การเคลื่อนที่แนวตรง
การเคลื่อนที่ของวัตถุ
คือ การเปลี่ยนตำแหน่งของวัตถุนั่นเอง เมื่อวัตถุมีการเคลื่อนที่
สิ่งที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ ได้แก่
1. ระยะทาง 2.
การกระจัด 3. อัตราเร็ว 4. ความเร็ว 5. ความเร่ง 6. เวลา
ตำแหน่ง ระยะทาง และการกระจัด (
Position Distance and Displacement )
ระยะทาง คือ ความยาวที่วัดตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ
จัดเป็นปริมาณสเกลลาร์
การกระจัด คือ ระยะที่วัดจากจุดตั้งต้นของการเคลื่อนที่
ตรงไปยังตำแหน่งที่วัตถุอยู่ในขณะนั้น
โดยไม่สนใจว่าวัตถุจะมีเส้นทางการเคลื่อนที่เป็นอย่างไร
จัดเป็นปริมาณเวกเตอร์
ในขณะที่วัตถุมีการเคลื่อนที่ ได้ระยะทางและการกระจัดในเวลาเดียวกัน
และต้องใช้เวลาในการเคลื่อนที่ จึงทำให้เกิดปริมาณสัมพันธ์ขึ้น
ปริมาณดังกล่าวคือ
อัตราเร็ว คือ
ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา จัดเป็นเปริมาณสเกลลาร์
หน่วยในระบบเอสไอ มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที
ความเร็ว คือ
ขนาดของการกระจัดที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา จัดเป็นปริมาณเวกเตอร์
ใช้หน่วยเดียวกับอัตราเร็ว
สมการแสดงความสัมพันธ์ของอัตราเร็ว ระยะทาง
และเวลาเป็นดังนี้
ให้ v เป็นค่าอัตราเร็วหรือความเร็ว
s
เป็นระยะทางหรือการกระจัด
t
เป็นเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่
จะได้ความสัมพันธ์
คือ
อัตราเร็ว และความเร็ว เป็นปริมาณที่แสดงให้ทราบลักษณะการเคลื่อนที่ของวัตถุ
ถ้าในทุก ๆ หน่วยเวลาของการเคลื่อนที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยขนาดของอัตราเร็ว หรือ
ความเร็วเท่ากันตลอดการเคลื่อนที่
เรียกว่าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสม่ำเสมอหรืออัตราเร็วคงที่
ถ้าพิจราณาแล้วพบว่าในแต่ละหน่วยเวลาของการเคลื่อนที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วหรือความเร็วที่แตกต่างกัน
กล่าวว่า วัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร่ง หรือ ความเร่ง
ในกรณีนี้การหาค่าอัตราเร็วหรือความเร็ว หาได้สองลักษณะคือ
อัตราเร็วขณะใดขณะหนึ่ง
หรือความเร็วขณะใดขณะหนึ่ง เป็นการหาค่าอัตราเร็วหรือความเร็วในช่วงเวลาสั้น
ๆ ช่วงใดช่วงหนึ่งของการเคลื่อนที่
อัตราเร็วเฉลี่ยหรือความเร็วเฉลี่ย เป็นการหาค่าอัตราเร็วหรือความเร็วหลังจากมีการเคลื่อนที่
โดยคำนวณหาจากการเฉลี่ยระยะทางทั้งหมดของการเคลื่อนที่ในหนึ่งหน่วยเวลาของการเคลื่อนที่
หรือการเฉลี่ยการกระจัดของการเคลื่อนที่ในหนึ่งหน่วยเวลา
เราสามารถหาความสัมพันธ์ได้จากสมการต่อไปนี้
การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงตามแนวราบ
สมการสำหรับคำนวณหาปริมาณต่าง ๆ การเคลื่อนที่แนวตรง ตามแนวราบ
ด้วยความเร่งคงตัว
เมื่อ u เป็นความเร็วต้น เมื่อเริ่มคิดเวลา (t = 0 ) ขนาดของ u
นี้อาจมีค่าเท่ากับศูนย์หรือไม่เท่ากับศูนย์ก็ได้ หน่วยเป็นเมตรต่อวินาที
(m/s)
t เป็นช่วงเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ทั้งหมด
(กำหนดเวลาเริ่มต้นที่ t = 0 ) หน่วยเป็นวินาที (s)
S
เป็นการกระจัดที่เปลี่ยนไปในช่วงเวลา หน่วยเป็นเมตร (m)
v เป็นความเร็วสุดท้ายของช่วงเวลา t หรือเป็นความเร็วเมื่อสิ้นช่วงเวลา t
หน่วยเป็นเมตรต่อวินาที (m/s)
a
เป็นความเร่งเฉลี่ยในช่วงเวลา t หน่วยเป็นเมตรต่อวินาที 2
(m/s2)
กรณีวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงตัวในแนวราบกำหนดให้ปริมาณที่มีความเร็วเพิ่มขึ้นค่า
a เป็นบวก และถ้าความเร็วลดลงค่า a เป็นลบ
กรณีวัตถุออกจากสภาพนิ่งค่า u = 0
กรณีวัตถุเคลื่อนที่แล้วหยุดค่า u = 0
กรณีวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวค่า a = 0
การคำนวณการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งภายใต้แรงดึงดูดของโลก
(การตกอย่างอิสระ)
การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งภายใต้แรงดึงดูดของโลก หรือการตกอิสระ นี้
จะไม่คิดแรงต้านทานของอากาศ
วิธีการคำนวณนั้นคิดเช่นเดียวกับการเคลื่อนที่ในแนวราบด้วยความเร่งคงที่
แต่ใช้สัญลักษณ์ เป็น g แทน a โดยมีสมการที่เกี่ยวข้องดังนี้
โดยมีหลักการพิจารณาเครื่องหมายดังนี้
1. ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ลง ค่า g
เป็นบวก
2. ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ขึ้น ค่า g เป็นลบ
3. ถ้าวัตถุตกโดยอิสระ ค่า u = 0
4. วัตถุเคลื่อนที่ขึ้นไปได้สูงสุด
ค่า v = 0
5. เวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ขึ้นทั้งหมดกับเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ลงทั้งหมดเท่ากัน
6. ความเร็วขณะที่เคลื่อนที่ขึ้นและลงถ้าผ่านจุดเดียวกันจะมีความเร็วเท่ากัน
7. g = ความเร่งของสนามแรงโน้มถ่วงของโลก ( g = 9.81 m/s2 ? 10 m/s2)