นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 187 มีนาคม - เมษายน 2557

16 / 62

16
นิตยสาร สสวท.
แรงพยุง หรือที่เคยเรียกกันว่า “แรงลอยตัว” เป็นแรงที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ เช่น เวลาเรายกวัตถุในน�้ำ จะรู้สึกว่าเบากว่ายก
วัตถุนั้นในอากาศ ดังนั้นถ้าจะขนส่งสินค้าที่มีน�้ำหนักมาก ๆ เช่น ข้าว ไม้ โลหะ จะต้องใส่เรือแล้วขนส่งทางทะเล ท�ำให้มีค� ำถาม
ที่เกี่ยวข้องกับแรงพยุง เช่น “ท�ำไมยกวัตถุในน�้ ำจึงเบากว่ายกในอากาศ” นอกจากนี้แรงพยุงยังระบุไว้ในหลักสูตรแกนกลางการ
ศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 ตามตัวชี้วัดของกลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ชั้น ป.5 และ ม.3 ดังนี้
“ทดลองและอธิบายแรงพยุงของของเหลว การลอยตัว และการจมของวัตถุ” และ
“ทดลองและอธิบายแรงพยุงของของเหลวที่กระทำ�ต่อวัตถุ”
ก่อนอื่นขอให้ท่านยกแท่งเหล็ก หรือก้อนหินตันขนาดเล็ก ๆ มีมวลประมาณ 500 กรัม โดยยกขึ้นในอากาศ แล้วค่อย ๆ หย่อน
มือที่มีแท่งเหล็กวางอยู่ลงในน�้ำ ปล่อยลงจนกระทั่งแท่งเหล็กและมือจมมิดน�้ำ แรงที่แท่งเหล็กกระท�ำต่อมือเราตั้งแต่ตอนที่แท่ง
เหล็กอยู่ในอากาศ จนกระทั่งแท่งเหล็กจมน�้ำ แรงนี้มีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร
ถ้ายังไม่แน่ใจว่าแรงนั้นมีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ ขอให้เตรียมอุปกรณ์ที่จ�ำเป็นคือ แท่งเหล็กตันก้อนเดิมมีมวลประมาณ 500
กรัมพร้อมหูเกี่ยว เครื่องชั่งสปริง 1 เครื่อง แล้วท�ำดังนี้
1. ใช้เครื่องชั่งสปริง ชั่งแท่งเหล็กในอากาศ สังเกตและบันทึกแรงที่กระท�ำกับแท่งเหล็ก
2. หย่อนแท่งเหล็กที่แขวนอยู่กับเครื่องชั่งสปริงลงในน�้ำ เมื่อแท่งเหล็กเริ่มสัมผัสผิวน�้ำจนแท่งเหล็กจมอยู่ใต้ผิวน�้ำเล็กน้อย
สังเกตและบันทึกแรงที่กระท�ำกับแท่งเหล็ก
ถามว่า “ขณะค่อย ๆ หย่อนแท่งเหล็กที่แขวนกับเครื่องชั่งสปริงลงในน�้ำ มีแรงอะไรบ้างที่กระท�ำต่อแท่งเหล็ก”
เมื่อเรายกแท่งเหล็กด้วยเครื่องชั่งสปริงให้อยู่นิ่งในอากาศ แรงในแนวดิ่งที่
กระท�ำต่อแท่งเหล็กก็จะมีแรงดึงจากเครื่องชั่งสปริงออกแรงดึงแท่งเหล็กไว้ แรง
นี้มีทิศทางขึ้น ส่วนโลกก็จะออกแรงกระท�ำกับแท่งหล็กในทิศทางลง เรียกแรง
นี้ว่าน�้ำหนักหรือแรงโน้มถ่วงของโลก ส่วนแรงในแนวระดับที่กระท�ำต่อแท่ง
แม่เหล็กก็จะมีแรงดันจากอากาศที่อยู่รอบ ๆ แท่งเหล็ก แรงนี้กระท�ำในแนว
ตั้งฉากกับทุกผิวสัมผัสระหว่างอากาศกับแท่งเหล็ก
ลองถามดู 1 : ผลรวมของแรงดันอากาศทั้งหมดในระดับเดียวกันที่กระทำ �
ต่อแท่งเหล็กมีค่าเป็นเท่าไร
(แนวค�ำตอบ : มีค่ารวมเป็นศูนย์)
ลองถามดู 2 : ผลรวมของแรงในแนวดิ่งที่กระท�ำต่อแท่งเหล็กมีค่าเป็น
เท่าไร
(แนวค�ำตอบ : มีค่ารวมเป็นศูนย์)
ต่อมาถ้าให้ปลายล่างของแท่งเหล็กสัมผัสผิวน�้ำ สังเกตเห็นเข็มของเครื่อง
ชั่งสปริงจะเริ่มขยับขึ้น ถ้าแท่งเหล็กจมลึกในน�้ ำมากขึ้น ส่งผลให้แรงดึงจาก
เครื่องชั่งสปริงก็จะน้อยลงอีก เพราะเหตุใดแรงดึงจากเครื่องชั่งสปริงจึงน้อย
ลง เราจะอธิบายเหตุการณ์นี้ได้อย่างไร
กนกศักดิ์ ทองตั้ง
ผู้ชำ�นาญ สาขาวิทยาศาสตร์มัธยมศึกษาตอนต้น สสวท. / e-mail :
แรงพยุง