Archive from February, 2011

วิทยาศาสตร์และธรรมชาติ

Feb 28, 2011 by     2 Comments    Posted under: Uncategorized

วิทยาศาสตร์และธรรมชาติ

วิทยาศาสตร์อาจกล่าวว่าน่าเป็นจริง
ใคร่ท้วงติงประวิงไว้ใคร่แก้ไข
วิทยาศาสตร์อาจบอกเพียงเยี่ยงเป็นไป
เท่าที่ได้ค้นคว้าไปหลายวิชา
ธรรมชาติคาดการณ์ไซร้ได้ยากนัก
จึงใคร่จักตระหนักใจใฝ่ค้นหา
ธรรมชาติประหลาดเหลือเหนือวิชา
ยากนักหนาค้นคว้าล้ำธรรมชาติ

ณ ที่นี้ผู้เขียนใคร่จะขอกล่าวถึงเนื้อหาสาระทางวิทยาศาสตร์เชิงเปรียบเทียบกับธรรมชาติโดยหวังจะก่อให้เกิดความเข้าใจที่ถูกต้องอย่างสมเหตุสมผลดังนี้
วิทยาศาสตร์ (Science) เป็นวิชาหนึ่งซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการหนึ่ง ๆ ดังนี้
การสังเกต ศึกษา ค้นคว้า วิจัย การทำความเข้าใจสิ่งต่าง ๆ ที่มีอยู่ในธรรมชาติ และปรากฏการณ์ต่าง ๆ ในธรรมชาติ
แล้วจัดเป็นระบบที่มีระเบียบในลักษณะของสมมุติฐาน หลักการ และกฎต่าง ๆ
ทั้งนี้เราปรารถนาที่จะเข้าถึงธรรมชาติให้มากสุดตราบเท่าที่ความสามารถของเราจะพึงมี ตลอดจนอุปกรณ์และเทคโนโลยีจะอำนวยให้
โดยทั่วไปเราจะกล่าวถึงวิทยาศาสตร์เป็น 2 แขนงดังนี้
แขนงหนึ่ง คือ วิทยาศาสตร์กายภาพ (Physical Science) ซึ่งเป็นแขนงที่ศึกษาเกี่ยวกับสิ่งที่ไม่มีชีวิตทั้งปวง เช่น ฟิสิกส์ เคมี และดาราศาสตร์ โดยอาจจะรวมคณิตศาสตร์ไว้ด้วย
อีกแขนงหนึ่ง คือ วิทยาศาสตร์ชีวภาพ (Biological Science) ซึ่งเป็นแขนงที่ศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตทั้งปวง เช่น สัตววิทยาและพฤกษศาสตร์
ทั้งนี้เรากำลังกล่าวถึงวิทยาศาสตร์แขนงที่รู้จักกันในนามวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ (Pure Science) แขนงหนึ่ง
อย่างไรก็ตาม ขอได้รับรู้ด้วยว่ายังมีวิทยาศาสตร์อีกแขนงหนึ่งที่ได้ดัดแปรไปจากไปจากวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์นี้ โดยเราจัดอยู่ในลักษณะของวิทยาศาสตร์ประยุกต์ (Applied Science) ซึ่งเป็นแขนงวิชาอีกแขนงหนึ่งที่เรามีจุดมุ่งหมายเชิงปฏิบัติที่หวังผลนอกเหนือไปจากทางทฤษฎีซึ่งเป็นจุดประสงค์หลักของทางแขนงวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์แขนงนั้น เช่น แพทยศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และเกษตรศาสตร์
อนึ่ง โดยทั่วไปเรามักจะกล่าวกันดังนี้
วิทยาศาสตร์เป็นความจริง (Science is fact.)
ผู้เขียนอยากจะขอย้ำไว้ ณ ที่นี้เพื่อความเข้าใจที่ถูกต้องดังนี้
วิทยาศาสตร์เป็นความรู้ที่เราได้รับจากความพยายามเข้าถึงธรรมชาติสืบต่อกันมาอย่างยาวนาน โดยมีทั้งที่ขัดแย้งกันและที่สอดคล้องกัน มีทั้งที่ยอมรับผิดและที่รับรู้ว่าถูก
แต่ความรู้ที่เราได้รับนั้นไม่เคยอยู่นิ่ง
อย่างไรก็ตาม ย่อมจะขึ้นอยู่กับอุปกรณ์และเทคโนโลยีในยุคสมัยหนึ่งเป็นสำคัญ
ทั้งนี้เราไม่เคยมีความรู้ที่เข้าถึงธรรมชาติโดยสมบูรณ์อย่างแท้จริงเลยแม้แต่เพียงครั้งเดียว
ดังนั้น ผู้เขียนจึงใคร่ขอกล่าวปิดประเด็นของเนื้อหาสาระส่วนนี้ไว้ดังนี้
ธรรมชาติเป็นความจริง (Nature is fact.)
วิทยาศาสตร์จึงเป็นความรู้เพียงส่วนหนึ่งของความจริงในธรรมชาติ
ตราบใดที่มนุษย์มีอุปกรณ์และเทคโนโลยีที่ก้าวหน้ายิ่ง ๆ ขึ้นไปอีก
ตราบนั้นเราก็จะเข้าใกล้ถึงความจริงของธรรมชาติมากขึ้นเปรียบประหนึ่งเงาตามตัวนั่นเอง
ด้วยเหตุนี้ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์จึงมิได้หยุดนิ่ง
แต่ยังรอพวกเรารุ่นแล้วรุ่นเล่าให้เสาะแสวงหาแก่นแท้อันเป็นที่สุดของความรู้
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเข้าถึงความลี้ลับของเอกภพ (Universe) ซึ่งเป็นแหล่งหนึ่งที่เปรียบประหนึ่งว่ามีม่านทึบขวางกั้นเส้นทางความรู้ของเราอยู่

ธรรมชาติสะอาดตาพาร่มรื่น
จิตชุ่มชื่นอื่นใดหาได้เหมือน
ดั่งจิตข้าฯ ครานี้ที่มิเลือน
ใจยังเตือนไม่เลือนว่าข้าฯ ต้องมอง
ธรรมชาติสะอาดยิ่งเหนือสิ่งใด
มนุษย์ไซร้ใคร่เติมเสริมให้หมอง
มลภาวะมาเติมเพิ่มก่ายกอง
อย่างนี้ต้องร้องหาวิชาชาญ

สมพงษ์ ใจดี
sompongsej@yahoo.com
http://genphysics.wordpress.com/
http://www.vcharkarn.com/
28 กุมภาพันธ์ 2554

วงจรไฟฟ้ากระแสตรงวงจรหนึ่ง

Feb 27, 2011 by     Comments Off on วงจรไฟฟ้ากระแสตรงวงจรหนึ่ง    Posted under: Physics, Uncategorized

วงจรไฟฟ้ากระแสตรงวงจรหนึ่ง

ผู้อ่านคนใดคนหนึ่งที่สนใจจงสังเกตวงจรไฟฟ้าวงจรนี้
1. บันทึกข้อมูลต่าง ๆ ของวงจรไฟฟ้าวงจรนี้
2. ตอบคำถามต่าง ๆ ต่อไปนี้
ก. วงจรไฟฟ้าวงจรนี้ปิดหรือเปิดและมีเหตุผลสนับสนุนคำตอบอย่างไร
ข. แบตเตอรี่ก้อนนี้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าประมาณเท่าใด
ค. ตัวต้านทานไฟฟ้ามีกี่ตัว
ง. มิลลิแอมมิเตอร์ตัวนี้แสดงค่ากระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าวงจรนี้หรือไม่

วงจรไฟฟ้ากระแสตรงวงจรหนึ่ง (A direct current electric circuit) มีองค์ประกอบเบื้องต้นดังนี้
1. แหล่งต้นทางกระแสไฟฟ้าตรงหรือกระแสตรงแหล่งหนึ่ง
กล่าวคือ เครื่องกำเนิดกระแสตรงเครื่องหนึ่ง (A direct current generator)
ทั้งนี้ผู้เขียนสื่อถึงหม้อแบตเตอรี่หม้อหนึ่งและเซลล์ไฟฟ้าเซลล์หนึ่งด้วย
2. ตัวต้านทานไฟฟ้าตัวหนึ่ง
ทั้งนี้อาจจะมีตัวควบคุมกระแสตัวหนึ่ง (A rheostat) เป็นองค์ประกอบ
3. สายไฟฟ้าเส้นหนึ่ง ๆ ที่มีความต้านทานไฟฟ้าน้อย ๆ
ทั้งนี้เราใช้สายไฟฟ้าเส้นหนึ่ง ๆ เพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าชิ้นหนึ่ง ๆ
4. สวิตช์ตัวหนึ่งเพื่อปิดหรือเปิดวงจรไฟฟ้าวงจรหนึ่ง
อนึ่ง ในหลายกรณีอาจจะมีอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เป็นเครื่องวัดเครื่องหนึ่งดังนี้
แกลแวนอมิเตอร์ตัวหนึ่ง (A galvanometer)
มาตรกระแสไฟฟ้าหรือแอมมิเตอร์ตัวหนึ่ง (An ammeter)
มาตรความต่างศักย์หรือโวลต์มิเตอร์ตัวหนึ่ง (A voltmeter)
และมาตรความต้านทานไฟฟ้าหรือโอห์มมิเตอร์ตัวหนึ่ง (An ohmmeter)
แรงเคลื่อนไฟฟ้า (Electromotive force) เป็นคำที่สื่อความหมายดังนี้
กล่าวคือ แหล่งต้นทางพลังงานไฟฟ้าแหล่งหนึ่ง (A source of electrical energy) แหล่งต้นทางพลังงานไฟฟ้าแหล่งหนึ่ง ๆ ดังเช่น
1. แบตเตอรี่
2. เซลล์สุริยะเซลล์หนึ่ง (A solar cell)
3. คู่ควบความร้อนหรือเทอร์มอคัปเปิลตัวหนึ่ง (A thermocouple)
อย่างไรก็ตาม การศึกษาโดยทั่วไปในระดับนี้เราเน้นที่แบตเตอรี่หม้อหนึ่งและแบตเตอรี่ก้อนหนึ่งที่ใช้ในห้องปฏิบัติการเป็นสำคัญ
สิ่งสำคัญประการหนึ่งที่เรามักมองข้ามกันมีดังนี้
กล่าวคือ อุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิดมีความต้านทานไฟฟ้าของตัวเอง
ทั้งนี้ไม่มีข้อยกเว้นแม้แต่แบตเตอรี่ก้อนหนึ่ง
ดังนั้น เราจึงจำเป็นจะต้องคำนึงถึงค่าความต้านทานไฟฟ้าภายใน (Internal electric resistance) ของแบตเตอรี่ก้อนหนึ่งในวงจรไฟฟ้าวงจรหนึ่งเสมอ
อนึ่ง สำหรับผู้อ่านคนใดคนหนึ่งที่เป็นครู อาจารย์ และนักเรียนที่สนใจรายละเอียดและการคำนวณสามารถศึกษาได้จากหนังสือชุดฟิสิกส์สู่มหาวิทยาลัยของผู้เขียน
นอกจากนี้ ถ้าสนใจในระดับที่สูงขึ้นผู้เขียนใคร่ขอแนะนำหนังสือชุดฟิสิกส์มหาวิทยาลัยอีกชุดหนึ่งของผู้เขียนเช่นกันไว้ ณ ที่นี้ด้วย

สมพงษ์ ใจดี
sompongsej@yahoo.com
http://genphysics.wordpress.com/
http://www.vcharkarn.com/
27 กุมภาพันธ์ 2554

การเหาะในอวกาศ

Feb 24, 2011 by     Comments Off on การเหาะในอวกาศ    Posted under: Astronomy, Physics, Uncategorized

การเหาะในอวกาศ
3 มิถุนายน 2508
นักบินอวกาศบังคับการวัย 35 ปีเจมส์ แมกดิวิตและนักบินผู้ช่วยวัย 34 ปีเอ็ดเวิร์ด ไวท์ได้ประสบความสำเร็จในการโคจรรอบ ๆ โลกถึง 62 รอบ
ทั้งนี้ระหว่างโคจรรอบที่ 3 รอบหนึ่ง ณ ขณะที่อยู่เหนือมหาสมุทรแปซิฟิกที่ระดับความสูง 190 กิโลเมตรไวท์เปิดฝาครอบที่นั่งในยานอวกาศเจมินี 4 ลำนี้ออกแล้วยืนขี้น
ไวท์มองเห็นบริเวณเวิ้งว้างอันกว้างใหญ่สุดสายตา
โดยที่ไวท์มองเห็นโลกสีน้ำเงินสดใสลอยคว้างอยู่ท่ามกลางความมืดมิดของบริเวณส่วนหนึ่งของเอกภพที่มีจุดประกายแสงระยิบระยับจุดหนึ่ง ๆ อยู่ทั่วไป
ไวท์เคลื่อนตัวออกจากยานอวกาศเจมินี 4 ลำนี้ด้วยแรงขับดันด้วยอิทธิพลของแรงผลักจากปืนออกซิเจนกระบอกหนึ่งของเขาเอง
ณ ตอนนั้นไวท์เป็นวีระบุรุษอเมริกันคนแรกที่กล้าเสี่ยงชีวิตแบบท้ามฤตยู
โดยที่ไวท์เคลื่อนตัวออกจากที่ปลอดภัยในอวกาศเจมินี 4 ลำนี้สู่อวกาศภายนอกท่ามกลางความเวิ้งว้างว่างเปล่าของห้วงเวหา ณ แห่งนั้น
ไวท์ลอยตัวอยู่นอกยานอวกาศโดยมีสายยาว 8 เมตรเส้นหนึ่งโยงรั้งตัวของเขาไว้
ทั้งนี้เพื่อไม่ให้เขาหลุดลอยไปในอวกาศอันเวิ้งว้างดังกล่าว
นอกจากนี้ สายโยงเส้นนี้ยังมีช่องส่งออกซิเจนช่วยในการหายใจของไวท์ด้วย
อนึ่ง เมื่อไวท์เหนี่ยวไกปืนออกซิเจนกระบอกนั้นจะมีกระบวนการอย่างหนึ่งที่ทำให้มีไอพ่นออกมาและช่วยให้ไวท์สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างคล่องแคล่ว
ทั้ง ๆ ที่ไวท์นั้นก็ไต่อยู่บนผิวของยานอวกาศลำนี้ที่กำลังเคลื่อนที่เร็วถึง 2 หมื่น 8 พันกิโลเมตรต่อชั่วโมง
อย่างไรก็ตาม ต่อมาไวท์ได้รายงานดังนี้
เขาเองค่อนข้างลำบากที่จะเหยียบลงสัมผัสกับยานอวกาศลำนี้
ทั้งนี้ทุกครั้งที่เขาเขยิบเข้าใกล้กับอวกาศเจมินี 4 ลำนั้นยานอวกาศลำดังกล่าวก็จะเคลื่อนที่เปลี่ยนไป
โดยเปรียบประหนึ่งที่เราพยายามเหยียบลงบนกระดานแผ่นหนึ่งที่เคลื่อนที่เร็ว ๆ
อนึ่ง ในช่วงเวลา 20 นาที่ไวท์อยู่นอกอวกาศเจมินี 4 ลำนั้นไวท์ก็ได้เดินทางไปพร้อม ๆ กับยานอวกาศลำดังกล่าวเป็นระยะทางที่ไกลถึงหมื่นกิโลเมตรทีเดียว
ขณะที่ไวท์กำลังเพลิดเพลินกับสภาวะนอกยานอวกาศเจมินี 4 ลำนี้อยู่นั้น
แมกดิวิตเห็นว่าไวท์อยู่ในสภาวะเช่นนั้นค่อนข้างนานจึงเตือนให้ไวท์กลับเข้าสู่ภายในยานอวกาศลำนี้ซะที
อย่างไรก็ตาม ไว้ตอบระคนเสียงหัวเราะดังนี้
“… สนุกดี… ผมยังไม่อยากกลับเข้าไปหรอกครับ…”
ดังนั้น แมกดิวิตจึงต้องพูดเชิงออกคำสั่งแกมบังคับให้ไวท์กลับเข้ามาภายในยานอวกาศลำนี้ด้วยความเป็นห่วง
อนึ่ง ไวท์กล่าว ณ ตอนนั้นดังนี้
“… ผมยังไม่อยากกลับเข้าไปเลย…
ทั้งนี้ ณ ขณะที่ผมอยู่นอกยานอวกาศเจมินีลำนี้อย่างตอนนี้นั้นช่างเป็นช่วงเวลาที่วิเศษสุด ๆ ของการปฏิบัติภารกิจขึ้นสู่อวกาศในครั้งนี้เลยครับ…”
ความสำเร็จอย่างงดงามของการปฏิบัติภารกิจนอกยานอวกาศเจมินี 4 ลำนี้ของไวท์ยังผลถึงช่องทางที่นำไปสู่วิธีการซ่อมแซมดาวเทียมดวงหนึ่ง ๆ หรือยานอวกาศลำหนึ่ง ๆ ได้ในกรณีที่มีความจำเป็น
อนึ่ง ถ้าพัฒนาเทคนิกบางประการอย่างสมเหตุสมผลการสร้างสถานีอวกาศสถานีหนึ่ง ๆ ก็อยู่ในวิสัยที่เป็นไปได้
ถ้าทุกสิ่งดำเนินไปได้อย่างราบรื่นดังกล่าวนั้นโครงการใดโครงการหนึ่งที่มนุษย์จะท่องอวกาศไปสู่ดาวเคราะห์ดวงหนึ่ง ๆ ก็อยู่ในวิสัยที่เป็นไปได้เช่นกัน
ตราบเท่าที่มนุษย์ยังมีความคิดในการสำรวจเอกภพอยู่ดังเช่นทุกวันนี้
โดยที่มีการสนับสนุนทางด้านเศรษฐกิจอย่างเหมาะสม
นอกจากนี้ ไวท์ได้พิสูจน์เป็นที่ประจักษ์ดังนี้
“ชุดอวกาศ 18 ชั้นชุดที่เขาสวม ณ ขณะที่ออกปฏิบัติภารกิจนอกยานอวกาศเจมินี 4 ลำนี้มีประสิทธิภาพสูงอย่างไร้ปัญหา…
ทั้งนี้สามารถป้องกันจุลอุกกาบาตชิ้นหนึ่ง ๆ ได้…
สามารถปรับอุณหภูมิและความดันได้อย่างเหมาะสม…”
อย่างไรก็ตาม ชุดอวกาศ 18 ชั้นชุดนี้ก็มีราคาแพงอย่างน่าใจหาย
ทั้งนี้มีราคาที่มากกว่า 5 แสนบาทในปี พ.ศ. 2508
(โดยถ้าเป็นในปัจจุบันนี้ก็ต้องมีมูลค่าไม่ต่ำกว่า 5 ล้านบาทอย่างแน่นอน)
อนึ่ง ณ ตอนนั้นไวท์สวมเกราะกำบังตาอันหนึ่งด้วย
ดังนั้น ไวท์จึงสามารถมองดูดวงอาทิตย์ได้โดยตรงอย่างไม่เป็นอันตราย
ณ ตอนนั้นต่างเป็นที่ยอมรับกันดังนี้
“ประสบการณ์ที่ได้ในครั้งนี้มีค่ามหาศาลสุดที่จะประเมินเป็นราคาได้…
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การออกแบบชุดอวกาศชุดหนึ่ง ๆ ที่นักบินอวกาศจะสวมใส่เมื่อลงสำรวจดวงจันทร์ตามโครงการอะพอลโลโครงการหนึ่งต่อไป…”
ความสำเร็จประการต่าง ๆ นอกจากที่กล่าวมาแล้วมีดังนี้
1. สามารถปรับเปลี่ยนอัตราเร็ว
2. สามารถปรับระดับของความสูง
3. สามารถเปลี่ยนแนววงโคจรวงหนึ่ง ๆ ได้ตามที่ต้องการ
ทั้งนี้เป็นการใช้สมรรถนะของจรวดลำเล็ก ๆ ที่ปลายส่วนหัว ที่ฐาน และที่ด้านข้างของยานอวกาศลำดังกล่าวนั้น
ดังนั้น สมรรถนะของแคปซูลเจมินีลำหนึ่ง ๆ ตามที่เรากล่าวมาแล้วส่อให้เห็นถึงความก้าวหน้าทางด้านเทคนิกและการสร้างยานอวกาศลำหนึ่ง ๆ ได้อย่างดียิ่ง
6 มิถุนายน 2508
สันตะปาปาปอลที่ 6 ได้ตรัสดังนี้
“… คำสวดวิงวอนของเราย่อมแผ่กระจายไปจนทั่วพิภพและบรรลุสู่สรวงสวรรค์เพื่อคุ้มครองแด่ผู้ใดผู้หนึ่งที่กำลังสำรวจดวงดาวในอวกาศ…”
7 มิถุนายน 2508
อดีตประธานาธิบดีลินดอน บี จอห์นสันได้โทรศัพท์แสดงความยินดีต่อมนุษย์อวกาศทั้ง 2 คนที่ปฏิบัติภารกิจได้อย่างยอดเยี่ยม
โดยที่ข้อความตอนหนึ่งเป็นดังนี้
“… สิ่งที่ท่านทั้ง 2 คนได้กระทำในครั้งนี้ยากที่ใคร ๆ จะลืมได้
… ทั้งนี้เราต่างหวังและสวดวิงวอนเพื่อให้บรรลุสู่เวลาที่มนุษย์ทุกชาติทุกภาษาจะหันหน้าเข้าหากันเพื่อบุกเบิกอวกาศและเดินเคียงข้างกันและกันไปสู่สันติ…
… ท่านทั้ง 2 คนย่อมประจักษ์แล้วว่า ณ ตอนนี้มนุษย์โลกมีความรู้ความสามารถทางด้านอวกาศที่ก้าวหน้าไปไกล…

… อีกทั้งข้าพเจ้ามีความเชื่อมั่นอย่างเต็มเปี่ยมว่า มนุษย์แห่งโลกเสรีย่อมตระหนักถึงความรู้สึกที่เป็นหนี้บุญคุณต่อท่านทั้ง 2 คนอย่างสุด ๆ …”
ณ วันเดียวกันนี้
อูทันต์ซึ่งเป็นเลขาธิการขององค์การสหประชาชาติ ณ ตอนนั้นได้ส่งสาส์นไปยังอดีตประธานาธิบดีลินดอน บี จอห์นสันและนักบินอวกาศทั้ง 2 คนดังนี้
“… ผลงานของนักบินอวกาศทั้ง 2 คนนี้นับว่าเป็นชัยชนะเพื่อสันติครั้งล่าสุดและเป็นความสำเร็จที่งดงามสุด ๆ ที่มนุษย์มีต่อห้วงอวกาศ…”

สมพงษ์ ใจดี
sompongsej@yahoo.com
http://genphysics.wordpress.com/
http://www.vcharkarn.com/sompongse
24 กุมภาพันธ์ 2554

สมการสถานะของแก๊สอุดมคติสมการหนึ่ง

Feb 22, 2011 by     Comments Off on สมการสถานะของแก๊สอุดมคติสมการหนึ่ง    Posted under: Physics, Uncategorized

สมการสถานะของแก๊สอุดมคติสมการหนึ่ง
สมการสถานะของแก๊สอุดมคติสมการหนึ่ง (The equation of state of an ideal gas) เป็นสมการหลักในรูปของพลังงานสมการหนึ่ง
สมมติ ปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องมีดังนี้
มวลโมลาร์ของระบบแก๊สเจือจางระบบหนึ่ง คือ M กิโลกรัมต่อโมล
มวลของระบบแก๊สระบบนี้ คือ m กิโลกรัม
จำนวนโมเลกุลของระบบแก๊สระบบนี้ คือ N โมเลกุล
เลขอาโวกาโดรค่าหนึ่งเป็นดังนี้
กล่าวคือ NA ≈ 6.02×1023 โมเลกุลต่อโมล
จำนวนโมลของระบบแก๊สระบบนี้เป็นดังนี้
กล่าวคือ n = m/M = N/NA โมล
ความดันของระบบแก๊สระบบนี้ คือ p นิวตันต่อตารางเมตร
ปริมาตรของระบบแก๊สระบบนี้ คือ V ลูกบาศก์เมตร
และอุณหภูมิของระบบแก๊สระบบนี้ คือ T เคลวิน
ค่าคงตัวแก๊สเชิงเอกภพค่าหนึ่งเป็นดังนี้
กล่าวคือ R = 8.314 จูลต่อ (โมล-เคลวิน)
และค่าคงตัวโบลต์ซมันน์ค่าหนึ่งเป็นดังนี้
กล่าวคือ kb = 1.38×10-23 จูลต่อ (โมเลกุล-เคลวิน)

สมการสถานะของแก๊สอุดมคติสมการหนึ่งเป็นดังนี้

กล่าวคือ pV = nRT = NkbT จูล

ทั้งนี้พึงสังเกตในเบื้องต้นดังนี้
สมการสถานะของแก๊สอุดมคติสมการนี้ใช้ได้เสมอไม่ว่าเป็นกรณีใดดังนี้
1. แก๊สมีจำนวนคงตัว
2. แก๊สมีจำนวนไม่คงตัว
3. ใช้เป็นสมการหลักเพียงสมการเดียวที่สามารถพิจารณาไปสู่กฎอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องได้ทุกกฎดังนี้
กล่าวคือ กฎของบอยล์กฎหนึ่ง กฎของชาร์ลกฎหนึ่ง และกฎของแก๊สกฎหนึ่ง

ดังนั้น ผู้เขียนขอเสนอแนะดังนี้
ถ้าผู้อ่านคนใดคนหนึ่ง (โดยเฉพาะครูอาจารย์และนักเรียน) ได้พิจารณาตามที่ผู้เขียนเสนอแนะไว้ ณ ที่นี้ก็สามารถศึกษาวิชาฟิสิกส์ซึ่งเป็นวิชายากวิชาหนึ่งได้อย่างถูกต้องและลดความยุ่งยากได้มาก
กล่าวคือ จำให้น้อยโดยจำหลักที่สำคัญ แต่ต้องจำให้แม่น
ณ ที่นี้ผู้เขียนพิจารณาเสริมไว้เพื่อการเรียนรู้ดังนี้
1. กฎของบอยล์กฎหนึ่ง (A Boyle’s law) เป็นดังนี้

กล่าวคือ pV = k ที่มีค่าคงตัวเป็นจูล

ทั้งนี้กฎของบอยล์กฎหนึ่งเป็นกฎที่อยู่ภายใต้ข้อจำกัดต่าง ๆ ดังนี้
1. แก๊สมีจำนวนคงตัว
2. อุณหภูมิเคลวินของแก๊สจำนวนนี้คงตัว

ดังนั้น เราจึงพิจารณาจากสมการสถานะของแก๊สสมการหนึ่งได้ดังนี้
กล่าวคือ pV = nRT = NkbT = k จูลที่เป็นค่าคงตัวดังที่กล่าวมาแล้วนั้น

2. กฎของชาร์ลกฎหนึ่ง (A Charles’ law) เป็นดังนี้

กล่าวคือ V/T = (nR)/p = k ที่มีค่าคงตัวเป็นลูกบาศก์เมตรต่อเคลวิน
ทั้งนี้กฎของบอยล์กฎหนึ่งเป็นกฎที่อยู่ภายใต้ข้อจำกัดต่าง ๆ ดังนี้
1. แก๊สมีจำนวนคงตัว
2. ความดันของแก๊สจำนวนนี้คงตัว

3. กฎแก๊สกฎหนึ่ง (Gas law) เป็นดังนี้

กล่าวคือ (pV)/T = nR = k ที่มีค่าคงตัวเป็นจูลต่อเคลวิน

ทั้งนี้กฎของแก๊สกฎหนึ่งใช้เฉพาะกรณีที่แก๊สมีจำนวนคงตัวเท่านั้น
ด้วยเหตุนี้ จากที่ศึกษากันโดยทั่วไปอย่างน้อยต้องอยู่ภายใต้ข้อกำหนดข้อหนึ่ง
กล่าวคือ แก๊สมีจำนวนคงตัวเสมอ
อนึ่ง ถ้าจำนวนของแก๊สไม่คงตัวก็ไม่สามารถพิจารณาได้
ทั้งนี้ถ้าผู้อ่านคนใดสงสัยข้อความที่ผู้เขียนกล่าวถึง ณ ที่นี้
กรุณากลับไปเริ่มต้นอ่านบทความบทนี้ใหม่อีกสักครั้ง
ก็ย่อมจะพบความกระจ่างอย่างแน่นอน
นอกจากนี้ ผู้เขียนใคร่เสนอแนะดังนี้
ศึกษาตัวอย่างเพิ่มเติมจากหนังสือชุดหนึ่ง ๆ ของผู้เขียนดังนี้
1. ชุดฟิสิกส์สู่มหาวิทยาลัย
2. ชุดฟิสิกส์มหาวิทยาลัย
นอกจากนี้ ยังสามารถสื่อถึงผู้เขียนทางอีเมลของผู้เขียนได้โดยตรงด้วย

ข้อควรสังเกต
1. สมการสถานะของแก๊สอุดมคติสมการหนึ่งเป็นความสัมพันธ์อันหนึ่งที่ ไม่มีข้อจำกัด
เนื่องจากแก๊สอุดมคติชนิดหนึ่งประพฤติตามสมการสถานะของแก๊สอุดมคติสมการหนึ่งเราจึงเรียกดังนี้ กฎแก๊สสมบูรณ์กฎหนึ่ง (A perfect gas law)
2. กฎของบอยล์กฎหนึ่ง กฎของชาร์ลกฎหนึ่ง และกฎแก๊สอีกกฎหนึ่ง 3 กฎนี้ต่างมีข้อจำกัด
เราจึงสามารถพิจารณาจากสมการสถานะของแก๊สอุดมคติสมการหนึ่งได้
ด้วยเหตุนี้ ถ้าทุกคนเข้าใจหลักวิชาอย่างถูกต้องและศึกษาตามกระบวนการอย่างถูกต้องก็จะลดความยุ่งยากได้มาก
ที่สำคัญ คือ ไม่ต้องจำมากอย่างที่สอนและเรียนกันโดยทั่วไป
ขอได้โปรดเชื่อผู้เขียนที่เรียบเรียงจากประสบการณ์ทางการเรียนการสอนและการเขียนมามากกว่า 40 ปีด้วยเจตนาบริสุทธิ์
ทั้งนี้ผู้เขียนคิดกระบวนการดังกล่าวกระบวนการนี้ด้วยตัวเอง
โดยที่ไม่ได้ก้าวตามชาวตะวันตกแต่เพียงประการเดียวเท่านั้น
ปรารถนาดีอย่างจริงใจจากผู้เขียน

รศ.สมพงษ์ ใจดี
sompongsej@yahoo.com
http://genphysics.wordpress.com/
http://www.vcharkarn.com/sompongse
22 กุมภาพันธ์ 2554

ของไหลอุดมคติชนิดหนึ่ง ๆ

Feb 21, 2011 by     Comments Off on ของไหลอุดมคติชนิดหนึ่ง ๆ    Posted under: Physics, Uncategorized

ของไหลอุดมคติชนิดหนึ่ง ๆ
1. สมบัติพื้นฐานของของไหลอุดมคติชนิดหนึ่งเป็นดังนี้
ก. การไหลคงตัว (Steady flow)
ข. การไหลไม่หมุน (Irritation flow)
ค. ของไหลอัดไม่ได้ (Incompressible fluid)
ง. ของไหลไม่หนืด (Non-viscous fluid)
2. สมมติ ปริมาณต่าง ๆ เป็นดังนี้
ความหนาแน่นของของไหลชนิดหนึ่ง คือ D กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
พื้นที่ภาคตัดขวางของหลอดการไหล (Flow tube) หลอดหนึ่งเป็นดังนี้ กล่าวคือ A ตารางเมตร
อัตราเร็วการไหลของของไหลชนิดนี้ คือ v เมตรต่อวินาที
และช่วงเวลาน้อยยิ่ง คือ dt วินาที
ทั้งนี้มวลน้อยยิ่งของของไหลชนิดนี้ในช่วงเวลาดังกล่าวเป็นดังนี้
กล่าวคือ dm = (DAv) dt กิโลกรัม
ดังนั้น ฟลักซ์มวล (Mass flux) หรืออัตราการไหลมวล (Mass flow rate) คือ อัตราส่วนของมวลต่อช่วงเวลาการไหลของของไหลชนิดหนึ่งเป็นดังนี้
กล่าวคือ dm/dt = DAv กิโลกรัมต่อวินาที
อนึ่ง สมการความต่อเนื่องสมการหนึ่ง (A continuity equation) ของการไหลของของไหลในหลอดการไหลหลอดหนึ่งเป็นดังนี้
กล่าวคือ dm/dt = DAv กิโลกรัมต่อวินาทีคงตัว
3. ความหนาแน่นของของไหลอุดมคติอัดไม่ได้ชนิดหนึ่งคงตัวเท่ากับ D กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
ดังนั้น อัตราการไหลปริมาตร (Volume flow rate) หรือฟลักซ์ปริมาตร (Volume flux) ของของไหลอุดมคตินี้จึงคงตัวดังนี้
กล่าวคือ dV/dt = (Av) ลูกบาศก์เมตรต่อวินาทีคงตัว
อนึ่ง ในฤดูน้ำหลากฤดูหนึ่ง ๆ เราจะกล่าวถึงน้ำที่ไหลผ่านท้องที่ใดท้องที่หนึ่งเป็นสำคัญ
บทความเชิงสาระทางฟิสิกส์ที่ถูกต้องบทความนี้ปรารถนาให้ทุกคนเข้าใจอย่างถูกต้องตรงกันดังนี้
ณ ขณะนั้นเรากำลังกล่าวถึงอัตราการไหลปริมาตรหรือฟลักซ์ปริมาตรของน้ำเป็นลูกบาศก์เมตรต่อวินาทีที่ไหลผ่านท้องที่ใดท้องที่หนึ่งดังกล่าวนั่นเอง

สมพงษ์ ใจดี
sompongsej@yahoo.com
http://genphysics.wordpress.com/
http://www.vcharkarn.com/sompongse
21 กุมภาพันธ์ 2554

แรงพยุงแรงหนึ่ง

Feb 20, 2011 by     Comments Off on แรงพยุงแรงหนึ่ง    Posted under: Physics, Uncategorized

 

แรงพยุงแรงหนึ่ง
แรงพยุงแรงหนึ่ง (A buoyant force) มีความหมายโดยทั่วไปดังนี้
กล่าวคือ แรงแรงหนึ่งที่สิ่งหนึ่งพยุงอีกสิ่งหนึ่งไว้
ทั้งนี้เป็นไปได้ทั้งของแข็ง ของเหลว และแก๊สที่มีแรงพยุงแรงหนึ่งต่อของแข็ง
อย่างไรก็ตาม การศึกษาเนื้อหาสาระทางฟิสิกส์นิยมกล่าวถึง 2 กรณีดังนี้
1. ของเหลวพยุงของแข็ง
กรณีนี้ปรากฏให้เห็นอยู่โดยทั่วไปทั้งที่มีอยู่เองในธรรมชาติและประดิษฐ์กรรมของมนุษย์ เช่น
สิ่งต่าง ๆ ที่ลอยน้ำและจมน้ำ เรือที่แล่นและลอยอยู่ในน้ำ และเรือดำน้ำ
2. แก๊สพยุงของแข็ง
กรณีนี้ก็มีอยู่เป็นประจำเช่นกัน
หากทว่าเรามักไม่ค่อยใช้เป็นกรณีศึกษาจึงทำให้รู้สึกดังนี้
กล่าวคือ ไม่ค่อยปรากฏอยู่ในสาระที่ศึกษากันโดยทั่วไป เช่น
นกและเครื่องบินที่บินอยู่ ลูกโป่งที่ลอยในอากาศ และบัลลูนที่ลอยอยู่ในอากาศ
ขนาดแรงพยุงแรงหนึ่งของของเหลวชนิดหนึ่งเป็นดังนี้
กล่าวคือ ขนาดน้ำหนักของของเหลวชนิดนั้นที่มีปริมาตรเท่ากับปริมาตรส่วนจมของวัตถุก้อนหนึ่งในของเหลวชนิดดังกล่าว
สมมติ วัตถุก้อนหนึ่งจมลงในของเหลวชนิดหนึ่ง V ลูกบาศก์เมตร
ของเหลวชนิดนี้มีความหนาแน่น D กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
ขนาดความโน้มถ่วงของโลก ณ แห่งนั้น คือ g เมตรต่อวินาทีต่อวินาที
ทั้งนี้ขนาดน้ำหนักของของเหลวชนิดนี้ที่มีปริมาตร V ลูกบาศก์เมตรเป็นดังนี้
กล่าวคือ w = DgV นิวตัน
ดังนั้น ขนาดแรงพยุงของของเหลวชนิดนี้ต่อวัตถุก้อนนั้นเป็นดังนี้
กล่าวคือ F = w = DgV นิวตัน

สมพงษ์ ใจดี
sompongsej@yahoo.com
http://genphysics.wordpress.com/
http://www.vcharkarn.com/sompongse
20 กุมภาพันธ์ 2554