังนี้

ก. การเขี่ยออกหรือหยิบออก เหมาะสำหรับการแยกองค์ประกอบของสารเนื้อผสมที่องค์ประกอบมีลักษณะแตกต่างกัน อย่างเห็นได้ชัดเจน เช่น ขนาดต่างกันมาก หรือมีสีต่างกันมาก เมื่อต้องการแยก องค์ประกอบออกจากสารเนื้อผสมจึงทำได้โดยการเขี่ย หรือหยิบส่วนผสมที่ต้องการออกได้แก่ การแยกพริกออกจากเกลือ การแยกแกลบออกจากข้าวสาร เป็นต้น

ข. การใช้อำนาจแม่เหล็ก เหมาะสำหรับการแยกองค์ประกอบของสารเนื้อผสมที่เกิดจากของแข็งผสมกับของแข็ง แล้วไม่กลมกลืนกันมีเนื้อสารแตกต่างกัน โดยสารหนึ่งมีสมบัติที่ แม่เหล็กดูดได้หรือที่เรียกว่า สารแม่เหล็ก เช่น สารผสมระหว่าง ผงเหล็กกับผงกำมะถัน หรือผงเหล็กกับทราย

ค. การระเหิด เหมาะสำหรับการแยกองค์ประกอบของสารเนื้อผสมที่เกิดจากของแข็งผสมกับของแข็งแล้วไม่กลมกลืนกัน ยังมีเนื้อสารที่แตกต่างกัน โดยสารหนึ่งมีสมบัติระเหิดได้ เมื่อนำสารเนื้อผสมมาให้ความร้อน ของแข็งที่มีสมบัติระเหิดได้ จะกลาย เป็นไอแยกออกจากสารเนื้อผสม ถ้าผ่านไดไปสู่ภาชนะที่เย็นกว่าจะกลายเป็นของแข็ง เช่น สารผสมระหว่างผงทรายกับการบูรซึ่งการบูรสามารถระเหิดได้

ง. การสกัดด้วยตัวทำละลาย เหมาะสำหรับการแยกองค์ประกอบของสารเนื้อผสม ที่เกิดจากของแข็งผสมกับของแข็ง ซึ่งองค์ประกอบในสารนี้มีความสามารถในการละลายต่างกัน เช่น สารผสมระหว่างทรายกับเกลือ ซึ่งทรายไม่ละลายน้ำแต่เกลือ ละลายน้ำได้ เมื่อใส่น้ำลงในสารผสมแล้วคน เกลือจะละลายน้ำแล้วไน้ำเกลือส่วนทรายไม่ละลายน้ำและจะตกตะกอนที่ก้นภาชนะจากนั้นนำสารทั้งหมดไปกรอง ทรายจะติดอยู่บนกระดาษกรอง ส่วนน้ำเกลือจะอยู่ในภาชนะ เมื่อนำเอาสารในภาชนะไปต้ม จนแห้งจะได้เกลืออยู่ที่ก้นภาชนะ

จ. การใช้แรงลมและแรงโน้มถ่วงของโลก ใช้แยกของผสมที่น้ำหนักต่างกัน เช่น ข้าวสารผสมอยู่กับแกลบ เราก็นำมาใส่ กระด้ง แล้วออกแรงฝัด แกลบเบากว่าก็จะถูกแรงลมพัดปลิวออกไปนอกกระด้ง ข้าวสารหนักกว่าก็จะอยู่ในกระด้ง

2.สารเนื้อผสมที่เกิดจากของแข็งผสมกับของเหลว ใช้วิธีการแยก ดังนี้

ก. การกรอง เหมาะสำหรับการแยกองค์ประกอบของสารเนื้อผสมที่เกิดจากของแข็งผสมกับของเหลวโดยไม่เกิดการละลาย จะทำให้ของเหลวขุ่น จึงต้องกรองของแข็งออกจากของเหลว เช่น กรองฝุ่นออกจากน้ำเชื่อม กรองตะกอนออกจากน้ำสำหรับดื่ม

ข.การตกตะกอน เหมาะสำหรับการแยกองค์ประกอบของสารเนื้อผสมที่เกิดจากของแข็งผสมกับของเหลว โดยไม่เกิดการละลาย จะทำให้ของเหลวขุ่น จึงต้องแยกของแข็งออกจากของเหลวแล้วปล่อยให้สารเนื้อผสมอยู่นิ่งๆ เพื่อให้ของแข็งตกตะกอนลงสู่ก้นภาชนะ ถ้าต้องการให้สารตกตะกอนได้เร็วจะใช้สารส้มแกว่งในสารเพื่อเพื่อจะทำให้ตะกอนจับตัวกันมีขนาดใหญ่ขึ้นแล้วตกลงสู่ก้นภาชนะได้เร็วขึ้น ในกรณีที่ตะกอนเบามาก ถ้าตกการให้ตกตะกอนเร็วขึ้นอาจทำได้โดย

1.ใช้แรงเหวี่ยงด้วยเครื่องเซนตริฟิล

2.ใช้สารตัวกลางให้โมเลกุลของตะกอนมาเกาะ เมื่อมีมวลมากขึ้น น้ำหนักจะมากขึ้นจะตกตะกอนได้เร็วขึ้น เช่น ใช้สารส้มแกว่ง โมเลกุลของสารส้มจะทำหน้าที่เป็นตัวกลาง ให้โมเลกุลของสารที่ต้องการตกตะกอนมาเกาะ ตะกอนจะตกเร็วขึ้น

3. สารเนื้อผสมที่เกิดจากของเหลวผสมกับของเหลว ใช้วิธีการแยก ดังนี้

การใช้กรวยแยก ใช้แยกสารเนื้อผสม ที่เป็นของเหลวผสมอยู่กับของเหลวแต่ไม่รวมเป็นเนื้อเดียวกัน โดยของเหลวที่มี ความหนาแน่นน้อยกว่าจะอยู่ข้างบน ของเหลวที่มีความหนาแน่นมากกว่า จะอยู่ข้างล่าง ตัวอย่าง การแยกน้ำมันที่ผสมปนอยู่กับน้ำ ทำได้โดยนำของผสมมาใส่ลงในกรวยแยก น้ำมันมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำจะลอยอยู่เหนือน้ำ จากนั้นค่อย ๆเปิดก๊อกของกรวยแยกไข แยกน้ำออกมาก่อน และแยกน้ำมันออกมาทีหลัง

การแยกสารเนื้อเดียว
สารเนื้อเดียวอาจเป็นได้ทั้งสารบริสุทธิ์และสารไม่บริสุทธิ์ ถ้าเป็นสารไม่บริสุทธิ์ส่วนประกอบจะต้องผสมกันแล้วรวมตัวเป็นเนื้อเดียวกัน โดยสารเนื้อเดียวจะแสดงสมบัติเดิม

สารเนื้อเดียวที่เป็นสารบริสุทธิ์ได้แก่ น้ำ แอลกอฮอล์ เกลือแกง น้ำตาลทราย เป็นต้น

สารเนื้อเดียวที่เป็นสารไม่บริสุทธิ์ได้แก่ น้ำเกลือ น้ำเชื่อม อากาศ เป็นต้น

การแยกองค์ประกอบของสารเนื้อเดียวสามารถทำได้หลายวิธี เช่น การกลั่น การระเหยจนแห้ง การตกลึก โครมาโทกราฟี วิธีการเหล่านี้เป็นการแยกวิธีทางกายภาพ การเลือกวิธีแยกสารที่เหมาะสมกับสารเนื้อเดียวแต่ละชนิด จะต้องพิจารณาสมบัติของส่วนประกอบดังต่อไปนี้

1. การระเหยจนแห้ง เหมาะสำหรับการแยกองค์ประกอบของสารเนื้อเดียวที่เกิดจากของแข็งผสมกับของเหลว โดยของแข็ง อาจ ละลาย หรือไม่ละลายในของเหลวก็ได้เมื่อให้ความร้อนแก่สารประเภทนี้ ส่วนประกอบที่เป็นของเหลวจะระเหยเป็นไอจนหมดคงเหลือเฉพาะส่วนที่เป็นของแข็ง เช่น การทำนาเกลือ โดยน้ำเกลือที่มีเกลือละลายอยู่ไดีรับความร้อนจากแสงอาทิตย์จะกลาย เป็นไอจนหมด และ เหลือ ไว้เฉพาะเกลือซึ่งเป็นของแข็ง

2. การตกผลึก เหมาะสำหรับการแยกองค์ประกอบของสารเนื้อเดียวที่เกิดของของแข็งผสมกับของเหลว โดยของแข็งจะต้อง ละลาย ในของเหลวจนได้สารละลายอิ่มตัวของแข็งจึงจะตกผลึกลงสู่ก้นภาชนะคล้ายกับการตกตะกอน

3. การกลั่น เหมาะสำหรับการแยกองค์ประกอบของสารเนื้อเดียว ที่เกิดจากของแข็งผสมกับของเหลว เช่น น้ำเกลือ น้ำเชื่อม หรือ ของเหลวผสมกับของเหลว เช่น น้ำผสมแอลกอฮอล์ ซึ่งส่วนประกอบในสารเนื้อเดียวจะมีจุดเดือดต่างกันจึงจะใช้วิธีแยกโดยการกลั่นได้

4. วิธีโครมาโทกราฟฟี เหมาะสำหรับการแยกองค์ประกอบของสารเนื้อเดียวที่มีส่วนประกอบตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปละลายอยู่ ในของ เหลว โดยส่วนประกอบของสารจะต้องมีความสามารถในการเคลื่อนที่บนตัวดูดซับได้ไม่เท่ากัน จึงจะแยกออกจากกันด้วยวิธีนี้ได้ นั่นคือ หลักการที่สำคัญ คืออาศัยสมบัติของการละลายในตัวทำละลายและตัวดูดซับเป็นสำคัญ โครมาโทกราฟี แปลว่า การแยกออกมาให้เห็น เป็นสี ๆ

วิธีโครมาโทกราฟฟี ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน
ก. ตัวดูดซับ เป็นส่วนที่ให้สารละลายเคลื่อนที่แล้วปรากฏเป็นแถบสี ตัวอย่างตัวดูดซับ ได้แก่ กระดาษกรอง แท่งชอล์ก กระดาษ โครมาโทกราฟี เป็นต้น
ข.ตัวทำละลาย เป็นของเหลวที่ทำหน้าที่ละลายองค์ประกอบของสาร ให้ออกจากกัน แล้วสารแต่ละตัวจะเคลื่อน ที่บนตัวดูดซับ ได้ตามความสามารถของสารนั้น ๆ ตัวอย่างของตัวทำละลาย ได้แก่ น้ำ น้ำเกลือแอลกอฮอล์ เป็นต้น สารจะเคลื่อนที่บน ตัวดูดซับได้ ระยะทางต่างกัน เนื่องจากมีความสามารถในการละลายในตัวทำละลายและการดูดซับต่างกัน

วิธีการทำโครมาโทกราฟี คือ
แต้มสารเป็นจุด ซึ่งมักจะมีสีบนตัวดูดซับเพื่อสังเกตง่าย แล้วนำตัวดูดซับไปแช่ในตัวทำละลาย โดยให้จุดสีของสารอยู่สูงกว่าระดับ ของตัวทำละลายเล็กน้อย หลังจากนั้นตัวทำละลายจะซึมขึ้นมาถึงจุดสีของสารแล้วละลายสาร พาสารเคลื่อนที่ไปบนตัวดูดซับปรากฎ เป็นแถบสีบนตัวดูดซับ ซึ่งสีแต่ละสีเคลื่อนที่ได้ระยะทางต่างกัน

ผลของการทำโครมาโทกราฟี
1. สารที่เคลือนที่ออกมาก่อน แสดงว่าละลายน้ำได้ดี และถูกกระดาษกรองดูดซับได้น้อยจึงเคลื่อนที่ได้เร็ว
2. สารที่เคลือนที่ออกทีหลัง แสดงว่าละลายน้ำได้ไม่ดี และถูกกระดาษกรองดูดซับได้ดีจึงเคลื่อนที่ได้ช้า

อัตราส่วนที่เปรียบเทียบระหว่างระยะทางที่สารเคลื่อนที่ได้กับระยะทางที่น้ำ(หรือตัวทำละลาย)เคลื่อนที่ได้ เรียกว่า เรด ออฟ โฟลว์ ( Rate of flow ) ย่อว่า อาร์ เอฟ ( Rf ) ดังนั้นจึงเขียนเป็นสูตรได้ว่า

Rf = ระยะทางที่สารเคลื่อนที่ได้ / ระยะทางที่ตัวทำละลายเคลื่อนที่ได้

ประโยชน์ของวิธีโครมาโทกราฟี
1. สามารถตรวจสอบได้ว่า สารเนื้อเดียวเป็นสารบริสุทธิ์ หรือเป็นสารละลาย
2. ส ามารถทดสอบสารเนื้อเดียวที่ไม่มีสีได้
3. ถ้ามีตัวอย่างสารเพียงเล็กน้อยก็สามารถทดสอบได้
4. แยกองค์ประกอบต่าง ๆในของผสมออกจากกันได้

ข้อมูลอ้างอิง

http://www.bloggang.com/viewdiary.php?id=free4u&month=11-2009&date=09&group=80&gblog=68

http://www.bloggang.com/viewdiary.php?id=free4u&month=11-2009&date=09&group=80&gblog=67

1 2