Key Takeaways
การเปลี่ยนหน่วยฟิสิกส์ เป็นทักษะพื้นฐานสำคัญที่สุดในวิชาฟิสิกส์ ม.4 ที่น้อง ๆ ทุกคนต้องเจอในบทธรรมชาติและพัฒนาการทางฟิสิกส์ การแปลงหน่วยได้อย่างแม่นยำ ไม่ว่าจะเป็นการเปลี่ยนคำนำหน้าหน่วย (Prefix) สัญกรณ์วิทยาศาสตร์ หรือหน่วยอนุพัทธ์ จะช่วยลดข้อผิดพลาดในการคำนวณและทำคะแนนได้ดีขึ้นทั้งในการสอบที่โรงเรียนและการสอบ A-Level ฟิสิกส์ ในบทความนี้ พี่ ๆ OnDemand ได้สรุปเนื้อหา สูตร เทคนิคการเปลี่ยนหน่วย และตัวอย่างโจทย์พร้อมเฉลยละเอียดไว้ให้อย่างครบถ้วน
Table of Contents
ในการเรียนวิชาฟิสิกส์ ไม่ว่าจะเป็นการศึกษาเรื่องแรง การเคลื่อนที่ หรือพลังงาน ปริมาณทางฟิสิกส์ที่ได้จากการวัดจะต้องระบุทั้งตัวเลขและหน่วยกำกับเสมอ เพื่อให้การสื่อสารทางวิทยาศาสตร์มีความเป็นมาตรฐานเดียวกันทั่วโลก จึงได้มีการกำหนดระบบหน่วยระหว่างชาติ หรือ ระบบหน่วยเอสไอ (SI Units) ขึ้นมาใช้งาน แต่เนื่องจากปริมาณในทางฟิสิกส์มีตั้งแต่ขนาดที่เล็กมาก ๆ ไปจนถึงขนาดที่ใหญ่มาก การเข้าใจเทคนิค การเปลี่ยนหน่วยฟิสิกส์ จึงเป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญอย่างยิ่งที่จะทำให้น้อง ๆ สามารถเรียน เนื้อหาฟิสิกส์ม.ปลาย ได้อย่างเข้าใจและไม่สับสน
สมัครเรียนคอร์สฟิสิกส์ ม.ปลาย : บทนำและการวัด กับ OnDemand
ระบบหน่วยเอสไอ (SI Units) ประกอบด้วยอะไรบ้าง ?
ระบบหน่วยเอสไอ (The International System of Units) แบ่งออกเป็น 2 ส่วนหลัก ได้แก่
หน่วยฐาน (Base Units)
เป็นหน่วยหลักของระบบเอสไอ มีทั้งหมด 7 หน่วย ได้แก่:
- ความยาว (Length): เมตร (\text{m})
- มวล (Mass): กิโลกรัม (\text{kg})
- เวลา (Time): วินาที (\text{s})
- กระแสไฟฟ้า (Electric Current): แอมแปร์ (\text{A})
- อุณหภูมิอุณหพลวัต (Thermodynamic Temperature): เคลวิน (\text{K})
- ปริมาณของสาร (Amount of Substance): โมล (\text{mol})
- ความเข้มของการส่องสว่าง (Luminous Intensity): แคนเดลา (\text{cd})
หน่วยอนุพัทธ์ (Derived Units)
- เป็นหน่วยที่เกิดจากการนำหน่วยฐานหลายหน่วยมาคูณหรือหารกัน เช่น
- แรง (Force): นิวตัน (\text{N}) เกิดจาก \text{kg}\cdot\text{m/s}^2
- พลังงาน (Energy): จูล (\text{J}) เกิดจาก \text{N}\cdot\text{m} หรือ \text{kg}\cdot\text{m}^2/\text{s}^2
H2: คำนำหน้าหน่วย (Prefix) คืออะไร ? มีตัวไหนต้องจำบ้าง ?
คำนำหน้าหน่วย คือ ตัวคูณที่นำมาใช้วางหน้าหน่วยหลัก เพื่อใช้อธิบายปริมาณที่มีค่ามากๆ หรือน้อยมากๆ ให้กระชับและสะดวกในการใช้งาน
ตารางคำนำหน้าหน่วยที่พบบ่อยในระดับ ฟิสิกส์
คำนำหน้าหน่วย | สัญลักษณ์ | ตัวคูณที่เทียบเท่า |
เทระ (tera-) | \text{T} | 10^{12} |
จิกะ (giga-) | \text{G} | 10^{9} |
เมกะ (mega-) | \text{M} | 10^{6} |
กิโล (kilo-) | \text{k} | 10^{3} |
เซนติ (centi-) | \text{c} | 10^{-2} |
มิลลิ (milli-) | \text{m} | 10^{-3} |
ไมโคร (micro-) | \mu | 10^{-6} |
นาโน (nano-) | \text{n} | 10^{-9} |
พิโก (pico-) | \text{p} | 10^{-12} |
เทคนิคการเปลี่ยนหน่วยฟิสิกส์ ทำอย่างไรให้ไม่พลาด ?
หลักการเปลี่ยนหน่วยด้วยคำนำหน้าหน่วย มีเทคนิคจำง่าย ๆ ดังนี้
การเอาคำนำหน้าหน่วยออก (เปลี่ยนเป็นหน่วยฐาน)
แทนค่าตัวคูณของคำนำหน้าหน่วยนั้นลงไปตรง ๆ ได้เลย
ตัวอย่าง: เปลี่ยน 5\text{ MW} เป็น \text{W} เมกะ (\text{M}) คือ 10^6 ดังนั้น 5\text{ MW} = 5 \times 10^6\text{ W}
การใส่คำนำหน้าหน่วยเข้าไป (เปลี่ยนจากหน่วยฐานเป็นคำนำหน้าหน่วย)
ให้นำตัวคูณของคำนำหน้าหน่วยที่ต้องการใส่เข้าไป หาร ออก
ตัวอย่าง: เปลี่ยน 7.0 \times 10^{-15}\text{ m} เป็น \text{nm}
นาโน (\text{n}) คือ 10^{-9}
วิธีคิด: \frac{7.0 \times 10^{-15}}{10^{-9}}\text{ nm} = 7.0 \times 10^{-15} \times 10^{9}\text{ nm} = 7.0 \times 10^{-6}\text{ nm}
การเปลี่ยนจากคำนำหน้าหน่วยหนึ่งไปเป็นอีกคำนำหน้าหน่วยหนึ่ง
ใช้สูตร: \text{ค่าใหม่} = \text{ค่าเดิม} \times \frac{\text{ตัวคูณเดิม}}{\text{ตัวคูณใหม่}}</span>
การเปลี่ยนหน่วยพื้นที่และปริมาตร (พิกัดยกกำลัง)
เมื่อเปลี่ยนหน่วยพื้นที่ (\text{m}^2) หรือ ปริมาตร (\text{m}^3) ตัวคูณคำนำหน้าหน่วยต้อง ยกกำลังสอง หรือ ยกกำลังสาม ตามไปด้วย
ตัวอย่าง: เปลี่ยน 1.75 \times 10^2\text{ mm}^2 เป็น \text{m}^2
มิลลิ (\text{m}) คือ 10^{-3} เมื่อเป็น \text{mm}^2 จะได้ตัวคูณเป็น katex^2 = 10^{-6}[/katex]
วิธีคิด: 1.75 \times 10^2\text{ mm}^2 = 1.75 \times 10^2 \times 10^{-6}\text{ m}^2 = 1.75 \times 10^{-4}\text{ m}^2
สัญกรณ์วิทยาศาสตร์ (Scientific Notation) เขียนอย่างไร ?
ในการบันทึกปริมาณทางฟิสิกส์ที่มีค่ามากหรือน้อยเกินไป นิยมเขียนในรูป สัญกรณ์วิทยาศาสตร์ โดยมีรูปแบบทั่วไปคือ: A \times 10^n เมื่อ 1 \le A < 10 และ n เป็นจำนวนเต็ม
ตัวอย่าง: อัตราเร็วแสง 300,000,000\text{ m/s} เขียนเป็น 3.00 \times 10^8\text{ m/s}
รัศมีอะตอมไฮโดรเจน 0.000000000053\text{ m} เขียนเป็น 5.3 \times 10^{-11}\text{ m}
ตัวอย่างโจทย์การเปลี่ยนหน่วยฟิสิกส์
ตัวอย่างที่ 1: การเปลี่ยนหน่วยความเร็ว (\text{m/s} เป็น \text{km/h})
โจทย์: เด็กคนหนึ่งวิ่งด้วยอัตราเร็ว 2.0\text{ m/s} คิดเป็นอัตราเร็วเท่าใดในหน่วย \text{km/h}
วิธีคิด: เปลี่ยน \text{m} เป็น \text{km} โดยหารด้วย 1000 และเปลี่ยน \text{s} เป็น \text{h} โดยหารด้วย 3600
\text{อัตราเร็ว} = 2.0 \times \frac{\frac{1}{1000}\text{ km}}{\frac{1}{3600}\text{ h}} = 2.0 \times \frac{3600}{1000}\text{ km/h} = 2.0 \times \frac{18}{5}\text{ km/h}\text{อัตราเร็ว} = 7.2\text{ km/h}เทคนิคทางลัด:
- เปลี่ยนจาก \text{m/s} เป็น \text{km/h} ให้คูณด้วย \frac{18}{5}
- เปลี่ยนจาก \text{km/h} เป็น \text{m/s} ให้คูณด้วย \frac{5}{18}
ตัวอย่างที่ 2: การเปลี่ยนหน่วยปริมาตร
โจทย์: ถังน้ำทรงกลมรัศมี 7.0\text{ nm} มีปริมาตรกี่ \text{m}^3
วิธีคิด:
แปลงรัศมีจาก \text{nm} เป็น \text{m}:
r = 7.0\text{ nm} = 7.0 \times 10^{-9}\text{ m}สูตรปริมาตรทรงกลม V = \frac{4}{3}\pi r^3
V = \frac{4}{3} \times 3.14 \times (7.0 \times 10^{-9}\text{ m})^3V \approx 1.436 \times 10^{-24}\text{ m}^3บันทึกผลเป็นสัญกรณ์วิทยาศาสตร์ที่มีเลขนัยสำคัญ 2 ตัว ตามค่ารัศมี 7.0 จะได้ 1.4 \times 10^{-24}\text{ m}^3
ตัวอย่างที่ 3: การเปลี่ยนหน่วยความหนาแน่น (\text{g/cm}^3 เป็น \text{kg/m}^3)
โจทย์: อากาศมีความหนาแน่น 1.2 \times 10^{-3}\text{ g/cm}^3 จงหาความหนาแน่นของอากาศในหน่วย \text{kg/m}^3
วิธีคิด:
- 1\text{ g} = 10^{-3}\text{ kg}
- 1\text{ cm} = 10^{-2}\text{ m} ดังนั้น 1\text{ cm}^3 = (10^{-2}\text{ m})^3 = 10^{-6}\text{ m}^3
นำมาแทนค่าแปลงหน่วย:
\text{ความหนาแน่น} = 1.2 \times 10^{-3} \times \frac{10^{-3}\text{ kg}}{10^{-6}\text{ m}^3}\text{ความหนาแน่น} = 1.2 \times 10^{-3} \times 10^{3}\text{ kg/m}^3 = 1.2\text{ kg/m}^3เรียนเรื่องการเปลี่ยนหน่วยฟิสิกส์ กับ OnDemand
สำหรับน้อง ๆ ม.4 ที่ต้องการปูพื้นฐานเรื่องธรรมชาติและพัฒนาการทางฟิสิกส์ หรือเตรียมตัวสอบเปลี่ยนหน่วยฟิสิกส์ให้แม่นยำ การเรียนกับ OnDemand จะช่วยให้น้อง ๆ เข้าใจได้ง่ายขึ้น ด้วยเทคนิคการสอนที่เน้นความเข้าใจ จัดลำดับความคิดเป็นระบบ และมีโจทย์ให้ฝึกทำหลากหลายระดับ
หากน้อง ๆ กำลังเตรียมตัวสอบเข้ามหาวิทยาลัย สามารถเลือกเรียนคอร์ส V-Series Physics TCAS เล่ม 1 : กลุ่มกลศาสตร์ 1 ที่สรุปเนื้อหาตั้งแต่พื้นฐานการวัดและเปลี่ยนหน่วย พร้อมเจาะลึกตะลุยข้อสอบ A-Level อย่างเข้มข้น
สอบถามรายละเอียดคอร์สเรียนเพิ่มเติม
- Add Line : Ondemand Education
- โทรศัพท์ : 02-251-9456 (08.00-20.00)
อ้างอิง
- สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. (2563). หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 เล่ม 1. พิมพ์ครั้งที่ 1. สกสค. ลาดพร้าว.
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการเปลี่ยนหน่วยฟิสิกส์ (FAQs)
Q: ทำไมต้องเปลี่ยนหน่วยให้เป็นระบบเอสไอ (SI Units) ก่อนทำโจทย์ ?
A: การแปลงหน่วยปริมาณต่าง ๆ ให้อยู่ในหน่วยเอสไอฐานเดียวกันก่อนเข้าสูตรคำนวณ จะช่วยป้องกันความคลาดเคลื่อนของผลลัพธ์ เช่น การคำนวณแรง F = ma มวล m ต้องอยู่ในหน่วย \text{kg} และความเร่ง a ต้องอยู่ในหน่วย \text{m/s}^2 หากใช้มวลเป็นกรัม (\text{g}) คำตอบที่ได้จะไม่ใช่หน่วยนิวตัน (\text{N})
Q: ตัวคูณของหน่วยพื้นที่และปริมาตร ต้องยกกำลังด้วยไหม ?
A: ต้องยกกำลังด้วยเสมอครับ เช่น 1\text{ cm} = 10^{-2}\text{ m} ดังนั้น 1\text{ cm}^2 = (10^{-2})^2\text{ m}^2 = 10^{-4}\text{ m}^2 และ 1\text{ cm}^3 = (10^{-2})^3\text{ m}^3 = 10^{-6}\text{ m}^3 เป็นจุดที่นักเรียนมักผิดบ่อยที่สุด
Q: เลขนัยสำคัญ มีผลต่อการตอบเรื่องการเปลี่ยนหน่วยหรือไม่ ?
A: มีผลอย่างมากครับ ในการคำนวณทางฟิสิกส์ จำนวนเลขนัยสำคัญของคำตอบจะต้องสอดคล้องกับความละเอียดของข้อมูลที่โจทย์ให้มา โดยคำตอบที่ได้จากการคูณหรือหารจะยึดตามจำนวนเลขนัยสำคัญที่น้อยที่สุดของปริมาณที่นำมาคำนวณ
