หน่วยที่ 3 การเคลื่อนที่

เอกสารประกอบการเรียนการสอน รหสั วชิ า 30000 -1304 Science for Mechanical and production Works หน่วยที่ 3 การเคล่ือนที่ ครูเสาวคนธ์ ศานติธรรม แผนกสามัญสัมพนั ธ์(วิทยาศาสตร์)

หน่วยท่ี 3 การเคล่ือนท่ี แนวคิด การเคล่ือนท่ีในแนวเส้นตรง เป็ นการเคลื่อนท่ีอยา่ งง่าย พ้ืนฐานของการเคล่ือนท่ีในแนวเส้นตรง สามารถใชศ้ ึกษาในเร่ืองการเคล่อื นที่แบบอ่นื ๆ โดยมีปริมาณท่ีเก่ียวขอ้ งกบั การเคลอ่ื นที่ ไดแ้ ก่ ระยะทาง S เวลา t ความเร็ว v และความเร่ง a ซ่ึงจะมีความสมั พนั ธแ์ ตกต่างกนั ออกไปตามลกั ษณะของการเคล่ือนที่ ซ่ึงเราตอ้ ง ศกึ ษารายละเอยี ดต่างๆ เพ่ือนาไปใชอ้ ธิบายการเคลอ่ื นท่ีแบบอ่นื ๆ สาระการเรียนรู้ 1.ปริมาณท่ีเกี่ยวขอ้ งกบั การเคล่อื นที่ 2.การเคลือ่ นท่ีใน 1 มติ ิ ผลการเรียนรู้ทคี่ าดหวงั 1.หาความสมั พนั ธข์ องปริมาณท่ีเก่ียวขอ้ งกบั การเคล่ือนที่ได้ 2.คานวณหาปริมาณต่างๆ ของการเคล่ือนที่ได้ 3.บอกลกั ษณะของการเคลื่อนท่ีในแนวเสน้ ตรงแบบต่างๆ ได้ 4.คานวณปริมาณต่างๆ ของลกั ษณะการเคล่ือนที่ในแนวเสน้ ตรงแบบต่างๆ ได้

ในปัจจุบนั เราจะพบเห็นการเคลอ่ื นที่ของวตั ถตุ ่างๆ มากมาย แต่ละอยา่ งจะมีการเคลือ่ นที่แตกต่างกนั ออกไป การเคลือ่ นท่ีที่เกดิ ข้นึ จะเป็นผลมาจากการกระทาของแรงที่เราไดศ้ ึกษาผา่ นมา ในการเคลอ่ื นที่ของวตั ถุ มีปริมาณท่ีเราจะตอ้ งศกึ ษาเพื่ออธิบายลกั ษณะของการเคลอื่ นที่ไดถ้ ูกตอ้ ง และนาไปใชใ้ นชีวติ ประจาวนั ได้ 1.ปริมาณที่เกี่ยวขอ้ งกบั การเคลอ่ื นที่ 1.1 ระยะทาง (S) เมอ่ื เราเร่ิมสงั เกตวตั ถทุ ่ีเคลอ่ื นท่ี จุดเริ่มตน้ ของการสังเกตจะเป็ นจุดท่ีเราใชอ้ า้ งอิง เมื่อเวลาผ่าน ไปวตั ถจุ ะเปลีย่ นตาแหน่งจากจุดท่ีเราเห็น แนวทางท่ีวตั ถุเคลื่อนที่ไปเราเรียกว่า ระยะทาง (S) ซ่ึงจะมีหน่วย เป็นเมตร( m ) ค่าของระยะทางจะเพิม่ ไปตามระยะเวลาที่วตั ถเุ คลอื่ นที่ไป ลกั ษณะของระยะทางที่วตั ถเุ คล่ือนท่ี แตกต่างกนั ออกไป 1.2 เวลา (t ) นบั ต้งั แต่ท่ีเราเร่ิมสงั เกตดูวตั ถุ จุดน้นั จะเป็นจุดเร่ิมตน้ ของเวลาท่ี t=0 หลงั จากที่วตั ถุเคลื่อนที่ไป เวลาก็จะผา่ นไปเรื่อยๆโดยมีหน่วยเวลาเป็ นวินาที (s) วตั ถุบางชนิดมีการเคลื่อนที่กลบั มาสู่ท่ีเดิมจะมีเวลาอีก ชนิดหน่ึงท่ีเป็นค่าคงที่ เราเรียกว่า เวลาครบรอบ(T) เช่น วตั ถทุ ี่สน่ั ไปมา เป็นตน้ 1.3 ความเร็ว (v) “ ความเร็ว (Velocity ) หมายถึง การกระจดั ท่ีเปลี่ยนไปในหน่ึงหน่วยเวลา”

จากนิยามการพจิ ารณาค่าของความเร็วจะแบ่งเป็นช่วงๆได้ 3 แบบ 1.3.1 ความเร็วเฉลี่ย เป็นการบอกความเร็วจากวนิ าทีเร่ิมตน้ t=0 จนถงึ วนิ าทีสุดทา้ ยของการเคลอ่ื นท่ี 1.3.2 ความเร็วช่วงจุด 2 จุด เป็นการพิจารณาความเร็วเป็นช่วงๆแต่ละช่วงอาจจะมีระยะห่างของเวลาเท่ากนั หรือ ไมเ่ ท่ากนั กไ็ ด้ ในการหาความเร็วแบบน้ีจะทาใหร้ ู้ลกั ษณะของความเร็วแต่ละช่วงไดด้ ีมากข้ึน 2. การเคลือ่ นที่ใน 1 มิติ การเคลื่อนที่ใน 1 มติ ิ เป็นการเคล่อื นที่ในแนวเสน้ ตรงท่ีเป็นพ้ืนฐานของลกั ษณะการเคลือ่ นที่แบบต่างๆ 2.1 วตั ถุเคล่ือนที่ดว้ ยความเร็วคงท่ี ลกั ษณะของการเคลอ่ื นท่ี แบบน้ี ความสมั พนั ธข์ องระทาง S กบั เวลา t แปรผนั ตรง

2.2 วตั ถุเคล่อื นที่ดว้ ยความเร็วไม่คงตวั ในกรณีน้ีเกิดจากผลรวมของแรงท่ีกระทาต่อวตั ถุมีค่ามากกว่าศูนย์ ทาใหว้ ตั ถุเคล่ือนที่ด้วย ความเร่ง อาจจะเคล่ือนที่ดว้ ยความเร่งคงที่ถา้ ผลรวมของแรงมีค่าคงที่ และเคล่ือนที่ดว้ ยความเร่งไม่คงท่ี ถา้ ผลรวมของแรงมีค่าไม่คงท่ี ความสมั พนั ธข์ องระยะทางกบั เวลาจะอยใู่ นรูป 2.3 วตั ถเุ คลื่อนท่ีดว้ ยความเร่งคงที่ เมื่อมแี รงกระทาต่อวตั ถุแลว้ ผลรวมของแรงไมเ่ ท่ากบั เท่ากบั ศนู ย์ นิวตนั ไดอ้ ธิบายดว้ ยกาขอ้ ที่ 2 ว่าวตั ถุ เคล่ือนท่ีดว้ ยความเร่งคงท่ี และในทานองเดียวกนั ถา้ แรงท่ีกระทามีทิศทางตรงกนั ขา้ มกบั การเคลื่อนท่ี ค่าของ ความเร่งจะมีค่าเป็นลบ ลกั ษณะของการเคลอื่ นที่จะแบ่งออกเป็น 2.3.1 จากหยดุ น่ิงเคลอื่ นท่ีดว้ ยความเร็วคงที่ ลกั ษณะของการเคลื่อนที่เป็ นแนวเส้นตรงแบบน้ีจะมีความสมั พนั ธข์ องปริมาณของระยะทางกบั เวลา ความเร็วกบั เวลา ดงั น้ี

2.3.2 เคลือ่ นท่ีดว้ ยความเร็วตน้ และความเร่งคงท่ี ความเร็วตน้ u ความสมั พนั ธข์ องปริมาณของระยะทางกบั เวลาความเร็วกบั เวลา ดงั น้ี

2.4 .วตั ถุเคล่ือนท่ีดว้ ยความเร่งไมค่ งท่ี เกิดจากแรงที่กระทาต่อวตั ถุมีขนาดไม่คงที่แต่ทิศทางยงั คงที่ ทาให้วตั ถุมีความเร่งไม่คงท่ีแปรผนั ไปตาม แรงท่ีกระทาและเวลาที่ผา่ นไป ซ่ึงเป็นลกั ษณะของการเคลอ่ื นที่ของวตั ถุทวั่ ๆไป การศึกษาปริมาณท่ีเป็ นพ้ืนฐานของการเคล่ือนท่ี ทาให้สามารถนาไปอธิบายรายละเอียดต่างๆที่ เกี่ยวขอ้ งกบั การเคลอ่ื นท่ี 1.การเคลื่อนท่ีแบบโพรเจกไทล์ เป็ นการเคล่ือนท่ี 2 มิติ แนวราบและแนวดิ่ง โดยแนวราบเคล่ือนท่ีด้วยความเร็วคงที่แนวดิ่ง เคลือ่ นที่ดว้ ยความเร็วคงที่ ท้งั สองแนวใชเ้ วลาเท่ากนั ทาให้สามารถนาการเคลื่อนที่ท้งั สองแนวมาอธิบายการ เคลื่อนที่ท่ีเสน้ โคง้ ของโปรเจกไทลไ์ ด้ 2.การเคลื่อนที่แบบวงกลม เป็นการเคลือ่ นท่ีอกี ลกั ษณะหน่ึง โดยทิศทางของการเคล่อื นท่ีเปลี่ยนไปตลอดเวลาตามแนวเสน้ รอบวง ทิศทางของความเร็วเปลีย่ นไปทาใหเ้ กิดความเร่งสู่ศูนยก์ ลาง เกิดแรงสู่ศูนยก์ ลางแรงหนีศูนยก์ ลางเพ่ือ ทาใหว้ ตั ถุว่งิ เป็นวงกลม 3. การเคล่ือนที่แบบฮาร์มอมกิ อยา่ งง่าย เป็นการเคลอื่ นที่แบบกลบั ไปกลบั มาซ้ารอยเดิม เนื่องจากแรงท่ีกระทาต่อวตั ถมุ ีทิศทางเปลย่ี นไปทา ใหว้ ตั ถุเปลี่ยนทิศเคลอ่ื นที่ และขนาดของแรงท่กี ระทามีขนาดไมค่ งที่ ทาใหว้ ตั ถุเคลอ่ื นท่ีดว้ ยความเร่งไมค่ งท่ี การหาปริมาณต่างๆจะตอ้ งหา ณ จุดใดจุดหน่ึง ทาใหเ้ กิดความสมั พนั ธข์ องปริมาณต่างๆ ณ จุดใดจดุ หน่ึง