การเคลื่อนที่

การเคลื่อนที่ การเคลื่อนที่ (motion) คือ การเปลี่ยนตำแหน่งของวัตถุในช่วงเวลาหนึ่ง ซึ่งวัดโดยผู้สังเกตที่เป็นส่วนหนึ่งของกรอบอ้างอิง เมื่อปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 เซอร์ไอแซก นิวตัน ได้เสนอกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันในหนังสือ Principia ของเขา ซึ่งต่อมาได้กลายเป็นกฎพื้นฐานของฟิสิกส์ดั้งเดิม การคำนวณการเคลื่อนที่ของวัตถุต่างๆ โดยใช้ฟิสิกส์ดั้งเดิมนั้นประสบความสำเร็จมาก จนกระทั่งนักฟิสิกส์เริ่มศึกษาเกี่ยวกับสิ่งที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก นักฟิสิกส์พบว่า ฟิสิกส์ดั้งเดิมไม่สามารถคำนวณสิ่งที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงได้แม่นยำ เพื่อแก้ปัญหานี้ อองรี ปวงกาเร และ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้เสนอทฤษฎีอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุ เพื่อใช้แทนของกฎของนิวตัน กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันกำหนดให้อวกาศและเวลาเป็นสิ่งสัมบูรณ์ แต่ทฤษฎีไอน์สไตน์กับปวงกาเร ซึ่งเรียกว่า ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ กำหนดให้ค่าเหล่านี้เป็นสิ่งสัมพัทธ์ ซึ่งต่อมา ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษก็เป็นที่ยอมรับในการอธิบายการเคลื่อนที่ เพราะทำนายผลลัพธ์ได้แม่นยำกว่า อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันยังเป็นที่ใช้กันอยู่ โดยเฉพาะงานด้านฟิสิกส์ประยุกต์และงานวิศวกรรม เพราะสามารถคำนวณได้ง่ายกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ การเคลื่อนที่แบบวงกลม การเคลื่อนที่แนวตรง การเคลื่อนที่แบบ ฮาร์มอนิก การเคลื่อนที่แบบวงกลม

ความเร็ว คือ การเปลี่ยน แปลงการกระจัด ความเร็วเฉลี่ย หน่วย เมตร/วินาที (m/s) s = การกระจัด (m) คือ ระยะทางที่สั้นที่สุดในการย้ายตำแหน่ง หนึ่งไป อีกตำแหน่งหนึ่ง

ความเร่ง คือ อัตราการเปลี่ยน ความเร็ว ความเร่ง หน่วย เมตรต่อ วินาที2( m/s2) a = ความเร่ง

การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง u = ความเร็วเริ่มต้น (m/s) v = ความเร็วตอนปลาย (m/s ) s = ระยะทาง(m) a = ความเร่ง ( m/s2) S = vt

การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งภายใต้แรงดึงดูดของโลก 1. v = u – gt 3.v2 = u 2+2gh u = ความเร็วต้น เป็น + เสมอ v = ความเร็วปลาย + ถ้าทิศเดียวกับ u และเป็น - ถ้าทิศตรงขามกับ u s หรือ h = ระยะทางเป็น + ตอนวิ่งขึ้น และเป็น – ตอนวิ่งลง g = ความเร่งจากแรงโน้มถ่วง

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ (Motion of a Projectile) คือ  การเคลื่อนที่ของวัตถุเป็นแนวโค้ง  ในกรณีที่วัตถุเคลื่อนที่อย่าง  เสรีด้วยแรงโน้มถ่วงคงที่  เช่น วัตถุเคลื่อนที่ไปในอากาศภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก ทางเดินของวัตถุจะเป็นรูปพาราโบลา

การเคลื่อนที่แบบวงกลม จากกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันที่ว่าเมื่อมีแรงภายนอกกระทำต่อวัตถุ จะทำให้วัตถุเคลื่อนที่โดยมีความเร่ง หรือมีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว           ถ้าแรงภายนอกกระทำต่อวัตถุในทิศเดียวกับการเคลื่อนที่ จะทำให้วัตถุเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง โดยมีการเปลี่ยนแปลงขนาดของความเร็ว แต่ไม่เปลี่ยนทิศทางของความเร็ว ถ้ามีแรงภายนอกที่คงที่มากระทำต่อวัตถุ ในทิศที่ตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของวัตถุตลอดเวลา จะทำให้แนวการเคลื่อนที่หรือทิศของความเร็วเปลี่ยนแปลง คือ แนวการเคลื่อนที่ของวัตถุจะเป็นงกลม           ดังนั้นการเคลื่อนที่ในแนววงกลมจึงหมายถึง การเคลื่อนที่ ที่มีการเปลี่ยนแปลงความเร็วตลอดเวลา ถึงแม้อัตราเร็วจะคงที่ แต่เวกเตอร์ของความเร็วเปลี่ยนแปลง

ความเร่งสู่ศูนย์กลาง สิ่งที่ควรรู้ ปริมาณที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่แบบวงกลมด้วยอัตราเร็วคงที่ 1.คาบ (Period) "T" คือ เวลาที่วัตถุเคลื่อนที่ครบ 1 รอบ หน่วยเป็นวินาที่/รอบ หรือวินาที 2.ความถี่ (Frequency) "f" คือ จำนวนรอบที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ภายในเวลา 1 วินาที หน่วยเป็นรอบ/วินาที หรือ เฮิรตซ์ (Hz)

เมื่อวัตถุเคลื่อนที่แบบวงกลมด้วยอัตราเร็วคงที่ คาบ และความถี่จะมีค่าคงที่ โดยคาบและความถี่สัมพันธ์กันโดย

ความสัมพันธ์ระหว่าง v, T, f จากรูปที่ 1 วัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบจุด O มีรัศมี r ด้วยอัตราเร็วคงที่ เมื่อพิจารณาการเคลื่อนที่ครบ 1 รอบ

ความเร่งสู่ศูนย์กลาง (a) วัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมจะเกิดความเร่ง 2 แนว คือ ความเร็วแนวเส้นสัมผัสวงกลม และความเร่งแนวรัศมีหรือความเร่งสู่ศูนย์กลาง ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วคงที่ เช่น วงกลมในแนวระนาบ จะเกิดความเร่งสู่ศูนย์กลางเพียงแนวเดียว           การที่วัตถุมีอัตราเร็วเท่าเดิม แต่ทิศทางเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ย่อมหมายความว่า ต้องมีความเร็วอื่นมาเกี่ยวข้องด้วย ความเร็วที่มาเกี่ยวข้องนี้จะพิสูจน์ได้ว่า มีทิศทางเข้าสู่จุดศูนย์กลางของการเคลื่อนที่ และความเร็วนี้เมื่อเทียบกับเวลาจะเป็นความเร่งซึ่งมีค่า