ฟิสิกส์

ฟิสิกส์คืออะไร ??

ความอยากรู้อยากเห็นและความช่างสังเกตเป็นพฤติกรรมของมนุษย์ ซึ่งก่อให้เกิดการศึกษา ธรรมชาติที่อยู่รอบตัวเราตั้งแต่อดีต

เป็นต้นมาด้วยวิธีการต่างๆ ธรรมชาติเป็นสิ่งที่อยู่ใกล้ตัวเรามากที่สุด และเป็นสิ่งที่น่าสนใจ และน่าเรียนรู้สำหรับทุกคน
โดยเฉพาะในการศึกษาค้นคว้าหาความรู้เรื่องเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ที่เรียกว่า ฟิสิกส์

ข้อมูลทางฟิสิกส์
การศึกษาหาข้อพิสูจน์ต่างๆทางฟิสิกส์ เน้นข้อมูลที่ได้จากการทดลอง ซึ่งจะช่วยให้สามารถอธิบายข้อสงสัยต่างๆ ของนักวิทยาศาสตร์ได้ ดังนั้นในหลักการทดลองในห้องปฏิบัติการ จะต้องมีการเก็บรวบรวมข้อมูล นำมาวิเคราะห์ และแปลความ สรุปผลการทดลองออกมา เมื่อเผยแพร่ออกมาและเป็นที่ยอมรับ จะนำไปสู่การสรุปเป็นทฤษฎีและกฎต่อไป ในการทดลองจำเป็นต้องมีเครื่องมือในการวัดข้อมูลอย่างละเอียดและแม่นยำ โดยข้อมูลนี้ได้แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ

ข้อมูลเชิงคุณภาพ (qualitative data) และ ข้อมูลเชิงปริมาณ (quantitative data)

ข้อมูลเชิงคุณภาพ เป็นข้อมูลที่ไม่มีขนาด ไม่สามารถวัดออกมาได้ เป็นสิ่งที่ได้จากการสังเกตของการรับรู้ทางความรู้สึก และสัมผัสเท่านั้น เช่น สี กลิ่น รส

ข้อมูลเชิงปริมาณ เป็นข้อมูลที่สามารถวัดได้เป็นปริมาณเชิงตัวเลข เช่น อุณหภูมิ ระยะทาง น้ำหนัก เป็นต้น ซึ่งก็ต้องมีเครื่องมือในการวัดที่เป็นมาตรฐานสากล จึงจะนำสิ่งที่วัดได้ มาเปรียบเทียบกันได้

ข้อมูลเชิงปริมาณนี้สามารถแสดงความสัมพันธ์ได้ด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ ซึ่งส่วนใหญ่ปรากฎอยู่ในทฤษฎี และกฎทางฟิสิกส์ที่ได้จากการทดลอง เราเรียกปริมาณนี้ว่า ปริมาณกายภาพ (physical quantity) แบ่งออกเป็น

	ปริมาณฐาน (base unit)
	ปริมาณอนุพัทธ์(derived unit)

และในการบันทึกผลการวัดข้อมูลเชิงปริมาณนี้ มักจะเป็นค่าตัวเลขและมีหน่วยวัดที่ชัดเจน เพื่อบอกปริมาณได้ว่ามากหรือน้อยเป็นจำนวนเท่าไร โดยอาศัยเครื่องมือในการวัดแบบต่างๆ ที่ได้มีการพัฒนาให้เป็นมาตรฐานสากล

การเคลื่อนที่ ในแนวตรง
	อัตราเร็ว คือการเปลี่ยนแปลง ระยะทาง ต่อเวลา
		อัตราเร็วเฉลี่ย หน่วย เมตร/วินาที(m/s)
		s = ระยะทางที่เคลื่อนที่ได้ (m) ตามแนวเคลื่อนที่จริง
		t = เวลาในการเคลื่อนที่ (s)
	ความเร็ว คือ การเปลี่ยน แปลงการกระจัด
		ความเร็วเฉลี่ย หน่วย เมตร/วินาที (m/s)
		s = การกระจัด (m) คือ ระยะทางที่สั้นที่สุดในการย้ายตำแหน่ง หนึ่งไป อีกตำแหน่งหนึ่ง
	ความเร่ง คือ อัตราการเปลี่ยน ความเร็ว
		ความเร่ง หน่วย เมตรต่อ วินาที2( m/s2)
		a = ความเร่ง
แสดง เป็นกราฟ การกระจัดกับเวลา ความเร็วกับเวลา ความเร่งกับเวลา
	การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง
	การเคลื่อนที่ในแนวตรงด้วยความเร่งคงที่ มีสูตรดังนี้
	s = vt	u = ความเร็วเริ่มต้น (m/s) v = ความเร็วตอนปลาย (m/s ) s = ระยะทาง(m) a = ความเร่ง ( m/s2)
	การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งภายใต้แรงดึงดูดของโลก
	1.v = u - gt	u = ความเร็วต้น เป็น + เสมอ
		v = ความเร็วปลาย + ถ้าทิศเดียวกับ u และเป็น - ถ้าทิศตรงขามกับ u s หรือ h = ระยะทางเป็น + ตอนวิ่งขึ้น และเป็น - ตอนวิ่งลง
	3.v2 = u 2+2gh	g = ความเร่งจากแรงโน้มถ่วง

สูตรการเคลื่อนที่เป็นวงกลม

1. ความเร็วเชิงเส้น (v) และความเร็วเชิงมุม

v = ความเร็วเชิงเส้น หน่วยเป็น

เมตร/วินาที

= ความเร็วเชิงมุม หน่วยเป็น

เรเดียล/วินาที

T = คาบการเคลื่อนที่ หน่วยเป็น

วินาที

f = จำนวนรอบที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ใน

1 วินาที หน่วยเป็น เฮิรตซ์ (Hz)

2. ความเร่งสู่ศูนย์กลาง

ac = ความเร่งสู่ศูนย์กลาง หน่วยเป็น

เมตร/วินาที2

r = รัศมี หน่วยเป็น เมตร

F = แรงสู่ศูนย์กลาง หน่วยเป็น นิวตัน (N)

3. แรงสู่ศูนย์กลาง

รถเลี้ยวโค้งบนถนนราบ แรงเข้าสู่ศูนย์กลาง จะเป็นแรง

เสียดทานสถิต (fs) ดังนั้น

การเลี้ยวโค้งบนถนนเอียง

วัตถุผูกเชือกแล้วแกว่งให้เป็นวงกลม

การเคลื่อนที่เป็นวงกลมในแนวดิ่ง (โดยแตก )

การโคจรของดาว

r + h = รัศมีวงโคจร , T = คาบการหมุนของดาว

การเคลื่อนที่แบบหมุน

ความเร็วเชิงมุม มุมที่หมุนกวาดไป

โมเมนต์ความเฉื่อย

การเคลื่อนที่แบบ Simple Harmonic

เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุกลับไปมา ผ่านตำแหน่งสมดุล

เช่น การ สั่นของวัตถุที่ผูกกับสปริง หรือการแกว่งของลูกตุ้ม

นาฬิกา เป็นต้น

สปริง

การแกว่งลูกตุ้ม

วงกลม

พลังงานนิวเคลียร์

จุดเริ่มต้นของปรมาณ

มนุษย์ในสมัยโบราณมีชีวิตความเป็นอยู่กับธรรมชาติ คอยเฝ้าสังเกตสิ่งต่าง ๆ รอบ ๆ ตัว และปรับ-
ปรุงหรือปฏิรูปชีวิตความเป็นอยู่ โดยใช้ความคิดไตร่ตรองเหตุผลที่เกี่ยวข้องซึ่งอาจผิดบ้างถูกบ้าง ตามสติปัญญา
และความพิถีพิถันในการนึกคิดเกี่ยวกับสิ่งต่าง ๆ นั้น
นักปราชญ์กรีก 2 ท่าน คือ ลิวคิปปุส แห่งมิเลตุส และเดโมไครตุส แห่งอับเดรา ได้ลงความเห็นว่า
สสารใด ๆ ก็ตาม จะต้องมีขนาดจำกัด คือไม่สามารถตัดแบ่งให้เล็กลง ๆ อย่างไม่มีที่สิ้นสุดได้ นั่นคือจะต้องมี
จุดหนึ่งซึ่งไม่อาจตัดแบ่งสสารนั้นได้อีก สิ่งซึ่งมีขนาดเล็กที่สุดที่ไม่อาจแบ่งแยกต่อไปได้อีกนั้นภาษากรีกเรียกว่า
ATOMOS
ความคิดเห็นเรื่องชิ้นส่วนที่เล็กที่สุดนั้นได้ลืมเลือนไปในสมัยต่อ ๆ มาจนกระทั่งในปี พ.ศ. 2346
นักเคมีชาวอังกฤษชื่อ จอห์น ดอลตัน จึงได้รื้อฟื้นทฤษฎีดังกล่าวขึ้นใหม่ โดยใช้ในการอธิบายว่าการที่สารเคมี
สามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีได้ต่าง ๆ กันนั้นแท้จริงเกิดเนื่องจากสสารนั้นประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ ที่เป็นอิสระ
กล่าวคือธาตุชนิดต่าง ๆ ก็จะมีอนุภาคอิสระเล็ก ๆ ที่มีคุณลักษณะเฉพาะตัวอย่างเดียวกันอยู่รวมกัน และสาร
ประกอบต่าง ๆ นั้นแท้จริงเกิดมาจากอนุภาคขนาดเล็ก ๆ ของธาตุต่าง ๆ มาจับตัวอยู่รวมกันในสัดส่วนต่างกัน
นั่นเอง ดอลตันได้ตั้งชื่ออนุภาคเล็ก ๆ ที่เขาคิดว่ามีอยู่นั้นว่า ATOMS : อะตอม
ครั้นต่อมานักวิทยาศาสตร์ในยุคหลัง (เริ่มตั้งแต่ อองรี เบคเคอเรล ในปีพ.ศ.2539) ได้พบว่าอะตอม
มิใช่ชิ้นส่วนที่แบ่งแยกมิได้อีกต่อไป เพราะภายในอะตอมประกอบด้วย นิวเคลียสและอิเล็กตรอนโดยที่ในนิว-
เคลียสเองก็ยังมีอนุภาคอีก 2 ชนิดรวมอยู่ด้วยกันอีกด้วย ซึ่งอาจใช้กลวิธีทำให้เกิดปฏิกิริยาในนิวเคลียสจนกระ-
ทั่งอะตอมเกิดการแตกแยกต่อไปได้อีกด้วย
จากนั้นเรื่องราวของปรมาณูจึงเป็นที่รู้จักและมีผู้ศึกษาค้นคว้ากระทั่งถึงแก่นลึกมากขึ้น ๆ

ความหมายของปรมาณู หรืออะตอม (atom)
ปรมาณู หรืออะตอม คือ ชิ้นส่วนที่เล็กที่สุดของสสารที่ยังคง

คุณสมบัติของธาตุอยู่ได้ อะตอมประกอบด้วย 2 ส่วน คือ
 - ส่วนแกนกลางที่เรียกว่านิวเคลียส ซึ่งเป็นส่วนที่มีมวลสาร
และอยู่ตรงใจกลางของอะตอม 
 - ส่วนกรอบคืออาณาบริเวณที่อนุภาคอิเล็กตรอนหมุนวนรอบ
นิวเคลียสอีกทีหนึ่ง

ความเกี่ยวพันกันของนิวเคลียสและนิวเคลียร์

 นิวเคลียส (nucleus) คือ ส่วนที่เป็นแกนหรือแกนกลางของปรมาณูหรืออะตอมของธาตุต่าง ๆ 
นั่นเอง นิวเคลียสประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนและนิวตรอน ยึดอยู่ด้วยแรงนิวเคลียร์ (nuclear force) และ
ถ้าหากมีแรงกระทำทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียส เรียกว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์ (nuclear reaction)
 นิวเคลียร์ (nuclear) เป็นคำคุณศัพท์ที่ใช้ขยายคำนามต่าง ๆ โดยมีความหมายว่า "เกี่ยวกับนิว-
เคลียส" ตัวอย่างเช่น
 - พลังงานนิวเคลียร์ คือ พลังงานที่มีต้นกำเนิดมาจากการเปลี่ยนแปลงในนิวเคลียสของอะตอม
 ของธาตุ
 - ระเบิดนิวเคลียร์ หมายถึง วัตถุระเบิดซึ่งมาจากพลังงานนิวเคลียร์
 - โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ หมายถึง โรงไฟฟ้าที่ใช้ต้นกำเนิดพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์

ขนาดของอะตอม (the size of atoms)

นิวเคลียสของอะตอมของธาตุต่าง ๆ มีรัศมีประมาณ 10-13 เซนติเมตร คิดเป็นพื้นที่ผิวก็คงไม่เกิน
10-14 ตารางเซนติเมตร แต่ขนาดของอะตอมใหญ่กว่าเพราะวัดเทียบจากวงโคจรของอิเล็กตรอนที่อยู่ล้อมรอบ
โดยพบว่าอะตอมปกติจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10-8 เซนติเมตรเท่านั้น

ไอโซโทป (isotope) และไอโซโทปรังสี (radioisotope)
อะตอมของธาตุใด ๆ มีค่าเลขเชิงอะตอมเท่ากัน (เป็นธาตุเดียวกัน) แต่อาจมีมวลเชิงอะตอมต่างกัน
(มีน้ำหนักของอะตอมต่างกัน) นั่นคือ นิวเคลียสใด ๆที่มีจะนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันจะ
เรียกอะตอมเหล่านั้นว่าเป็นไอโซโทป เช่น และ ต่างก็เป็นไอโซโทปของธาตุคาร์บอน ตัวเลขด้านล่างซ้ายของ
อักษร C แสดงค่าจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสหรือเลขเชิงอะตอม ตัวเลขบนซ้ายแสดงจำนวนโปรตอนและนิว-
ตรอนในนิวเคลียสหรือมวลเชิงอะตอมของธาตุนั้น ๆ โดยปกติไอโซโทปต่าง ๆ ของธาตุเดียวกันจะมีคุณสมบัติ
ทางเคมีเหมือน ๆ กัน แต่มีคุณสมบัติทางรังสีแตกต่างกันกล่าวคือ ไอโซโทปที่มีระดับพลังงานในนิวเคลียสมาก
เกินไปจะมีสภาพไม่อยู่ตัวจะมีการแผ่รังสีออกมา ไอโซโทปประเภทนี้เรียกว่าไอโซโทปรังสี ในขณะที่ไอโซโทป
ส่วนใหญ่อยู่ในสภาพคงตัวไม่มีการแผ่รังสี

กัมมันตภาพรังสี (radioactivity)

เป็นปรากฏการณ์การสลายตัวที่เกิดขึ้นเองของนิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียรตามปกติแล้วการที่

อะตอมสลายตัวมักมีการแผ่รังสีติดตามมาด้วย เช่น รังสีแอลฟา บีตา และแกมมา เป็นต้น โดยทั่วไปมักเรียก

สั้น ๆ ว่า "กัมมันตภาพ" หรือ "ความแรงรังสี" (activity) กัมมันตภาพหรือความแรงรังสีนี้มีหน่วยวัดเป็นเบคเคอ
เรล (Becquerel) โดยที่ 1 เบคเคอเรล เท่ากับ การสลายตัวของสารรังสี 1 อะตอมในหนึ่งวินาที ผู้ค้นพบปรา-
กฏการณ์กัมมันตภาพรังสี คือ อองรี เบคเคอเรล ชาวฝรั่งเศส ซึ่งได้ค้นพบเมื่อ ปี พ.ศ. 2439

กัมมันตรังสี (radioactive)

เป็นคำคุณศัพท์เพื่อขยายคำนาม หมายถึง "เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสี" ตัวอย่างเช่น
- สารกัมมันตรังสี (radioactive substance) หมายถึง วัสดุที่สามารถแผ่รังสีได้ด้วยตนเอง
- กากกัมมันตรังสี (radioactive waste) หมายถึง ขยะหรือของเสียที่เจือปนด้วยสารกัมมันตรังสี
เป็นต้น

รังสี (radiation)

หมายถึง พลังงานที่แผ่กระจายจากต้นกำเนิด ออกไปในอากาศหรือตัวกลางใด ๆ ในรูปของคลื่น
แม่เหล็กไฟฟ้า เช่น รังสีความร้อน รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา ฯลฯ และรวมไปถึงกระแสอนุภาคที่มีความเร็วสูงด้วย
อาทิเช่น รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีนิวตรอนอาจจำแนกรังสีดังกล่าวตามคุณสมบัติทางกายภาพได้เป็น 2
กลุ่ม คือ
- รังสีที่ไม่ก่อไอออน (non-ionizing radiation) ซึ่งได้แก่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น ความร้อน แสง
เสียง คลื่นวิทยุ อัลตราไวโอเลตและไมโครเวฟ
- รังสีที่ก่อให้เกิดไอออน (ionizing radiation) ซึ่งได้แก่ รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา รังสีแอลฟา รังสีบีตา
และรังสีนิวตรอน รังสีในกลุ่มหลังนี้มีผู้เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า รังสีปรมาณู (atomic radiation)

รังสีแอลฟา หมายถึง กระแสอนุภาคแอลฟาที่แผ่ออกมาจากนิวเคลียสใด ๆ มีอำนาจก่อให้เกิดการแตกตัวได้ดี
แต่มีความสามารถในการทะลุทะลวงผ่านวัตถุน้อยมาก อนุภาคแอลฟา 1 อนุภาค ก็คือ นิวเคลียสของธาตุฮี-
เลียม ซึ่งประกอบด้วยโปรตอน 2 อนุภาค และนิวตรอน 2 อนุภาค และมีประจุไฟฟ้า +2 หน่วย

รังสีบีตา หมายถึง กระแสของอนุภาคอิเล็กตรอนที่แผ่ออกมาจากนิวเคลียสใด ๆ มีอำนาจก่อให้เกิดการแตกตัว
น้อยกว่ารังสีแอลฟา แต่สามารถทะลุทะลวงได้ดีกว่า ตามปกติในนิวเคลียสไม่มีอิเล็กตรอน แต่เมื่อเกิดการแตก-
ตัวของนิวตรอน จะเกิดเป็นอนุภาคโปรตอนและอิเล็กตรอน ซึ่งอิเล็กตรอนนี้เองที่เรียกว่า อนุภาคบีตา

รังสีแกมมา เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก มีจุดกำเนิดจากนิวเคลียส มีอำนาจทำให้เกิด
การแตกตัวน้อยมาก แต่มีความสามารถทะลุทะลวงสูง

รังสีเอกซ์ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมากเช่นกัน มีคุณสมบัติเช่นเดียวกับรังสีแกมมา แต่
มิได้มาจากนิวเคลียสแต่มีจุดกำเนิดจากชั้นของอิเล็กตรอนของอะตอมใด ๆ เช่น เกิดจากการยิงอิเล็กตรอนที่มี
ความเร็วสูงไปถูกเป้าที่ทำด้วยโลหะดังเช่นที่เกิดในเครื่องเอกซ์เรย์ เป็นต้น

รังสีนิวตรอน เกิดขึ้นในเครื่องเร่งอนุภาคนิวตรอน หรือในเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู โดยในเครื่องดังกล่าวจะผลิต
อนุภาคนิวตรอนได้อย่างมากมายและนิวตรอนที่เกิดเหล่านั้นมีปริมาณมากและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก

พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานปรมาณู (nuclear energy/atomic energy)

เป็นคำที่มีความหมายเดียวกันคือ พลังงานไม่ว่าในลักษณะใด ซึ่งเกิดจากการปลดปล่อยออกมา
เมื่อมีการแยก รวมหรือแปลง นิวเคลียสของอะตอม ซึ่งพลังงานเหล่านั้นอาจเป็นพลังงานความร้อนและพลัง-
งานรังสี อันมีผลโดยตรงจากการที่มวลสารเปลี่ยนสภาพเป็นพลังงานตามทฤษฎีสัมพัทธภาพแห่งสสารและ
พลังงาน (E=mc²) ของไอน์สไตน์ และในความหมายภาษาไทย พลังงานปรมาณูยังหมายความรวมถึงพลังงาน
จากรังสีเอกซ์ด้วย