Newton's Third Law Interactive Physics Lab (Action = Reaction)

กฎแห่งแรงคู่ปฏิสัมพันธ์ (Action - Reaction)

กฎข้อที่ 3 ของนิวตัน (Newton's Third Law)

"เมื่อวัตถุหนึ่งออกแรงกระทำต่ออีกวัตถุหนึ่ง (แรงกิริยา: Action) วัตถุชิ้นหลังจะออกแรงกระทำกลับในขนาดที่เท่ากัน แต่มีทิศทางตรงกันข้ามเสมอ (แรงปฏิกิริยา: Reaction)"

$\vec{F}_{\text{action}} = -\vec{F}_{\text{reaction}}$ หรือ $F_{12} = -F_{21}$

3 มโนมติสำคัญที่นักเรียนมักเข้าใจผิด! (Misconception Alerts)

1. เกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ

ไม่มีใครเกิดก่อน-หลัง

แรง Action และ Reaction เกิดขึ้นและดับลงพร้อมกันทันที ไม่ใช่ว่าแรงหนึ่งดันก่อนแล้วอีกแรงค่อยดันตอบกลับ

2. กระทำต่อวัตถุ "คนละก้อน"

จึงหักล้างกันไม่ได้ ($\Sigma F \neq 0$)

แรงหนึ่งกระทำที่วัตถุ A อีกแรงกระทำที่วัตถุ B การหาแรงลัพธ์ต้องคิดแยกวัตถุ แรงคู่นี้จึงไม่สามารถนำมารวมหรือหักล้างกันเป็นศูนย์ได้!

3. มวลต่างกัน แรงเท่ากัน!

แรงเท่ากัน แต่ความเร่งไม่เท่ากัน

สิบล้อชนรถเก๋ง แรงที่กระทำใส่กันมีขนาดเท่ากันเป๊ะ! แต่รถเก๋งมวลน้อยกว่า จะเกิดความเร่งสูงกว่าจึงกระเด็นไกลกว่า ($a = F/m$)

กลยุทธ์ 4 ขั้นตอนการแก้โจทย์แรงคู่ปฏิสัมพันธ์

แยกพิจารณาวัตถุ

กำหนดว่าระบบมีวัตถุควบคู่อะไรบ้าง (เช่น A และ B, จรวดและแก๊ส, มวล m1 และ m2)

วาด FBD แยกก้อน

วาด Free Body Diagram ของแต่ละก้อนเดี่ยวๆ ห้ามวาดแรงที่ก้อนหนึ่งกระทำใส่ก้อนอื่นบนภาพเดียวกัน

ระบุคู่แรง $F_{12} = -F_{21}$

ใส่แรง Action-Reaction ระหว่างผิวสัมผัสหรือสายเชือก โดยให้ขนาดแรงเท่ากัน แต่ทิศทางสวนทางกัน

ตั้งสมการ $F = ma$

เขียนสมการเคลื่อนที่ของวัตถุแต่ละก้อน แยกแกน X และ Y แล้วแก้ระบบสมการหาค่าที่โจทย์ต้องการ

เลือกสถานการณ์จำลอง:

ผลคำนวณสด (Live Telemetry)

แรง $F_{12}$ (กระทำต่อวัตถุ 1): -100 N

แรง $F_{21}$ (กระทำต่อวัตถุ 2): +100 N

ความเร่งวัตถุ 1 ($a_1$): -2.00 m/s²

ความเร่งวัตถุ 2 ($a_2$): +4.00 m/s²

ปรับแต่งมวลและแรงผลักดัน

มวลวัตถุ 1 ($m_1$): 50 kg

วัตถุชิ้นทางซ้าย / จรวด / หนังสือ

มวลวัตถุ 2 ($m_2$): 25 kg

วัตถุชิ้นทางขวา / กลุ่มแก๊ส / โต๊ะ

ขนาดแรงดันคู่อันตรกิริยา ($|F_{\text{push}}|$): 150 N

แรงดันระหว่างวัตถุทั้งสอง จะเกิดแรงขนาดเท่ากันกระทำใส่กันในทิศตรงข้าม

การวิเคราะห์ทางฟิสิกส์สด

1. แรง Action ($F_{21}$):

$F_{21} = +150.0\text{ N}$ (ไปทางขวา)

$a_2 = F / m_2 = 150 / 25 = +6.00\text{ m/s}^2$

2. แรง Reaction ($F_{12}$):

$F_{12} = -150.0\text{ N}$ (ไปทางซ้าย)

$a_1 = -F / m_1 = -150 / 50 = -3.00\text{ m/s}^2$

สรุปผลความสัมพันธ์:

ขนาดแรงเท่ากัน ($150\text{ N}$) แต่เนื่องจาก $m_1 > m_2$ ทำให้วัตถุ 1 เกิดความเร่งน้อยกว่าวัตถุ 2

📌 ข้อสังเกตเวกเตอร์:

ลูกศรสีชมพูและฟ้า มีความยาวเท่ากันเสมอ
ลูกศรชี้ออกจากจุดสัมผัสสวนทางกัน ($180^\circ$)

ภารกิจแก้โจทย์กฎข้อ 3 ของนิวตัน (4 ด่าน)

พิชิตโจทย์ปัญหาคำนวณแรงAction-Reaction และระบบมวลผูกติดกัน

LEVEL 1

-- หัวข้อภารกิจ --

รางวัล: +100 คะแนน

โจทย์ปัญหา:

-- รายละเอียดโจทย์ --

Newton's 3^rd Law Lab Action = Reaction