ขบวนการที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงตำแหน่ง

การเคลื่อนที่

การเคลื่อนที่ (Motion) หมายถึง  ขบวนการอย่างหนึ่งที่ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งอย่างต่อเนื่องตามเวลาที่ ผ่านไป โดยมีทิศทางและระยะทาง

การเคลื่อนที่ในแบบวงกลม

      การเคลื่อนที่แบบวงกลม เป็นการเคลื่อนที่โดยมีแรงกระทำเข้าสู่ศูนย์กลางของวงกลม และจะเกิดความเร่งเข้าสู่ศูนย์กลาง ความเร็วจะมีค่าไม่คงที่ เพราะมีการเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ โดยความเร็ว ณ ตำแหน่งใดจะมีทิศสัมผัสกับวงกลม ณ ตำแหน่งนั้น

ตัวอย่างของการเคลื่อนที่แบบวงกลมที่พบเห็นในชีวิตประจำวัน ได้แก่ รถไฟเหาะ รถเลี้ยวโค้งในถนนโค้ง หรือนกบินโฉบเฉี่ยวไปมา เป็นต้น

การเคลื่อนที่แบบวงกลมมีหลายลักษณะ ในที่นี้จะศึกษาการเคลื่อนที่แบบวงกลมด้วยอัตราเร็วคงที่ โดยวัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบจุดศูนย์กลางจุดหนึ่ง ด้วยรัศมี r ดังรูป

ปริมาณที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่

  

เวลา  (Time, t)การ ที่จะทราบว่าวัตถุเคลื่อนที่หรือไม่ จะเริ่มจากการสังเกตวัตถุนั้นในช่วงเวลาหนึ่ง  ซึ่งจุดที่เริ่มสังเกตจะนับเวลาเริ่มต้น ณ จุดนั้นมีค่า t = 0  จากนั้นเมื่อเวลาผ่านไป วัตถุจะมีการเปลี่ยนตำแหน่ง ช่วงเวลาที่สังเกตจะเป็นเวลาที่วัตถุเคลื่อนที่ซึ่งถ้าไม่ทราบค่าแน่นอนจะ ใช้ t  แทนช่วงเวลาดังกล่าว โดยมีหน่วยเป็นวินาที (s)

ระยะทาง (Distance, s) หมายถึง  แนวเส้นที่วัตถุเคลื่อนที่ไปโดยนับจากจุดเริ่มต้นอ้างอิง ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่จะเพิ่มขึ้นตามเวลาที่ผ่านไป การวัดระยะทางจะวัดตามแนวทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไป  ถ้าวัตถุเคลื่อนที่เป็นแนวเส้นตรงก็วัดระยะทางได้ง่ายขึ้น  แต่ถ้าแนวทางไม่เป็นเส้นตรงก็จะวัดระยะทางได้ลำบาก  ระยะที่วัตถุเคลื่อนที่ ไปได้ตามเส้นทางที่วัตถุนั้นเคลื่อนที่จริง ๆ โดยไม่คำนึงว่าวัตถุจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงหรือไม่  ระยะทางเป็นปริมาณสเกลาร์

การกระจัด (Displacement, d) หมายถึง  การที่วัตถุเคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดยการเคลื่อนที่จาก ตำแหน่งเริ่มต้นไปยังตำแหน่งสุดท้าย  โดยมีทิศทางจัดเป็นปริมาณเวกเตอร์ มีหน่วยเป็นเมตร (m) (นันทพงษ์  ลายทองและคณะ, 2549)

 

                                                                                              รูป ภาพที่  3.2  การกระจัด

สรุป ระยะห่างตามแนวเส้นตรงระหว่างจุดเริ่มต้นถึงจุดสุดท้าย  เป็นปริมาณเวกเตอร์  มีขนาดเท่ากับระยะห่างและทิศทางจากจุดเริ่มต้นถึงจุดสุดท้าย

การเคลื่อนที่1มิติ

เมื่อวัตถุเกิดการเคลื่อนที่  จะมีปริมาณที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่     ได้แก่  ระยะทาง  การกระจัด  อัตราเร็ว  ความเร็ว  อัตราเร่ง   และความเร่ง

1. ระยะทาง คือ  ระยะทางหรือความยาวที่วัตถุเคลื่อนที่ไปได้ทั้งหมด ใช้สัญลักษณ์ตัว S เป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็น เมตร ( m )

2. การกระจัด คือ  เส้นตรงที่ลากจากจุดเริ่มต้นไปหาจุดสุดท้าย ใช้สัญลักษณ์ตัว  S  เป็นปริมาณเวกเตอร์ มีหน่วยเป็น เมตร ( m )

3. ความเร็ว  คือ  การกระจัดที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา ใช้สัญลักษณ์ตัว V  เป็นปริมาณเวกเตอร์  เพราะเราหาได้จาก ปริมาณ

เวกเตอร์ เพราะฉะนั้นความเร็วต้องเป็นปริมาณเวกเตอร์ด้วย  มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที ( m / s )

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์

โพรเจกไทล์ (projectile) ในภาษาอังกฤษหมายถึงวัตถุที่ขว้างหรือยิงออกไป เช่น  ก้อนหินที่ถูกขว้างออกไปหรือลูกกระสุนที่ถูกยิงออกไป  ทั้งนี้ในบริเวณใกล้ผิวโลกตามปกติการเคลื่อนที่ของวัตถุดังกล่าวจะสังเกตได้ ว่ามีวิถีโค้ง แต่จะโค้งอย่างใดโดยละเอียดและทำไมจึงโค้งเช่นนั้นจะได้ศึกษากันต่อไป  การเคลื่อนที่ตามรูปแบบที่วัตถุดังกล่าวเคลื่อนที่ไป โดยเฉพาะเมื่อไม่มีแรงต้านทานของอากาศหรือแรงต้านทานมีผลน้อยจนไม่ต้องนำมาคิด  จะเรียกว่า การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ (projectile motion)  ในกรณีที่แรงต้านทานของอากาศมีผลต่อการเคลื่อนที่เนื่องจากวัตถุเบา หรือเนื่องจากเคลื่อนที่เร็วและมีการหมุน วิถีการเคลื่อนที่จะแตกต่างออกไปจากการเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์และไม่นับ เป็นการเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์  เช่น  การเคลื่อนที่ของลูกแบดมินตัน  ลูกกอล์ฟ ลูกฟุตบอลที่หมุน ฯลฯ

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์เป็นการเคลื่อนที่ใน  2  มิติ  คือเคลื่อนที่ในแนวระดับและแนวดิ่งพร้อมกัน  ในแนวดิ่งเป็นการเคลื่อนที่ที่มีความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก  (ซึ่งสม่ำเสมอในบริเวณใกล้ผิวโลก)  ในขณะที่การเคลื่อนที่ในแนวราบไม่มีความเร่งเพราะไม่มีแรงกระทำในแนวระดับ  ทำให้เส้นทางการเคลื่อนที่เป็นแนวโค้ง  เส้นทางการเคลื่อนที่ของโพรเจกไทล์จะมีลักษณะเป็นเส้นโค้งแบบพาราโบลา

รูป  เส้นทางการเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์

การเคลื่อนที่ในชีวิตประจำวัน

  เนื่องจากว่าในชีวิตประจำวันของเรามีเรื่องที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุอยู่มากมาย  เช่น การวิ่งของรถยนต์  การโยนก้อนหิน  และการตกของสิ่งของจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำ เป็นต้น แต่ไม่มีผู้ใดสนใจที่จะสังเกตหรือศึกษาเรื่องนี้เลย จึงเป็นเหตุให้ผู้จัดทำอยากจะศึกษา เกี่ยวกับเรื่องการเคลื่อนที่ของวัตถุ เพื่อให้เกิดความเข้าใจ และรู้ลักษณะการเคลื่อนที่ของวัตถุนั้นๆ โดยใช้ความรู้ทางฟิสิกส์ในการวิเคราะห์

ในชีวิตประจำวันของนักเรียนเคยสังเกตไหมว่า  มีการทำงานใดบ้างที่มีการออกแรงกระทำต่อวัตถุในทิศทำมุม  

  กับทิศการเคลื่อนที่ของวัตถุ

ตัวอย่างเช่น   ช้างลากซุง  คนถ่อเรือ   คนเข็นรถ  ฯลฯ   การคำนวณหาค่างานก็อาศัยหลักการเดียว

การเคลื่อนที่แบบฮาร์โมนิกอย่างง่าย

 

การเคลื่อนที่แบบฮาร์โมนิกอย่างง่าย(Simple Harmonic Motion : SHM) เป็นการเคลื่อนที่แบบเป็นคาบอย่างหนึ่ง คือ เคลื่อนที่กลับไปมาซ้ำทางเดิมโดยผ่านตำแหน่งสมดุล และมีคาบของการเคลื่อนที่คงตัว เช่น การเคลื่อนที่ของวัตถุติดปลายสปริง เป็นต้น

ความถี่ (f) คือ จำนวนรอบของการเคลื่อนที่ใน 1 วินาที หน่วยเป็น เฮิรตซ์ (Hz)
คาบ (T) คือ เวลในการเคลื่อนที่ครบ 1 รอบ หน่วยเป็นวินาที (s)
ความถี่และคาบมีความสัมพันธ์กันตามสมการ

การกระจัด x ในรูปฟังก์ชั่นของเวลา t ของ SHM เขียนได้เป็น