การเคลื่อนที่แนวตรง - ครูฟิสิกส์ไทย

ในการศึกษาฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษา เราจะแบ่งลักษณะการเคลื่อนที่ที่ต้องการศึกษาไว้หลักๆ 2 แนว คือ การเคลื่อนแนวตรง และการเคลื่อนที่แบบโค้ง (การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ การเคลื่อนที่แบบวงกลม เป็นต้น)

สำหรับเรื่องที่จะกล่าวเป็นอันดับแรก คือ การเคลื่อนที่แนวตรง และมีคำนิยามที่ควรทราบ ดังนี้

เนื้อหา :

ตำแหน่ง (Position : P)

คือ จุดในสเปซ หรือบริเวณว่างๆใดๆ อาจจะเป็นในระบบพิกัดต่างๆ ที่สามารถอ้างอิงที่อยู่ของวัตถุได้

ระยะทาง (length : L)

คือ ระยะห่างระหว่างตำแหน่ง (Position) หรือ จุดคู่หนึ่งๆ ในระบบอ้างอิง

(จุดเน้น ระยะทางไม่จำเป็นต้องเป็นเส้นตรง จะเป็นเส้นโค้งใดๆก็ได้ที่เชื่อมระหว่างจุด)

การกระจัด (Displacement : D)

คือ ระยะทางที่สั้นที่สุด (Shortest Distance) ที่เชื่อมระหว่างจุดสองจุดใดๆ ในระบบอ้างอิง

(จุดเน้น แน่นอนว่าระยะทางที่สั้นที่สุดที่ลากระหว่างจุดสองจุด ต้องเป็น เส้นตรง ฉะนั้นเวลาเราพูดถึงการกระจัดเส้นการเคลื่อนที่จะเป็นเส้นตรงเสมอ)

อัตราเร็ว (Speed : $v_s$ )

ในการเคลื่อนที่แบบเส้นตรง เมื่อวัตถุเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ย่อมต้องใช้ระยะเวลา (duration time) อย่างแน่นอน และมีระยะทาง (Distance) ที่เกิดขึ้น ไม่ว่าเส้นทางจะเป็นการเคลื่อนที่แบบใดๆก็ตาม และสามารถหาอัตราเร็ว (Speed) ของวัตถุได้จาก อัตราส่วนระหว่าง ระยะทางที่เคลื่อนที่ได้ (Distance) ต่อหนึ่งหน่วยเวลา (Duration Time) ดังสมการ

$V_s = \frac{L}{t}$

โดยที่ $v_s$ แทน อัตราเร็วในหน่วย m/s, L แทน ระะยะทางในหน่วย m และ t แทน ระยะเวลาที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในหน่วย s

หมายเหตุ – อัตราเร็วเป็นปริมาณสเกลาร์ ระบุเพียงแค่ขนาด

ความเร็ว (Velocity : $\overrightarrow{v}$ )

เรามักสับสนระหว่างคำว่า “อัตราเร็ว” และ “ความเร็ว” หากย้อนกลับไปอ่านข้อความเกี่ยวกับ “อัตราเร็ว” จะเห็นว่าคือ อัตราส่วนระหว่าง “ระยะทาง (Length)” กับ “เวลา (Duration Time)” แต่ในทางกลับกัน “ความเร็ว (Velocity)” จะถูกนิยามว่าเป็นอัตราส่วนระหว่าง “การกระจัด (Displacement) ต่อหนึ่งหน่วยเวลา (Duration Time) ดังสมการ

$\overrightarrow{v} = \frac{\overrightarrow{D}}{t}$

โดยที่ $\overrightarrow{v}$ แทน ความเร็วในหน่วย m/s, $\overrightarrow{D}$ แทน การกระจัดในหน่วย m และ t แทน ระยะเวลาที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในหน่วย s

หมายเหตุ – ความเร็วเป็นปริมาณเวกเตอร์ ระบุทั้งขนาดและทิศทาง

ความเร่ง (Acceleration : a)

ถ้าวัตถุหยุดนิ่ง หรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ (หรืออัตราเร็วคงที่) ความเร่งของวัตถุจะมีค่าเท่ากับศูนย์ แต่ถ้าวัตถุมีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว ในช่วงระยะเวลาหนึ่งๆ เราจะสามารถหาความเร่งของวัตถุได้ ดังนี้

$\overrightarrow{a} = \frac{\overrightarrow{v} - \overrightarrow{u}}{t}$

โดยที่ $\overrightarrow{a}$ แทน ความเร่งในหน่วยเมตรต่อวินาทีกำลังสอง, $\overrightarrow{v}$ แทนความเร็วปลายในหน่วย m/s, $\overrightarrow{u}$ แทนความเร็วต้นในหน่วย m/s และ t แทนระยะเวลาที่วัตถุใช้ในการเปลี่ยนแปลงความเร็วในหน่วย s