ข้ามไปยังเนื้อหา

B.2 · แรง การเคลื่อนที่ และการเคลื่อนไหว

International Baccalaureate · IB Diploma · Sports, Exercise and Health Science · SL · หัวข้อ 5

ฝึกฝน
5.1

ขอบเขตและเงื่อนไขก่อนเข้าเรียน

เอกสารนี้ครอบคลุมหัวข้อ SL ที่เลือกไว้สำหรับหลักสูตรที่ประเมินครั้งแรกใน 2026; ไม่ใช่หลักสูตรทั้งหมด

เงื่อนไขก่อนหน้า: อ่านปริมาณและหน่วยที่กำหนด, และใช้ arithmetic และเงื่อนไขโมเดลด้านล่าง

The examples are original and fictional: they are not real measurements or real student investigations.

คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
impulse/ˈɪmpʌls/ แรงกระแทก (อิมพัลส์)
lever arm/ˈliːvə ɑːm/ แขนงแรง
torque/tɔːk/ โมเมนต์ของแรง
5.2

แรง การเคลื่อนที่ และการเคลื่อนไหว

อะไรจะเป็นคำอธิบายสำหรับการสังเกตนี้?

  • รอกเก็ตทำให้ลูกบอลช้าลงจาก 30 เป็น 20 เมตรต่อวินาที ภายในห้ามิลลิวินาที สิ่งที่เปลี่ยนการเคลื่อนที่ของลูกบอลคือ ดีดดัน: แรงที่สะสมตลอดช่วงเวลา ซึ่งเท่ากับผลต่างของโมเมนตัม

สร้างโมเดล

  • ดีดดัน = แรงสุทธิเฉลี่ย × ช่วงเวลาที่ผ่านไป = ผลต่างของโมเมนตัม
  • การวิเคราะห์ทางชีวกลศาสตร์ต้องกำหนดส่วนประกอบ ทิศทางการเคลื่อนไหว และระยะของการเคลื่อนไหว
  • แรงสุทธิและแรงจากกล้ามเนื้อเพียงตัวเดียวไม่สามารถแทนกันได้
  • แขนงคานที่ยาวขึ้น เปลี่ยน แรงบิด โดยไม่เปลี่ยนแรงที่กระทำ.
  • ดีดดัน: แรงที่สะสมตลอดช่วงเวลา; มีค่าเท่ากับผลต่างของโมเมนตัม

แรงหยุดเฉลี่ย: 500 นิวตัน ตลอด 0.30 วินาที และ 250 นิวตัน ตลอด 0.60 วินาที *การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเท่าเดิม 150 กิโลกรัมเมตรต่อวินาที: หากเพิ่มเวลาหยุดเป็นสองเท่า แรงหยุดเฉลี่ยจะลดลงครึ่งหนึ่ง


เลือกหลักฐานที่นำมาทดสอบได้

  • ใช้วิดีโอที่ครูอนุมัติของการเคลื่อนไหวที่ปลอดภัยพร้อมการยินยอม.
  • ทำการปรับเทียบระยะทางและเวลา (โดยมีจุดอ้างอิงความยาวที่มองเห็นได้); ระบุเฟรมภาพได้อย่างสม่ำเสมอ
  • หลีกเลี่ยงการอ้างถึงข้อเท็จจริงทางการแพทย์จากการบันทึกแบบสองมิติ

ในห้องปฏิบัติการ: มุมมองของกล้องอาจทำให้มุมข้อต่อที่ปรากฏคลาดเคลื่อน: ควรตั้งกล้องให้ฉากหน้าตั้งฉากกับระนาบการเคลื่อนไหว และระบุตำแหน่งของกล้อง


เริ่มจากปริมาณที่ทราบแล้ว

  • ที่ทราบ: มวลลูกบอล 0.058 กิโลกรัม; การเปลี่ยนแปลงความเร็ว 10 เมตรต่อวินาที ในช่วง 0.005 วินาที
  • การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม = 0.058 x 10 = 0.58 กก. เมตร ต่อ วินาที
  • แรงเฉลี่ย = แรงกระแทกหารด้วยเวลา = 0.58 / 0.005 = 116 นิวตัน
  • ตรวจสอบแรงบิด: แรงจับที่ 10 นิวตัน เดิม เมื่อเพิ่มระยะแขนงัดเป็นสองเท่า จะทำให้แรงบิดรอบข้อศอกเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

ถึงคุณ: เวลาสัมผัสเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเป็น 0.010 วินาที เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเท่าเดิม แรงเฉลี่ยจะเป็นอย่างไร?


ตรวจสอบข้อสรุปและขอบเขต

  • วิดีโอแสดงการเคลื่อนที่แบบสองมิติที่ปรากฏ; ส่วนประกอบที่นอกระนาบจะมองเห็นไม่ได้
  • แรงสุทธิที่คำนวณจากการเคลื่อนที่ไม่สามารถระบุว่าเป็นกล้ามเนื้อใดกล้ามเนื้อหนึ่งได้

ไม่ถูกต้อง: การตามตัว (follow-through) แสดงให้เห็นว่ากล้ามเนื้อออกแรงมากขึ้น ระยะเวลาสัมผัสที่ยาวนานขึ้นส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเท่าเดิมโดยมีแรงเฉลี่ยที่น้อยลง: การตามตัวเปลี่ยนระยะเวลาของแรงกระแทก ไม่ใช่เพียงความพยายามของกล้ามเนื้อเท่านั้น

จุดสำคัญ:

  • แรงกระแทก = แรงสุทธิเฉลี่ย x ช่วงเวลา = การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม
  • นิยามส่วนร่างกาย ทิศทาง และขั้นตอน ก่อนทำการวิเคราะห์ใดๆ
  • ระวัง: มุมข้อต่อที่อ่านได้จากกล้องที่เอียง

เขียนจากแรงกระแทก 60 นิวตัน วินาที

  • การลงพื้นใช้เวลา 0.3 วินาที โดยมีแรงสุทธิเฉลี่ยเท่ากับ 200 นิวตัน
  • แรงกระแทก = 200 x 0.3 = 60 นิวตัน วินาที — เท่ากับการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมทั้งหมด ไม่ว่าจะถูกนำไปใช้ในรูปแบบใดก็ตาม

เขียนจากแรงเฉลี่ย 1 200 นิวตัน

  • นักกระโดดที่มีมวล 80 กก. มีการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมจำนวน 240 กก. เมตร ต่อ วินาที ในช่วงการกระโดดขึ้นเป็นเวลา 0.2 วินาที
  • แรงกระแทก 240 นิวตัน วินาที ในช่วงเวลา 0.2 วินาที ให้ค่าแรงเฉลี่ยเท่ากับ 240 ÷ 0.2 = 1 200 นิวตัน — ระยะเวลาสัมผัสสั้นกว่า ทำให้มีแรงมากกว่า

เขียนจากนิยามขั้นตอน

  • นิยามขั้นตอนการกระโดดขึ้น โดยกำหนดส่วนร่างกาย ทิศทาง และจุดสิ้นสุด BEFORE ทำการวิเคราะห์แรงใดๆ
  • ทำไม: แรงคืออัตราการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัม และอัตราขึ้นอยู่กับว่ากำหนดจุดสิ้นสุดของเฟสไว้ที่ใด

เขียนจากแรงขณะลงพื้นอย่างนุ่มนวล

  • การกระโดดเดียวกันลงบนโฟม: เวลาสัมผัสยืดออกไปเป็น 0.5 วินาที เพื่อการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเท่าเดิมที่ 100 นิวตัน·วินาที
  • แรงเฉลี่ย = 100 ÷ 0.5 = 200 นิวตัน — การลดแรงกระแทกกระจายแรงกระตุกตามเวลา แต่ไม่ขจัดแรงกระตุกออก

หัวข้อเพิ่มเติมใน International Baccalaureate · IB Diploma · Sports, Exercise and Health Science · SL

เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี

IGCSE, A-Level & AP