Impulse Bozeman Science Thai English

ImpulseYouTube↗ IA↗(long shot)
Education 337.3K views 3.4K likes 96 dislikes 16 Sep 2014

Bozeman Science 1.4M subscribers N/A YouTube↗

สวัสดี ครูแอนเดอเสนกับวิดีโอในชุดวิชาฟิสิกส์พื้นฐาน ลำดับที่ 50 นี้ จะว่าด้วยเรื่องของแรงกระตุ้น (impulse)

Hi. It's Mr. Andersen and this AP Physics essentials video 50. It is on impulse which

ซึ่งหมายถึงผลคูณของแรงที่ใส่เข้าไป คูณด้วยช่วงเวลาที่แรงนั้นกระทำ

is simply the product of the force being applied times the time over which that force is being

ครูจะยกตัวอย่างให้อันนึง .. ลองนึกภาพเบสบอลที่กำลังเคลื่อนที่

applied. And so let me give you a scenario. Imagine we have a baseball here that is moving

จากซ้ายไปทางขวา ซึ่งก็หมายความว่ามีโมเมนตัมพุ่งเข้าหาไม้ตี

from the left towards the right. And so it has momentum towards the batter. And let's

ถ้าผู้เล่นคนนี้ตีโดนลูก จะเกิดอะไรขึ้นกับโมเมนตัมอันนั้น? .. ก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วขึ้น

say he hits it. Well what is going to happen to the momentum? It is going to change dramatically.

ลูก็จะเคลื่อนที่ไปในทิศตรงข้าม โดยมีสาเหตุมาจากแรงกระตุ้นนี้เอง

It is going to go in the opposite direction. What is causing that however is the impulse.

ไม้ตีนั้น จะส่งแรงเข้าไปในช่วงระยะเวลาอันนึง .. แต่สิ่งที่น่าสนใจนั้น

The bat is applying a force over a given period of time. And what is interesting is that the

ก็คือการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมกับและแรงกระตุ้นนั้น จะมีขนาดเท่ากัน .. หมายความว่าอย่างไร?

change in the momentum and the impulse are equivalent. What does that mean? They are

ก็หมายความว่าจะมีขนาดเท่ากัน ซึ่งเป็นสิ่งที่มีความสำคัญมาก

always going to give you the same value. And that makes them really valuable when we are

ในทางฟิสิกส์ .. ลองมาดูตัวอย่างทรงกลมสองลูกบนโต๊ะอันนี้

looking at physics. And so let's look at two spheres that are being dropped on a table.

สมมติว่าทั้งสองลูกตกลงมาด้วยความเร็วเท่ากัน มีมวลเท่ากัน

Let's imagine that they both fall with the same velocity and they both have the same

ลองสังเกตดูว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับลูกแรก .. แล้วก็ลูกที่สอง .. คำถามที่ควรจะพิจารณาเป็นพิเศษก็คือ

mass. So watch what happens to the first one and then the second one. And so a good question

ทรงกลมลูกไหนจะมีการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเร็วกว่า? เป็นคำถามที่ต้องคิดให้รอบคอบสักหน่อย

might be which has experienced the most dramatic change in momentum? That is kind of a trick

เนื่องจากทั้งสองลูกมีมวลเท่ากัน มีความเร็วเท่ากัน พอตกถึงพื้นโต๊ะแล้วก็หยุดอยู่กับที่เหมือนกัน

question. Since they both have the same mass and the same velocity and at the end they

ก็หมายความว่าทั้งสองลูกมีลักษณะการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมแบบเดียวกัน

are at rest, they have experienced the same change in momentum. Therefore their impulse

เพราะงั้น แรงกระตุ้นก็จะเหมือนกัน .. ตกลงว่ามีความแตกต่างอะไรบ้างหรือไม่ตอนที่ตกลงมา?

is the same. And so what is different in these two spheres is they fall to the table? Well

ที่จริงก็คือเวลาที่สัมผัสพื้นโต๊ะนั่นเอง .. ทรงกลมลูกขวานั้น

it is the time over which they interact with the table itself. The one on the right is

มีการชะลอความเร็วตามช่วงเวลาที่ตก ซึ่งก็ทำให้แรงที่กระทำกับโต๊ะนั้นน้อยกว่า

really slowing down over a longer period of time. And that means it is applying less force

ก็เป็นอันว่ามีการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมตามแกนเวลา .. และในกรณีทรงกลมสองลูกนี้

to that table. And so momentum will change over time. And so if we have these two spheres,

มีโมเมนตัมเท่ากัน แรงกระตุ้นก็เท่ากัน

the momentum is going to be the same between each of those. The impulse is also going to

ตกลงแรงกระตุ้นคืออะไร? .. แรงกระตุ้นก็คือผลคูณของแรงที่กระทำต่อวัตถุ

be the same. What is they impulse? It is simply multiplying the force of an object times the

คูณด้วยช่วงเวลาที่แรงนั้นกระทำ ซึ่งสองอันนี้ มีขนาดเท่ากัน การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมกับแรงกระตุ้น เป็นสิ่งเดียวกัน

time of that object. And these are equivalent. The change in momentum and the impulse are

สิ่งที่แตกต่างกันระหว่างทรงกลมสองลูกนั้น ต้องสังเกตว่า

exactly the same thing. And so what is different in these two spheres. Well in this sphere

ทรงกลมลูกขวารับแรงขนาดใหญ่ในช่วงเวลาสั้นๆ

right here what we are getting is a really large force over a short period of time. In

ส่วนลูกซ้ายนี้ รับแรงน้อยว่าแต่เป็นเวลาที่นานกว่า

this one we are getting a really short or small force over a long period of time. And

ความจริงข้อนี้ มีความสำคัญมากขนาดที่ว่าอาจจะช่วยชีวิตเราได้ การออกแบบรถยนต์นั้น ได้เพิ่มความปลอดภัยมากขึ้นเรื่อยๆ

that fact is so important that it could literally save your life. Cars have gotten safer and

อย่างที่เห็นนี่ก็เป็นวิดีโอการทดสอบความปลอดภัยของรถpo9Nเชพวี่ รุ่นปี 1957

safer over time. And so this is a safety video. If we were to crash a '57 Chevy, an old car

กำลังพุ่งเข้าชนกำแพงด้วยความเร็ว 35 ไมล์ต่อชั่วโมง คนที่อยู่ในรถอาจจะได้รับบาดเจ็บรุนแรง

into a wall at 35 miles per hour, the person inside would really be hurt because it is

เรื่องจากรถหยุดเคลื่อนที่ในเกือบจะทันที .. แต่ลองสังเกตดูฮอนดาซ๊วิค

going to come to a stop almost instantaneously. But watch what happens when this Honda Civic

ที่เคลื่อนพุ่งเข้ากำแพงที่ความเร็ว 35 ไมล์ต่อชั่วโมง ก็จะมีความเร็วลดลงเช่นกัน แต่ให้สังเกต

is driven into a wall at 35 miles per hour. Again it is slowed down, but watch how long

ช่วงเวลาที่รถใช้ในการหยุด .. อันนี้ก็เหมือนกับทรงกลมลูกขวา

it takes for that car to come to rest. And so it is like that squishy ball. It is taking

ที่ใช้เวลามากกว่าในการเปลี่ยนโมเมนตัม ทำให้ช่วยลดแรง

a longer period of time for it to change its momentum. And so we are decreasing the force

ที่กระทำต่อทั้งรถและคนในรถ.. ทีนี้ มาที่การคำนวณหาความสัมพันธ์

experienced by both the car and the person inside the car. And so to figure out how these

ของสองค่านี้ .. ไม่ได้ยากเย็นซับซ้อนเท่าไร โดยจะเริ่มจากกฎข้อที่สองของนิวตัน เช่นเดียวกับเรื่องทางฟิสิกส์อื่นๆ

two are related it is really simple and it begins like everything in physics with Newton's

ซึ่งบอกเราว่าแรงนั้น จะเท่ากับมวลคูณด้วยความเร่ง .. .. แต่ถ้าเราจะลองวิเคราะห์ค่าความเร่งลงไปอีก

second law, which is force equal to mass times acceleration. But let's break down acceleration

โดยอ้างนิยามที่เรารู้แล้ว ว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงความเร็วตามแกนเวลา .. ครูก็จะเอามาใส่เข้าไป

which is simply going to be the change in velocity over time. Now I am going to take

ในทั้งสองข้างของสมการ แล้วก็คูณด้วยเวลาทั้งสองด้าน

both sides of this equation and I am going to multiply them times time. And so if I do

ได้อะไรออกมา? .. ก็จะได้สิ่งที่เป็นหัวข้อที่เราพูดถึงกันในวิดีโอนี้ทั้งสองเรื่อง .. นั่นคือ การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม ซึ่งเท่ากับมวล

that, what do I get? The two subjects of this video. Momentum change, which is mass times

คูณด้วยการเปลี่ยนแปลงความเร็ว ทางด้านขวาของสมการ .. แล้วทางด้านซ้ายล่ะ? .. ก็จะเป็นแรงกระตุ้น

the change in velocity. That is on the right. What is on the left? That is going to be the

ซึ่งมีค่าเท่ากันทั้งด้านซ้ายและขวา สามารถเอาไปแก้ปัญหาต่างๆได้มากมาย

impulse. And these are equivalent. So we can use it to solve really difficult problems.

อย่างเช่น เอาไปคำนวณแรงกระตุ้น และแรงที่รถกระทำในขณะที่ชนกำแพง

Like could you calculate the impulse and the force on both the car as it crashes into the

รวมทั้งกับหุ่นทดสอบที่อยู่ในรถ ..โดยเราจะเรียนการคำนวณปัญหาเหล่านี้

wall and then the crash test dummy on the inside of the car? Well you will be able to

โดยใช้ตัวอย่างสองสามข้อ .. .. ก็เป็นว่า ถ้าเราต้องการหา

and we will work through a few problems likes that. And so if you want to figure out what

คำตอบของโจทย์ในทำนองนี้ เราก็จะได้ค่าต่างๆ ตามที่เห็นในสมการ

we need to solve a problem like that it is all given in the equations up here. Mass times

มวลคูณด้วยการเปลี่ยนแปลงความเร็วแรงเวลาครั้ง .. ในวิดีโอที่เราเพิ่งได้ดูไปนั้น

change in velocity, force times time. But we are just watching a video here. So you

เรายังไม่ได้เห็นแรงใด ๆ .. เราจึงจะมาหาค่าแรงอันนี้

do not see any force in the video. And so we are going to have to solve for that in

ด้วยการแก้ปัญหาตามลำดับ .. .. แล้วอะไรเป็นสิ่งแรกที่เราต้องการรู้?

a little bit of an indirect kind of a way. And so what would be the first things that

แน่นอน ต้องเริ่มจากรู้ค่ามวลก่อน .. ครูก็จะช่วยกำหนดให้

we can figure out? Well we have to figure out the mass. And so I could just give you

มวลของฮอนดาซีวิครุ่นปี 2013 นั้น มีค่าเท่ากับ 1,301 กิโลกรัม

the mass. The mass of this car, which is a 2013 Honda Civic Hybrid is 1301 kilograms.

และมวลของคนในรถจะอยู่ที่ประมาณ 78 กิโลกรัม มีค่าอะไรที่ครูน่าจะบอกได้อีก?

And the mass of the person inside the car is around 78 kilograms. What else could I

.. เราได้ยินไปแล้วว่า รถคันนี้จะมีความเร็วที่ 35 ไมล์ต่อชั่วโมง แล้วในที่สุดก็จะหยุดอยู่ที่ศูนย์

tell you? Well we know this car is going at 35 miles per hour and at the end it is going

แล้วก็จะมีการเปลี่ยนแปลงความเร็วเป็น 15.6 เมตรต่อวินาที

to be going 0. And so we could see a change in velocity of 15.6 meters per second. What

มีอะไรอีกที่อาจจะหาค่าออกมาได้? .. ค่าที่สำคัญอีกอันนึงก็คือช่วงเวลา

else do we have to figure out? Well it would important for us to figure out time. This

ข้อมูลที่เราเห็นอยู่ตรงนี้ ยังไม่เพียงพอที่จะเอามาคำนวณ การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมและแรงกระตุ้น

information right here is enough for us to figure the momentum change and the impulse,

ถ้าเราต้องการที่จะรู้ค่าแรงที่กระทำกับรถและหุ่นทดลองที่อยู่ข่างใน

but if we want to get at the force being applied to the car and the crash test dummy we also

เราต้องรู้ค่าเวลา .. เราจึงจะมาดูวิดีโออันนี้กันอีกที

have to know the time. And so let's watch the video and let me show you how you could

และหาค่าเวลาออกมา .. ก็จะเห็นว่ารถกำลังชนกำแพง และครูก็จะหยุดเอาไว้ตรงนี้

figure this out. So we have the car crashing into the wall. I am going to grab the video

เราก็จะเห็นว่า ตรงจุดเวลานี้พอดี ที่เวลาที่ 0 ตรงนี้ จะเป็นจุดที่รถเริ่มกระทบกับกำแพง

right here. And you can see here that right at this point, at time 0 it is impacting the

โดยเราจะกำหนดให้จุดเวลาตรงนี้ มีค่าเป็นเวลาเริ่มต้นที่ ครูอยากจะให้พวกเราสังเกต

car. And we have reset our time to 0. And so what I want you to do is let's watch a

ส่วนต่างๆ ของรถให้ดี .. โดยเฉพาะตรงส่วนนี้ .. ดูให้ดีว่าใช้เวลาเท่าไร

section of the car. Let's watch this section of the car right here. And let's see how long

กว่าที่รถจะหยุด คือมีความเร็วเป็นศูนย์ .. เอาละ เริ่มกันแต่แรกอีกที .. ตรงจุดนี้ เป็นจุดเริ่ม

it takes for that car to come to rest. And so again we will go back to 0. So it is now

เมื่อเราเริ่มที่จุดศูนย์ตรงนี้ แล้วคอยสังเกตที่รถ คอยดูว่าใช้เวลานานเท่าไร

at 0. So we are at 0 here and so just watch the car and figure out how long it takes for

กว่าที่รถจะหยุดนิ่งสนิท .. ครูจะเดินหน้าไปอีกหน่อย .. ตรงนี้เลย

that car to completely come to rest. Let me keep moving. So right about there. So right

เป็นจุดที่รถหยุดนิ่งแล้ว .. ก็เป็นอันพอจะบอกได้ว่า เวลาที่ใช้นั้น

about there the car has stopped moving and so we could say that that change in time is

เท่ากับ 0.072 .. วินาที ที่ครูจะเขียนไว้ตรงนี้ .. .. ทีนี้ก็ต้องมาดูว่า

0.072 seconds. I am getting that right here. But if I keep playing the video you will see

คนที่อยู่ในรถนั้น ยังคงเคลื่อนที่อยู่ .. ยังไม่ได้หยุดการเคลื่อนที่

that that person continues to move. They are still moving forward. And they do not come

จนกระทั่งราวๆ ณ จุดเวลาตรงนี้ .. กะดูแล้วก็จะเป็นราวๆ 0.112 วินาที

to a stop until around here. And so we could say their time of impulse is going to be 0.112

.. ครูจะตั้งโจทย์ง่ายๆ ตรงนี้ว่า ลองมาคำนวณหา ..

seconds. And so let me give you a simple problem. What I want you to figure out is calculate

แรงกระตุ้นและแรงที่กระทำต่อทั้งรถแและคนที่อยู่ในรถ

the impulse and the force being applied to both the car and the man sitting within the

ครูอยากจะให้พวกเราลองหยุดวิดีโอไว้ตรงนี้ก่อน พวกเราได้ค่าต่างๆที่ครูช่วยหามาให้แล้ว

car. And what I would encourage you to do is pause the video right here. You have everything

นั่นคือค่าต่างๆ พวกนี้ .. ถ้าเป็นครู ก็จะเอากระดาษมาลองคำนวณไปด้วย

you need right up here. I would grab a piece of paper and try to work this out. Again you

คำตอบที่ได้ควรจะเป็นค่าที่ต้องการ สี่ค่า นั่นคือ แรงกระตุ้นของรถ แรงที่กระทำต่อรถ

are going to have four values when you are done. Impulse of the car, force on the car,

แรงกระตุ้นต่อคน แล้วก็แรงที่กระทำต่อคน ก็ลองหยุดวิดีโอ แล้วพยายามคำนวณหาเองดูก่อน

impulse on the man and force on the man. And so pause the video. Try to work that out.

แล้วครูก็จะแสดงวิธีการหาคำตอบที่ถุกต้องให้ดูกัน ดังต่อไปนี้

But I am going to show you how to do it right now. And so what you would do, if we are trying

ถเาเราต้องการหาแรงกระตุ้นที่รถทั้ง ก็ต้องเริ่มจากมวลของรถ

to figure out the impulse on the car, all you need is the mass of the car and then that

แล้วก็การเปลี่ยนแปลงความเร็ว ได้เป็นแรงกระตุ้นมีค่าเท่ากับ มวล คูณด้วยการเปลี่ยนแปลงความเร็ว

change in velocity. And so impulse is equal to the mass times the change in velocity.

ครูก็แค่เอาค่ามวลที่ได้มาใส่ไว้ตรงนี้ เป็น 1,301 กิโลกรัม ส่วนการเปลี่ยนความเร็วก็เป็น 15.6 เมตรต่อวินาที

So I am simply putting in the mass right here, 1301 kilograms, the change in velocity, 15.6

และแรงกระตุ้นก็จะได้ออกมาดังนี้

meters per second. And so my impulse is going to be this, newtons per second. Now how did

มาได้อย่างไรนะ? .. ดูให้ดีว่ามีแรงคูณด้วยเวลา หรือ นิวตันคูณด้วยวินาที

I get that? Well since it is a force times a time it is going to be newtons times seconds.

ก็จะเห็นได้ว่าค่าที่ได้นี้มีเลขนัยยะสำคัญอยู่หลายหลักเกินไป

You can see here that this number has way too many significant digits. And so I could

ก็อาจจะต้องปรับลงมาให้น้อยลง เป็นสามหลักก็น่าจะพอ ได้เป็นคำตอบแรงกระตุ้นของรถ

reduce that so that it has three significant digits and that is the answer of the impulse

ถัดไป เราจะหาค่าแรงที่กระทำต่อรถได้อย่างไร?.. ก็อย่างที่ครูบอกไปแล้ว

on that car. Now how do we figure out the force being applied? Well since I showed you

ค่าเวลานั้น คือ 0.072 วินาที .. ถ้าเราต้องการหาค่าแรงกระตุ้น สิ่งที่เราต้องทำคือ เอามาหารด้วยค่าเวลา

the time, 0.072 seconds, if we want to figure out the impulse all we do is simply divide

เมื่อเอามาหารด้วยค่าเวลาแล้ว ก็จะได้ออกมาเป็นค่าของแรงที่กระทำ

by the time. So if we divide it by the time it is going to give us the force that is being

ครูก็เลยจะเอาค่าแรงกระตุ้นตรงนี้ ซึ่งต้องเอามาทั้ง

applied. So I am going to take that impulse, which is right here. I am going to include

เลขนัยสำคัญทั้งหมด .. จากนั้น ก็จะหารด้วยเวลาซึ่งเท่ากับ 0.072 วินาที

all those significant digits. And then I am going to divide it by the time which is 0.072

ก็จะได้ออกมาเป็นค่าของแรง ซึ่งก็เช่นกัน มีเลขนัยยะสำคํญมากเกินไป

seconds. And it is going to give me a force of that. And then again, too many significant

ครูก็เลยจะเอาตัวเลขที่หามาได้ ใช้ด้วยเลขนัยยะสำคัณ 2 หลักก็พอ

digits. I could figure out my force, which is only going to have 2 significant digits.

ก็จะมาจาก 2.8 คูณด้วย 10 ยกกำลัง 5 นิวตัน ทำไมเป็นอย่างนั้นล่ะ? .. ก็เพราะว่า 0.072 นั้น

And so it is going to be 2.8 times 10 to the 5 newtons. Why is that? Because 0.072 only

มีเลขนัยสำคัญสองตัว .. เป็นค่าของแรงที่ทำกับรถอันนี้ ซึ่งก็มีขนาดใหญ่มาก

has 2 significant digits. And so that is a massive force that is being applied to that

แต่เนื่องจากว่าเวลาที่ใช้นั้นมากกว่า เมื่อเทียบกับรถแบบเก่า ก็หมายความว่า

car. But since the time is greater than it would be with an old car, it is actually going

รถแบบใหม่นี้ก็จะรู้สึกว่าได้รับแรงน้อยกว่า .. .. และสมมติว่า ถ้าเราสนใจไปที่

to be a much smaller force you would experience in a new age car. Let's say we were to look

คนในนรถบ้าง ..จะมีวิธีคำนวณอย่างไร? .. เช่นเคย พวกเราอาจจะลองหยุดวิดีโอไว้ตรงนี้

at the person inside it. How do we figure that out again? Again you could stop right

แล้วก็ลองหาคำตอบดูเองก่อน .. .. เราก็จะมาเริ่มกันด้วย

now and if you want to try to solve this one, you sure could. We are going to start with

แรงกระตุ้น ซึ่งก็คือมวล คูณด้วยการเปลี่ยนความเร็ว

an impulse which is simply going to be the mass times the change in velocity. And so

ครูก็หาคำตอบออกมาเป็นตัวเลขนัยยะสำคัญ คือ 1.2 คูณ 10 ยกกำลัง 3 นิวตันวินาที

I could figure it out like that with significant digits. It is going to be 1.2 times 10 to

เป็นค่าแรงกระตุ้น .. ทีนี้ถ้าเป็นแรงกระทำบ้างล่ะ

the 3 newtons seconds. That is going to be the impulse. If I want to figure out the force

ก็จะต้องเอาไปหารด้วยเวลา .. ซึ่งก็จะได้ค่าออกมาที่

all I am going to do is going to be to divide by the time. And so that is going to give

ราวๆ 1.1 คูณ 10 ยกกำลัง 4 นิวตัน เป็นค่าของแรง

me a value of around 1.1 times 10 to the 4 newtons. And so that is going to be the force

ที่กระทำกับคนคนนั้น ซึ่งลดอันตรายลงไปได้มาก ด้วยเหตุที่ว่า

that is applied to that person. Now that is not a deadly force, and the reason why is

เวลานั้น ได้ทำให้เพิ่มขึ้น โดยที่โมเมนตับกับแรงกระตุ้นนั้นยังคงเดิม

that we have increased that amount of time even though the momentum and the impulse stay

เมื่อเวลาเพิ่มขึ้น ก็หมายความว่าแรงกระทบนั้นลดลง .. .. ก็มาสรุปกันได้ว่า พวกเราได้เรียน

the same, by increasing the time we can decrease the force. And so did you learn to justify

เรื่องของการใช้ข้อมูลในการหาค่าแรงกระตุ้น และแรงกระแทก

this selection of data if you want to figure out the impulse or if you want to figure out

รวมทั้งสามารถที่จะวิเคราะห์ ทำนาย และออกแบบ การเก็บข้อมูลได้

the force? And then finally could you predict, analyze and design a plan for collecting data?

โดยตัวอย่างที่ครูใช้ก็คือ วิดีโอที่แสดงการเแลี่ยนโมเมนตัมตามช่วงเวลาต่างๆ

In this case we used a video to look at the change in that momentum over time. But you

ซึ่งพวกเราอาจจะประยุกต์ไปใช้เทป หรือไม่ก็ตัวจับการเคลื่อนไหวก็ได้

could use a ticker tape. You could use a motion sensor to figure this out. So that is impulse.

สรุปอีกทีว่า แรงกระตุ้นนั้น ก็คือผลคูณของแรง คูณด้วยเวลา .. ก็หวังว่าทั้งหมดนี้คงเป็นประโยชน์บ้าง

Again, product of force times time. And I hope that was helpful.