ฟิสิกส์ ม.4 บทที่ 1 กลศาสตร์

บทที่ 1 กลศาสตร์
ฟิสิกส์ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

      ฟิสิกส์(physics)มาจากภาษากรีกที่มีความหมายว่า"ธรรมชาติ"ดังนั้นฟิสิกส์จึงควรจะหมายถึงเรื่องราวที่เกี่ยวกับปรากฏการณ์ธรรมชาติทั้งหลายและมีความหมาย เช่นนั้น ในสมัยก่อนซึ่งบางครั้งอาจเรียกว่า"ปรัชญาธรรมชาติ"ปัจจบันความรู้ความเข้าใจในธรรมชาติได้ขยายขึ้นอย่างมากทั้งในเชิงรายละเอียดเเละสาขาของความรู้ โดยเฉพาะความรู้ความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์ ฟิสิกส์จึงกลายเป็นส่วนหนึ่งของวิทยาศาสตร์ (science) วิทยาศาสตร์โดยทั่วไปจะหมายถึงวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ (natural science)และจะไม่หมายถึงเฉพาะองค์ความรู้ความเข้าใจที่สะสมไว้เท่านั้นแต่จะมีความหมายรวมถึงกิจกรรมของมนุษย์ในการค้นคว้าหาความจริงในความเป็นไปของธรรมชาติรอบตัว ทั้งที่มีชีวิตและไม่มีชีวิตนั่นคือวิทยาศาสตร์หมายถึงองค์ความรู้และวิธีการหาความรู้ด้วยวิธีทางวิทยาศาสตร์หรือการศึกษาตามวิธีของวิทยาศาสตร์การศึกษาที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตเรียกว่าวิทยา ศาสตร์ชีวภาพ (biological science) ส่วนการศึกษาที่ไม่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตเรียกว่าวิทยาศาสตร์กายภาพ (physical science) นับเป็นการแบ่งวิทยาศาสตร์อย่างกว้างๆ ฟิสิกส์จัดอยู่ในส่วนของวิทยาศาสตร์กายภาพ การแยกวิทยาศาสตร์ออกเป็นสาขามิได้หมายความว่าองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์จะต้องแยกจากกัน แต่องค์ความรู้ในสาขาต่างๆ สามารถนำมาสนับสนุนซึ่งกันและกันได้ เช่นความรู้และความเข้าใจต่อระบบชีวภาพในระดับที่ลึกซึ้งดังเช่นในปัจจุบันสามารถประสานกับความรู้ควายเข้าใจทางฟิสิกส์และ เคมีได้เป็นอย่างดีการแยกสาขาของวิทยาศาสตร์อาจมองว่าเป็นเพียงเพื่อความสะดวกในการเรียนแต่ในการเข้าใจต่อธรรมชาติโดยรวม อาจต้องนำความเข้าใจจากหลายสาขาวิชามาประสานกันจึงจะสมบูรณ์ดีทีสุด อย่างไรก็ตามอาจกล่าวได้ว่าวิชาวิทยาศาสตร์ทุกแขนงเกี่ยวข้องสัมพันธ์กัน ในบรรดาสาขาต่างๆ ของวิทยาศาสตร์กายภาพ เช่น เคมี ฟิสิกส์ ธรณีวิทยา อุตุนิยมวิทยา ฯลฯ วิชาฟิสิกส์นับเป็นวิชาพื้นฐานที่สำคัญ เนื่องจากวิชาฟิสิกส์ยังคงไว้ซึ่งส่วนที่เป็นพื้นฐานของความเข้าใจต่อธรรมชาติเช่น เรื่องแรงและการเคลื่อนที่พลังงาน สมบัติต่างๆ ของสสารเช่น การนำไฟฟ้าฯลฯและเป็นพื้นฐานวิชาให้เขาอื่นนำไปประยุกต์ วิธี วิทยาศาสตร์(scientific method)กิจกรรมการค้นคว้าหาความจริงของธรรมชาติของกลุ่มบุคคลที่เรียกกันว่านักวิทยาศาสตร์นั้น กระทำกันอย่างเป็นระบบมีระเบียบ และแบบแผน แต่ไม่ถึงกับว่านักวิทยาศาสตร์ทุกคนทำงานในรูปแบบอย่างเดียวกันทั้งหมด นักวิทยาศาสตร์แต่ละคนได้ทำการค้นพบความเป็นไปของธรรมชาติอย่างไม่ซ้ำแบบกัน ทำให้ เป็นการยากที่จะกล่าวว่าวิธีเช่นไรเป็นวิธีที่เป็นแบบอย่างของนักวิทยาศาสตร์ แต่ก็มีบางอย่าง ที่นับเป็นสาระสำคัญของวิธีวิทยาศาสตรด้ กล่าวคือ นักวิทยาศาสตร์ทุกคนมีจุดมุ่งหมายที่จะ ค้นคว้าหาความจริงหรือหาคำตอบที่ถูกต้องเกี่ยวกับความจริงของธรรมชาติ นักวิทยาศาสตร์ จะต้องมีวิธีแสดงหรือพิสูจน์ว่าคำตอบที่ได้นั้นๆ ถูกต้อง โดยถือว่าถ้าเป็นความจริงจะต้อง ทดสอบได้หรือพิสูจน์ได้. การทดลอง (experimentation) เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ใช้พิสูจน์ ความจริงต่างๆ แนวความคิดใหม่หรือทฤษฎีใหม่ นั่นคือข้อเสนอในคำอธิบายใหม่หรือ หลักการใหม่ที่จะอธิบายหรมชาติ จะต้องมีการทดลองพิสูจน์ยืนยันได้ด้วยรวมทั้งยังต้องพิสูจน์ ได้ทุกแง่ทุกมุม จึงจำเป็นที่ยอมรับกันในวงการวิทยาศาสตร์ ถ้าเมื่อใดมีการทดลองที่ขัดแย้งกับทฤษฎีที่ยอมรับอยู่แม้แต่เพียงรายเดียว และมีเหตุผลหนักแน่น นักวิทยาศาสตร์จะต้องหา แนวความคิดใหม่ที่จะอธิบายผลการทดลองที่ขัดแย้งให้ได้ คำอธิบายใหม่จะต้องอธิบายความ จริงเดิมได้ดีไม่ด้อยกว่าทฤษฎีเดิมหรือไม่ขัดแย้งกัน เมื่อมีแนวความคิดหรือทฤษฎีใหม่เกิดขึ้น ย่อมมีการคิดคาดการณ์ต่างๆ (deduction) จากทฤษฎีใหม่ในทำนองว่า "ถ้าเป็นอย่างนั้น จะต้อง... (เป็นอย่างไรต่อไป)...." ยังผลให้มีการทดลองใหม่ๆ เพื่อทดสอบทฤษฎีนั้นๆ ตอไป งานทดสอบความคิดต่อความจริงของธรรมชาติโดยวิธีของวิทยาศาสตรจงไม่มทส้นสุด ข้อสงสัยเกี่ยวกับธรรมชาติก็เกิดขึ้นได้อยู่เสมอเช่นกัน วิธีการหาความจริงต่อความเป็นไปของ ธรรมชาติของนักวิทยาศาสตร์นั้น นักวิทยาศาสตร์ตระหนักดีว่ามีโอกาสผิดพลาดได้ง่ายหากไม่ รัดกุม การเชื่อบุคคลที่น่านับถือโดยไม่พิจารณาเหตุผลให้รอบคอบอาจนำไปสู่คำตอบที่ผิดได ไม่มีสิ่งใดดีเท่ากับที่นามารถพิสูจนด้ด้วยการทดลองที่พร้อมด้วยเหตุผลตามหลักการที่ยอมรับ อยู่แล้ว วิธีป้องกันมิให้การสรุปผลการทดลองผิดพลาดก็คือ จะต้องวางตัวอยู่ในความเป็นกลาง จะต้องไม่เอนเอียงต่อการเก็บข้อมูลและต่อผลการทดลองว่าจะเป็นสิ่งหนึ่งสิ่งใดล่วงหน้า และ ซื่อตรงต่อผลการทดลองที่ทำได้ การปฏิบัติเช่นนี้นับว่าเป็นส่วนสำคัญของวิธีวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี (technology) หมายถึง วิทยาการที่เกี่ยวกับศิลปะในการสร้าง ผลิต หรือ ใช้อุปกรณ์ต่างๆ เพื่ออำนวยประโยชน์ต่อมนุษย์โดยตรง หรือสิ่งต่างๆ ที่มนุษย์ใช้สอยได้เทคโนโลยีมีบทบาทต่ออารยธรรมของมนุษย์มาก่อนวิทยาศาสตร์ เพราะมนุษย์รู้จักใช้ เทคโนโลยีมาตั้งแต่ยุคดึกดำบรรพ์ก่อนประวึตศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ทราบว่ามนุษยูร้จักใช้ ไฟมาตั้งแต่ยุคหิน มนุษย์รู้จักใช้ไฟหลอมโลหะสร้างเป็นเครื่องมือมาก่อนมีการบันทึกใดๆ ใน ประวัติศาสตร์มนุษย์รู้จักใช้เครื่องกลเพื่อผ่อนแรง เช่น ล้อ ลูกรอก คานงัดสูบน้ำ และ กาลักน้ำมาก่อนจะมีความเข้าใจเชิงวิทยาศาสตร์ และก่อนกาลิเลโอและนิวตันวางรากฐานวิชา กลศาสตร์ด้สำเร็จ ศิลปะในการทำเครื่องมือเครื่องใช้ถือว่าเป็นเทคโนโลยีวิธีของเทคโนโลยี ในสมัยก่อนคือ ลองทำดูและทดลองใช้ (cut and try) ด้วยวิธีการต่างๆ เมื่อทำอย่างใดได้ผลดี ก็จดจำวิธีนั้นไว้ใช้ทำต่อไป ไม่ได้อาศัยความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์ เช่นเดียวกับช่างตีเหล็ก ลองวิธีต่างๆ จนมีวิธีทำให้เหล็กเป็นเหล็กกล้าและทำใช้เป็นมีดได้ โดยที่ช่างตีเหล็กไม่เข้าใจ นักว่าทำไมทำอย่างนั้นจึงทำให้เหล็กเป็นเหล็กกล้าได้ เป็นการยากที่จะนับว่าการทดลองทางวิทยาศาสตร์ด้เริ่มต้นขึ้นเมื่อใด แต่ผลงาน วิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ที่เรียนและใช้ในปัจจุบันเกิดขึ้นประมาณ 400 ปีมานี้ วิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะฟิสิกส์ค้นพบกฎเกณฑ์และทฤษฎีต่างๆ ที่ทำให้เข้าใจกลไกของธรรมชาติมากขึ้น ความรู้ความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์จึงมีบทบาทสำคัญต่อความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเป็น อย่างยิเง เนื่องจากทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์สามารถทำนายผลของการออกแบบหรือวิธีการที่จะ กระทำได้ เช่น การทำกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (ele