บทที่ 1 หน่วย ปริมาณสเกลาร์และเวกเตอร์
การพัฒนาทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในปัจจุบัน มีการเปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็ว ซึ่งส่งผลทำให้มนุษย์สามารถคิดค้น ประดิษฐ์นวัตกรรมใหม่ ๆ รวมไปถึงการพัฒนาความรู้และความเข้าใจเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติได้ดียิ่งขึ้น ทั้งนี้เมื่อพิจารณาถึงองค์ความรู้พื้นฐาน จะพบว่า วิชาฟิสิกส์เป็นองค์ความรู้สำคัญที่ถูกนำมาใช้ในการพัฒนาองค์ความรู้ดังกล่าวทั้งสิ้นไม่ว่า จะเป็น การเคลื่อนที่ งาน พลังงาน กำลัง ความร้อน ปรากฏการณ์คลื่น แสง เสียง ไฟฟ้า และแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นต้น นอกจากนี้ การดำเนินชีวิตประจำวันยังเกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ทั้งทางตรงและทางอ้อม ทั้งนี้การบอกปริมาณทางกายภาพบางอย่าง สามารถบอกได้ด้วยตัวเลข (ขนาด) และหน่วยก็สามารถสื่อความหมายได้อย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้ยังมีปริมาณกายภาพบางอย่าง บอกเพียงตัวเลขและหน่วยแต่ไม่สามารถสื่อความหมายได้อย่างสมบูรณ์ ต้องบอกพร้อมกับกำหนดทิศทางจึงจะได้ความหมายสมบูรณ์
บทที่ 2 ตำแหน่ง และการเคลื่อนที่ของวัตถุในระนาบ
ในชีวิตประจำวันอาจสังเกตเห็นว่าวัตถุรอบตัวสามารถเคลื่อนที่ได้ และเมื่อวัตถุใด ๆ มีการเคลื่อนที่จะทำให้ตำแหน่ง ความเร็ว และทิศทางของวัตถุนั้นเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งการศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุนั้นเรียกว่า กลศาสตร์ สามารถแบ่งการศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุออกเป็น 2 ส่วน คือ จลนศาสตร์ (Kinematics) เป็นการศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุในเชิงเรขาคณิต โดยไม่คำนึงถึงแรงที่เป็นต้นเหตุทำให้วัตถุเคลื่อนที่ และกล่าวถึงการกระจัด (Displacement) ความเร็ว (Velocity) และความเร่ง (Acceleration) ส่วนอีกหนึ่งคือ พลศาสตร์ (Dynamics) เป็นการศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุซึ่งพิจารณาผลของแรงที่ทำให้การกระจัด ความเร็ว และความเร่งของวัตถุมีการเปลี่ยนแปลง โดยอาศัยกฎการเคลื่อนที่ทำนายผลที่จะเกิดขึ้น
บทที่ 3 การเคลื่อนที่ของวัตถุแบบต่าง ๆ
จากที่ได้ศึกษาการเคลื่อนที่ในหนึ่งมิติมาแล้ว ในบทนี้จะเป็นการศึกษาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ในระนาบ 2 มิติ เช่น การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่เป็นวงกลม หรือการเคลื่อนที่แบบวิถีโค้งของลูกบอล เป็นต้น โดยในการศึกษาจะพิจารณาอนุภาคที่ถูกขว้างให้เคลื่อนที่ระนาบ x - y ซึ่งสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 กรณี คือ กรณีแรกอนุภาคไม่มีการหมุนในขณะเคลื่อนที่ สามารถแทนแนวทางเดินของทุก ๆ จุดบนอนุภาค ด้วยแนวการเคลื่อนที่ของจุดศูนย์กลางมวลจะมีแนวทางเดินที่ขนานกับแนวทางของ จุดศูนย์กลางมวล การเคลื่อนที่ในลักษณะเช่นนี้อนุภาคจะมีเฉพาะเลื่อนตำแหน่ง (Translational motion) กรณีที่สองอนุภาคมีการหมุนในขณะที่เคลื่อนที่จะพบว่าในขณะที่จุดศูนย์กลางมวลเคลื่อนที่ไปนั้น จุดอื่น ๆ บนอนุภาคจะเคลื่อนที่หมุนรอบจุดศูนย์กลางมวลอีกทีหนึ่ง การเคลื่อนที่แบบนี้จึงมีทั้งการเลื่อนตำแหน่ง และการเคลื่อนที่แบบหมุน (Rotational motion) พร้อมกันไป ในที่นี้จะศึกษาเฉพาะกรณีที่อนุภาคที่เคลื่อนที่แบบเลื่อนตำแหน่งในระนาบ และไม่มีการหมุนเท่านั้น
บทที่ 4 กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
จากที่ได้ศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุในบทที่แล้ว ซึ่งไม่ได้พิจารณาถึงสาเหตุที่ทำให้วัตถุเกิดการเคลื่อนที่ ซึ่งในที่นี้ก็คือ แรง เมื่อมีแรงมากระทำกับวัตถุ จะทำให้วัตถุสามารถเคลื่อนที่ เซอร์ไอแซค นิวตัน (Sir Isaac Newton, 1642-1727) นักวิทยาศาสตร์ผู้มีชื่อเสียงชาวอังกฤษได้ตีพิมพ์ผลงานในปี ค.ศ. 1686 ชื่อ Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (ภาษาอังกฤษ The Mathematical Principles of Natural Science) แม้ว่าก่อนหน้านี้เคยมีการศึกษามาก่อน ก็ตาม โดยเฉพาะกาลิเลโอ (Galileo Galilei, 1564-1642) ได้ทำการศึกษาลักษณะการเคลื่อนที่ของวัตถุแบบมีความเร่ง ผลการศึกษาได้กลายมาเป็นรากฐานสำคัญของกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
บทที่ 5 งาน กำลัง พลังงาน
ปัจจุบันพลังงานเป็นสิ่งที่จำเป็นมากในกิจกรรมของมนุษย์ เนื่องจากมนุษย์ต้องใช้พลังงานในด้านต่าง ๆ มากมาย เช่น ใช้ผลิตไฟฟ้า การคมนาคม การก่อสร้าง เป็นต้น เมื่อความต้องการพลังงานเพิ่มมากขึ้น แต่แหล่งของพลังงานตามธรรมชาติกลับมีปริมาณจำกัด และยังลดน้อยลงอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นการศึกษาเกี่ยวกับพลังงานจึงมีความสำคัญ เพื่อให้ผู้ศึกษาเข้าใจ และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันได้ โดยในบทนี้จะแนะนำให้รู้จักแนวคิดของงาน และพลังงานจลน์ซึ่งเป็นปริมาณสเกลาร์ และเกี่ยวข้องกับ การเคลื่อนที่ของวัตถุ และนำเสนอการแก้ปัญหาทางพลศาสตร์ของระบบเชิงกลได้โดยไม่ต้องใช้กฎของนิวตันแต่ต้องอาศัยทฤษฎีของงาน-พลังงาน (Work - energy theorem) นอกจากนี้ยังสามารถนำไปประยุกต์กับปรากฏการณ์ต่าง ๆ มากมายไม่ว่าจะเป็นด้านแม่เหล็กไฟฟ้า ฟิสิกส์ของอะตอม หรือทางฟิสิกส์นิวเคลียร์ และสามารถแก้ปัญหาที่ยุ่งยากซับซ้อนจำนวนไม่น้อยได้ง่าย ๆ โดยอาศัยแนวคิดของทฤษฎีดังกล่าว
บทที่ 6 กฎการอนุรักษ์ของพลังงาน และโมเมนตัม
ในการวิเคราะห์ระบบเชิงกลโดยใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานสามารถวิเคราะห์ได้โดยไม่จำเป็นต้องทราบแรงที่กระทำต่อวัตถุ ซึ่งถือได้ว่าเป็นหลักพื้นฐานที่สำคัญมากอันหนึ่ง ในบทนี้จะศึกษากฎพื้นฐานที่สำคัญอีกกฎหนึ่งเกี่ยวกับการอนุรักษ์โมเมนตัม และหลักการอนุรักษ์พลังงาน หลักการอนุรักษ์โมเมนตัมจะทำให้การวิเคราะห์ระบบเชิงกลสมบูรณ์ยิ่งขึ้น นอกจากนี้ยังได้ศึกษาเกี่ยวกับระบบอนุภาค และอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคในระบบที่มีอนุภาคตั้งแต่สองตัวขึ้นไป
บทที่ 7 ความยืดหยุ่นของวัตถุ
การศึกษาสมบัติของสสารถือเป็นรากฐานสำคัญของการอธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติ ในบทนี้จะศึกษาโดยเน้นในระดับมหาภาค (Macroscopic level) เพราะสามารถวัดได้ด้วยเครื่องมือ และความรู้สึก โดยศึกษาว่าสารชิ้นนี้มีภาพร่างเปลี่ยนแปลงอย่างไร บิดเบี้ยวหรือไม่เมื่อมีแรงภายนอกมากระทำ
บทที่ 8 คลื่นกล
ในชีวิตประจำวันสามารถพบเห็นปรากฏการณ์คลื่นได้ทั่ว ๆ ไป เช่น การมองเห็นหรือ การได้ยิน เป็นต้น ทุกสาขาวิชาฟิสิกส์ ถือได้ว่าความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับคลื่น เป็นพื้นฐานสำคัญของการศึกษาฟิสิกส์ คลื่นเคลื่อนที่โดยอาศัยตัวกลางเรียกว่าคลื่นกลหรือคลื่นยืดหยุ่น (Elastic waves) ถ้าอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ทิศทางแนวฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น เรียกว่าคลื่นตามขวาง (transverse waves) เช่น คลื่นน้ำ คลื่นในเส้นเชือก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นต้น ถ้าอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ไปกลับทิศทางเดียวกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น เรียกว่าคลื่นตามยาว (longitudinal waves) เช่น คลื่นเสียง คลื่นในสปริง เป็นต้น อัตราเร็วของคลื่นกลขึ้นกับปัจจัยหลายประการ โดยเฉพาะสมบัติของสภาพยืดหยุ่น และความเฉื่อยของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่าน ในบทนี้จะศึกษาพื้นฐานเกี่ยวกับคลื่นบนเส้นเชือกก่อนเนื่องจากเป็นคลื่นที่สังเกตได้ง่าย และเป็นพื้นฐานของคลื่นทั้งหลาย
บทที่ 9 ปรากฎการณ์ทางความร้อน หลักการเบื้องต้นทางอุณหพลศาสตร์ การขยายตัว การเปลี่ยนสถานะ และถ่ายเททางความร้อน
อุณหพลศาสตร์ หรือเทอร์โมไดนามิกส์ (Thermodynamics) เป็นสาขาวิชาที่ศึกษาความสัมพันธ์ของพลังงานความร้อน พลังงานกล หรือพลังงานภาพอื่น ตลอดจนศึกษาการถ่ายโอนความร้อน และการให้พลังงานความร้อนแก่ระบบเพื่อการทำงาน ในระบบทางอุณหพลศาสตร์จะมีอันตรกิริยาต่อสิ่งแวดล้อมหลายอย่าง ได้แก่ การถ่ายโอนความร้อนของแก๊สในกระบอกสูบ โดยการนำความร้อน การทำงานกลของระบบต่อสิ่งแวดล้อม เมื่อลูกสูบเกิดการกระจัด ฯลฯ
