95215A55-EE03-47A5-8516-EB94D101C026

การเคลื่อนที่แนวตรง จัดทำโดย นาย ชัยณรงค์ ก้อมมณี ชั้น ม.4/1 เลขที่ 1 รายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ ฟิสิกส์ เล่ม 1 ครูผู้สอน คุณครู สุรพงษ์ แก้วเกษศรี

ชีวิตประจำวันของเราเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา ไม่ว่าจะ เป็นการเดิน การวิ่ง เราเรียกการเคลื่อนที่ตามแนวเส้นตรงในมิติเดียวแบบ นี้ว่า “การเคลื่อนที่แนวตรง” ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่แบบง่าย ๆ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ การเคลื่อนที่ในแนวราบ และการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง รู้จักปริมาณที่เกี่ยวกับ การเคลื่อนที่ ในการศึกษาการเคลื่อนที่ สิ่งที่เราสนใจคือ “วัตถุเคลื่อนที่จากจุด หนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้อย่างไร” ซึ่งในการวัดการเปลี่ยนแปลงการ เคลื่อนที่ของวัตถุนี้จะมีปริมาณมากมายเข้ามาเกี่ยวข้อง ได้แก่

1. การกระจัดและระยะทาง ถ้าอยากรู้ว่า “วัตถุที่เราสนใจเคลื่อนที่จากจุดเริ่มต้นมาไกลแค่ไหน” ระยะทางและการกระจัดเป็น ปริมาณที่จะตอบคำถามของเราได้ เพราะระยะทางและการกระจัดเป็นปริมาณที่บ่งบอกถึงระยะ ห่างระหว่าง “จุดเริ่มต้น” และ “จุดสุดท้าย” โดย ระยะทาง (Distance) เป็นระยะทั้งหมดของการ เคลื่อนที่จริง ๆ เป็นปริมาณสเกลาร์ มีแค่ขนาด ไม่มีทิศทาง ส่วน การกระจัด (Displacement) เป็นปริมาณที่บอกระยะห่างของจุดเริ่มต้นและจุดสุดท้าย เป็นปริมาณเวกเตอร์เพราะมีทั้งขนาด และทิศทาง การกระจัดจะมีค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับระยะทางเสมอ การกระจัดส่วนใหญ่มักมีขนาด ที่น้อยกว่าระยะทาง (โดยกรณีที่จุดเริ่มต้นกับจุดสุดท้ายห่างกันเป็นเส้นตรง การกระจัดและระยะ ทางจะมีขนาดเท่ากัน) และทั้งระยะทางและการกระจัดจะมีหน่วยวัดเป็นเมตร (m) มาดูความแตกต่างระหว่างระยะทางและการกระจัดกันดีกว่า ในการเดินจาก ห้องเรียนไปห้องน้ำ เพื่อน ๆ ต้องเดินตรงไปทางทิศตะวันออกเพื่อออกจาก ห้องเรียน และเลี้ยวขวาเพื่อไปที่ห้องน้ำ มาลองคิดกันเล่น ๆ ว่าระยะทางและ การกระจัดของการเดินครั้งนี้จะมีค่าเท่าไหร่ (อย่าเพิ่งแอบดูเฉลยก่อนนะ !)

2. ความเร็วและอัตราเร็ว ความเร็วและอัตราเร็วเป็นปริมาณที่จะบอกเราว่า “วัตถุที่เราสนใจเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน” หน่วยของ ความเร็วและอัตราเร็วจะเป็นเมตรต่อวินาที (m/s) โดย ความเร็ว (Velocity) จะเท่ากับอัตราส่วนระหว่างการกระจัดต่อเวลา ความเร็วจึงเป็น ปริมาณเวกเตอร์เหมือนกับการกระจัด เราสามารถพิจารณาความเร็วได้ 3 แบบ ได้แก่ 1.ความเร็วเฉลี่ย ( ) เป็นการพิจารณาความเร็วเฉลี่ยตลอดการเคลื่อนที่ของวัตถุ 2.ความเร็วขณะใดขณะหนึ่ง ( )เป็นการพิจารณาความเร็วในช่วงเวลาที่เราสนใจ 3.ความเร็วคงที่ ( ) ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าเดิมตลอดการเคลื่อนที่ จะทำให้ 1. ส่วนอัตราเร็ว(Speed) หาได้จากอัตราส่วนระหว่างระยะทางต่อเวลา อัตราเร็วจึงเป็นปริ มาณสเกลาร์เหมือนกับระยะทาง อัตราเร็วมี 3 แบบ คือ 1.อัตราเร็วเฉลี่ย (vav) เป็นการพิจารณาจากอัตราเร็วเฉลี่ยตลอดการเคลื่อนที่ของวัตถุ 2.อัตราเร็วขณะใดขณะหนึ่ง (vt) เป็นการพิจารณาอัตราเร็วในช่วงเวลาที่เราสนใจ 3.อัตราเร็วคงที่ (v) ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วเท่าเดิมตลอดการเคลื่อนที่ ในกรณีนี้

3. ความเร่งและอัตราเร่ง ในระหว่างการเคลื่อนที่ วัตถุที่เราสนใจอาจเคลื่อนที่ด้วย ความเร็วไม่สม่ำเสมอ นั่นคืออาจจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นหรือช้าลง เพราะมีปริมาณที่เรียกว่าความเร่งและอัตราเร่งเข้ามาเกี่ยวข้อง หน่วยของอัตราเร่งและความเร่งคือเมตรต่อวินาที2 (m/s2) โดย ความเร่ง (Acceleration) หาได้จากความเร็วที่เปลี่ยนไป (Δ) หารด้วยเวลาที่เปลี่ยนไป (Δt) ความเร่งจึงเป็นปริมาณเวกเตอร์เหมือนกับความเร็ว เราสามารถ พิจารณาความเร่งได้ 3 แบบ ได้แก่ 1.ความเร่งเฉลี่ย ( ) เป็นการพิจารณาความเร่งเฉลี่ยตลอดการเคลื่อนที่ ของวัตถุ 2.ความเร่งขณะใดขณะหนึ่ง ( ) เป็นการพิจารณาความเร็วในช่วงเวลาที่ เราสนใจ 3.ความเร่งคงที่ ( ) ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าเดิมตลอดการ เคลื่อนที่ จะทำให้ ปกติความเร่งจะมีทิศทางเดียวกับทิศของการเปลี่ยนแปลงความเร็วเสมอ แต่ ถ้าความเร่งเป็นลบ ทิศทางของความเร่งจะตรงกันข้ามกับทิศของการ เคลื่อนที่ เราเรียกความเร่งนี้ว่าความหน่วง (Deceleration)

อัตราเร่ง (Acceleration) หาได้จากอัตราเร็วที่เปลี่ยนไป (Δv) หารด้วยเวลาที่ เปลี่ยนไป (Δt) เป็นปริมาณสเกลาร์ เราสามารถพิจารณาอัตราเร่งได้ 3 แบบเช่น เดียวกับความเร่ง คือ อัตราเร่งเฉลี่ย (aav) อัตราเร่งขณะใดขณะหนึ่ง (at) และ อัตราเร่งคงที่ (a) แต่ในการคำนวณมักใช้ความเร่ง ซึ่งมีทั้งขนาดและทิศทาง มากกว่าอัตราเร่งที่เป็นปริมาณสเกลาร์ จากตารางสรุปจะเห็นได้ว่าปริมาณที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่จะมีทั้ง ปริมาณที่เป็นเวกเตอร์และสเกลาร์แยกกันชัดเจน เพื่อน ๆ อย่าสับสนล่ะ (แอบเตือนก่อนว่าเวลาทำโจทย์จริง ๆ หน่วยที่โจทย์ให้มาอาจไม่ได้อยู่ใน รูปของเมตรและวินาทีซะทีเดียว เราขอแนะนำให้เพื่อน ๆ ไปทบทวนเรื่อง หน่วย SI และคำอุปสรรค อีกครั้งก่อนเพื่อความเป๊ะ)

การเคลื่อนที่แนว ตรงมีกี่แบบ ? การเคลื่อนที่แนวตรงเป็นการเคลื่อนที่ใน “1 มิติ” เหมือนกับเส้นตรงที่มีทิศทางแค่ 2 แบบคือเดิน หน้ากับถอยหลัง ถ้าเส้นกราฟนั้นวางอยู่ในแนวราบแบบแกน x ก็จะเป็นการเคลื่อนที่ในแนวราบ แต่ถ้ากราฟนั้นตั้งอยู่ในแนวดิ่งแบบแกน y การเคลื่อนที่นั้นก็จะเป็นการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง หรือ การตกแบบอิสระ (Free fall) นั่นเอง 1. การเคลื่อนที่ในแนวราบ เป็นการเคลื่อนที่แบบไปซ้ายหรือขวา หรือไปข้างหน้าหรือหลัง ทิศทาง หลัก ๆ จะเป็นเส้นตรง ส่วนสมการสำหรับการเคลื่อนที่ในแนวราบ เราจะ หยิบปริมาณต่าง ๆ ที่เราได้เรียนรู้กันไปในหัวข้อก่อนหน้านี้มาใช้ในการ คำนวณ

2. การเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง หรือ การตกแบบอิสระ (Free fall) ในการตกแบบอิสระ ความเร่งของเราจะเป็นความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ( ) ซึ่งมีค่าแตกต่าง กันตามลักษณะภูมิประเทศของแต่ละพื้นที่ แต่เพื่อให้ง่ายต่อการคำนวณ ในวิชาฟิสิกส์เราจะใช้ค่า อยู่ประมาณ 9.8, 9.81 หรือ 10 m/s2 หรือแล้วแต่โจทย์จะกำหนด สิ่งที่สำคัญคือการกำหนดทิศ ของปริมาณ สำหรับสมการของการตกแบบอิสระ เหมือนกับสมการของการเคลื่อนที่ในแนวราบ แต่เปลี่ยน ความเร่ง ( ) ให้เป็นความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ( ) นอกจากการเข้าใจนิยามและที่มาของสูตรต่าง ๆ สิ่งที่ สำคัญไม่แพ้กันก็คือการทำโจทย์และแบบฝึกหัดที่หลาก หลายเพื่อทดสอบความเข้าใจ แต่เรื่องราวของการ เคลื่อนที่แนวตรงยังมีเนื้อหาส่วนอื่น ๆ อีกนะ ไม่ว่าจะเป็น เรื่องการทดลองเครื่องเคาะสัญญาณเวลา หรือกราฟ ของการเคลื่อนที่แนวตรงที่เราไม่ได้พูดถึงในบทความนี้