นิรนาม

ผู้เขียน : นิรนาม

อัพเดท: 15 ม.ค. 2015 08.20 น. บทความนี้มีผู้ชม: 344607 ครั้ง


วิชาฟิสิกส์ เป็นวิชาพื้นฐานของความรู้ในทางวิทยาศาสตร์มากมายหลากหลายสาขา ไม่ว่าจะเป็น นักวิทยาศาสตร์, วิศวกร, แพทย์, ทหาร ฯลฯ
หนังสือเล่มนี้ จะกล่าวถึง 6 ภาคหลัก ๆ ได้แก่
1. กลศาสตร์คลาสสิก
2. ทฤษฏีสัมพันธภาพ
3. อุณหพลศาสตร์
4. แม่เหล็กไฟฟ้า
5. แสง
6. กลศาสตร์ควอนตัม

ส่วนในตอนท้ายจะกล่าวถึง ความรู้ทางปรัชญา ศาสนา นั่นก็คือมิลินทปัญหา (ฉบับธรรมทาน) เพื่อให้นอกจากจะมีความรู้ทางวิทยาศาสตร์แล้ว ก็ยังมีความรู้ในทางปรัชญา ศาสนา ใช้เป็นแนวคิดของชีวิตได้ด้วย เพือเป็นการพัฒนาทางด้านจิตใจ
วัตถุประสงค์ที่ทำมาให้อ่านก็เพื่อความรู้ และที่สำคัญเพื่อการพัฒนาประเทศไทยให้มีความเจริญก้าวหน้า ทัดเทียม หรือเหนือกว่าประเทศพัฒนาแล้ว


ตอนนี้ยังเขียนไม่เสร็จ มีจำนวนเยอะมาก อีกทั้งยังต้องขัดเกลาให้อ่านได้ง่าย และมีงานที่ต้องรับผิดชอบด้วย จะพยายามเขียนให้อ่านกันเร็ว ๆ นะ แล้วเราจะเรียนรู้ไปด้วยกัน
www.thummech.com


3 ภาค 1 กลศาสตร์ บท 1 ฟิสิกส์ และการวัด

ภาค 1 กลศาสตร์

 

บทที่ 1 ฟิสิกส์ และการวัด

 

      ฟิสิกส์ก็เหมือนกับวิทยาศาสตร์สาขาอื่น ๆ คือ หลักของมันจะต้องตั้งอยู่บนการทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่ได้จากการสังเกต และการวัดปริมาณ

 

1.1 มาตรฐานของความยาว, มวล และเวลา

 

      เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เราต้องทำการตรวจสอบแง่มุมต่าง  ๆ ของธรรมชาติ อย่างหนึ่งก็คือการวัด ซึ่งการวัดแต่ละครั้งจะมีความสัมพันธ์กับปริมาณทางกายภาพ เช่น ความยาวของวัตถุ โดยกฎทางฟิสิกส์จะแสดงความสัมพันธ์กันระหว่างปริมาณทางกายภาพ

 

      ในความรู้ทางด้านกลศาสตร์มีปริมาณที่เป็นพื้นฐานอยู่สามตัว ก็คือ ความยาว (Length), มวล (Mass) และเวลา (Time) ส่วนปริมาณอื่น ๆ ในทางกลศาสตร์ในทั้งหมดนั้น เกิดจากการผสมผสานของปริมาณทั้งสามเหล่านี้

 

รูปการวัดเกี่ยวกับความยาว

 

รูปการวัดเกี่ยวกับมวล

 

รูปการวัดเกี่ยวกับเวลา

 

      ถ้าหากมีการวัดสิ่งหนึ่งแล้วทำรายงานเพื่อเก็บบันทึก ก็เพื่อทำเป็นบรรทัดฐานของการวัด เพื่อที่จะเป็นการกำหนดเป็นมาตรฐาน แต่มันจะไม่มีความหมายเลยถ้ามีผู้มาจากดาวดวงอื่น แล้วมาคุยกับเราเกี่ยวกับตัวเลข และหน่วยของการวัด ซึ่งจะคุยกันคนละภาษา นี้จะเกิดความบกพร่องขึ้นถ้าเราไม่ทราบความหมายของหน่วยเหล่านี้

 

      แต่ถ้ามีคนในโลกที่มีความรู้เดียวกัน การพูดคุยก็จะไปในแนวทางเดียวกัน คุยกันรู้เรื่องจะทำให้เป็นสิ่งที่ง่าย สิ่งที่ได้จะมีความน่าเชื่อถือ ดังนั้น สิ่งที่ดีที่สุด มาตรฐานของการวัดไม่ว่าใครจะเป็นผู้วัด ไม่ว่าจะเป็นสถานที่ที่แตกต่างกัน ในจักรวาล การวัดต้องให้ผลเหมือนกัน นอกจากนี้มาตรฐานที่ใช้สำหรับการวัดต้องไม่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา

     

      ในปี พ.ศ. 2503  คณะกรรมการระหว่างประเทศ ได้ทำการกำหนดมาตรฐานสำหรับปริมาณพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ ที่เรารู้จักกันว่า หน่วยเอสไอ (Système International: SI) และหน่วยพื้นฐานของมันก็คือ ความยาว หน่วยเป็น เมตร (Meter), มวล หน่วยเป็น กิโลกรัม (Kilogram) และเวลา หน่วยเป็น วินาที (Second)

 

      ส่วนหน่วยอื่น ๆ ของหน่วยเอสไอ ได้แก่ อุณหภูมิ หน่วยเป็น เคลวิน (Kelvin), กระแสไฟฟ้า หน่วยเป็น แอมแปร์ (Ampere), การส่องสว่าง หน่วยเป็น แคนเดลา (Candela) และปริมาณของสาร หน่วยเป็น โมล (Mole)

 

1.1.1 ความยาว

 

      เราสามารถกล่าวถึงความยาวว่า เป็นระยะห่างระหว่างจุดสองจุดในพื้นที่ ในปี พ.ศ. 1663 กษัตริย์ของอังกฤษมีคำสั่งว่ามาตรฐานของความยาวในประเทศของเขาเรียกว่า หลา (Yard) และวัดได้จากปลายจมูกของกษัตริย์ไปยังปลายแขนที่ยื่นออกมาสุด

 

      ในทำนองเดียวกัน มาตรฐานเริ่มต้นของความยาวสมัยนั้น จะวัดได้จากความยาวของพระบาทของกษัตริย์ หลุยส์ ที่ 14 (King Louis XIV) ประเทศฝรั่งเศส เมื่อกษัตริย์ หลุยส์ กำหนดเป็นมาตรฐานแล้ว กษัตริย์ที่จะมาสืบทอดอำนาจจะความยาวพระบาทเหมือนกันหรือ? แน่นอนจะมีการเปลี่ยนไปแน่! ทำให้ไม่นานมาตรฐานแบบนี้ก็ถูกยกเลิกการใช้งาน

 

      จนกระทั่ง ปี พ.ศ. 2342 เมื่อกฎของความยาวมาตรฐานในฝรั่งเศส กลายเป็น เมตร (m) โดยกำหนดให้เป็นหนึ่งในสิบล้าน (1/106) ของระยะทางจาก เส้นศูนย์สูตร (Equator) ไปยัง ขั้วโลกเหนือ (North Pole) ตามความยาว เส้นแวง (Longitude) โดยเฉพาะอย่างยิ่งลากผ่านปารีส สังเกตจะพบว่าเป็นเพียงค่ามาตรฐานของโลกที่ใช้ แต่ไม่สามารถนำมาใช้ได้ตลอดทั้งจักรวาล

 

      เมื่อไม่นานมานี้ในปี พ.ศ. 2503 ความยาวที่ถูกกำหนดให้เป็นเมตร ซึ่งหมายถึง ระยะห่างของ แท่งทองคำขาว (Platinum) –อิริเดียม (Iridium) ถูกเก็บไว้ในห้องที่มีการควบคุมสภาวะในฝรั่งเศส

 

รูปแท่งทองคำขาว-อิริเดียมวัดความยาวเป็นเมตรมาตรฐาน

 

      แต่ความต้องการในปัจจุบันของวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยี ยังคงมีความจำเป็นที่ต้องมีความแม่นยำมากกว่าการใช้วัดจากแท่งบาร์ ดังนั้นระหว่างปี พ.ศ. 2503 – 2513  ความยาวเมตรถูกกำหนดให้มีค่าเท่ากับ 1,650,763.73 ความยาวคลื่น (Wavelengths) ของแสงสีส้ม-แดงที่ปล่อยออกมาจากหลอดไฟ คริบตอน (Krypton) – 86

 

รูปหลอดไฟคริบตอน

 

รูปแถบสเปกตรัมแสงของแสงคริบตอน

 

      ต่อมาในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2526  ความยาวเมตรได้มีคำนิยามใหม่นั่นก็คือ ความยาว 1 เมตร เป็นระยะการเดินทางของแสงในสุญญากาศ เป็นเวลา 1/ 299,792,458 วินาที ในความหมายล่าสุดนี้ ถูกกำหนดตามความเร็วของแสงที่วิ่งผ่านสุญญากาศ โดยแสงจะมีความเร็ว 299,792,458 เมตร/วินาที ซึ่งคำนิยามนี้ใช้ได้ตลอดในปัจจุบัน ที่มีความถูกต้องตลอดทั้งจักรวาล โดยขึ้นอยู่กับข้อสมมติฐานของเราว่าแสงจะมีสภาวะเหมือนกันทุกที่

 

ระยะความยาวต่าง ๆ

ขนาด (เมตร)

ระยะทางจากโลกไปยังส่วนที่ไกลที่สุดของดวงดาว (Quasar: ดวงดาวที่ห่างจากโลก410 พันปีแสง) ที่ตรวจพบไกลสุด

1.4 x 1026

ระยะทางจากโลกไปยังส่วนที่ไกลที่สุดของกาแล็กซีที่พบ

9 ´ 1025

ระยะทางจากโลกไปยังกาแล็กซีขนาดใหญ่ที่ใกล้สุด (กาแล็คซีอันโดรเมด้า (Andromeda))

2 ´ 1022

ระยะทางจากดวงอาทิตย์ไปถึงดวงดาวที่ใกล้ที่สุด (พรอกซิมา เซนทัวรี (Proxima centauri))

4 ´ 1016

 1 ปีแสง (Light-year) (ระยะทางที่แสงเดินทางหนึ่งปี)

9.46 ´ 1015

รัศมีวงโคจรเฉลี่ยของโลกรอบดวงอาทิตย์

1.50 ´ 1011

ระทางเฉลี่ยจากโลกถึงดวงจันทร์

3.84 ´ 108

ระยะทางจากเส้นศูนย์สูตรไปยังขั้วโลกเหนือ

1.00 ´ 107

รัศมีเฉลี่ยของโลก

6.37 ´ 106

ระดับความสูง (เหนือพื้นผิวโลก) ทั่วไปจากพื้นโลกไปถึงดาวเทียมที่โคจรรอบโลก

2 ´ 105

ความยาวของสนามฟุตบอล

9.1 ´ 101

ความยาวของแมลงวันบ้าน (Housefly)

5 ´ 10-3

ขนาดของอนุภาคฝุ่นที่เล็กที่สุด

1 ´10-4

ขนาดของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่

1 ´10-5

เส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมไฮโดรเจน

1 ´10-10

เส้นผ่านศูนย์กลางของนิวเคลียสของอะตอม

1 ´10-14

เส้นผ่านศูนย์กลางของโปรตอน

1 ´10-15

ตารางที่ 1.1 แสดงความยาวของสิ่งต่าง ๆ

                ตารางที่ 1.1 แสดงระยะค่าความยาวบางอย่าง โดยควรจะศึกษาเอาไว้ทั้งตารางนี้ และตารางต่อ ๆ ไป และเริ่มต้นตามสัญชาติญาณในการคิด ยกตัวอย่าง ความยาว 20 เซนติเมตร, มวล 100 กิโลกรัม หรือช่วงเวลา 3.2 ´ 107 วินาที

 

 

ปัญหาพระยามิลินท์

 

ปัญหาที่ ๒ ปัญหาเรื่องจำนวนปีที่บวช (วัสสปัญหา)

 

พระเจ้ามิลินท์ตรัสถามว่า “ดูก่อนพระนาคเสน เธอบวชได้กี่ปีมาแล้ว”

 

พระนาคเสนทูลตอบว่า “ขอถวายพระพรได้ ๗ ปีมาแล้ว”

 

 

: “อะไรเป็นจำนวน ๗ ตัวเธอหรือๆ ว่าการนับเป็นจำนวน ๗”

 

      ก็ขณะนั้นเงาของพระเจ้ามิลินท์ฉายอยู่ที่พื้นดินและในหม้อน้ำ เมื่อมีพระราชดำรัสถามดังนั้น พระนาคเสนจึงทูลว่า “นั้นเงาพระองค์ ไปปรากฏอยู่ที่พื้นดินและที่หม้อน้ำ อาตมภาพขอทูลถามว่า พระองค์เป็นพระราชาหรือเงานั่นเป็นพระราชา”

 

: “ข้าพเจ้าสิเป็นราชา เงามิใช่ราชา ด้วยว่าเงานี้อาศัยตัวข้าพเจ้า จึงปรากฏขึ้น

 

: “ขอถวายพระพร นี่ก็เป็นเช่นนั้นแล จำนวน ๗ ปี นี้มีขึ้นก็เพราะว่า นับแต่อาตมภาพบวชมาจนบัดนี้  วันคืนได้ล่วงไปเป็นจำนวนปีเท่านั้น”

 

: “เธอช่างฉลาดจริง ๆ”

 

จบวัสสปัญหา

 

 


บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที