สุนิสา ภูเวียนวงศ์: แหล่งความรู้ เรื่อง การเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวตรง

การเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวตรง

การเคลื่อนที่ (Motion) หมายถึง ขบวนการอย่างหนึ่งที่ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งอย่างต่อเนื่องตามเวลาที่ผ่านไป โดยมีทิศทางและระยะทาง

การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง (Rectilinear motion) หมายถึง การเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นแนวเส้นตรงซึ่งความสัมพันธ์ระหว่างความเร็ว เวลา ความเร่ง และระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปได้ (นันทพงษ์ ลายทอง และคณะ, 2549) ลักษณะการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง สิ่งต่าง ๆ ที่อยู่รอบตัวซึ่งมีการเคลื่อนที่นั้นจะมีการเคลื่อนที่แตกต่างกันออกไป เช่น การเคลื่อนที่ในแนวตรง แนวโค้ง เป็นวงกลม หรือกลับไปกลับมาในการที่เราจะพิจารณาว่าวัตถุมีการเคลื่อนที่หรือไม่ พิจารณาที่ มีการเปลี่ยนตำแหน่งหรือไม่ ถ้ามีการเปลี่ยนตำแหน่ง ถือเป็นการเคลื่อนที่

การเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวตรง แบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ

1. การเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวตรงตามแนวระดับ

2. . การเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวตรงตามแนวดิ่ง

1. การเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวตรงตามแนวระดับ

การเคลื่อนที่แนวตรงตามแนวระดับหรือแนวราบของวัตถุ เป็นการเคลื่อนที่ที่ไม่เปลี่ยนทิศทางของวัตถุที่เคลื่อนที่ขนานไปตามพื้นโลก เช่น รถไฟแล่นตรงไปข้างหน้าตามรางรถไฟ รถมอเตอร์ไซค์หรือรถยนต์วิ่งไปตามถนนตรง กลุ่มคนวิ่งออกกำลังกายไปตามถนนตรงๆ การเคลื่อนที่ของลูกมะพร้าวเมื่อตกจากต้นสู่พื้นดิน การเคลื่อนที่ของรถยนต์บนถนนตรง การเคลื่อนที่ของนักกีฬาว่ายน้ำในลู่ของสระ เป็นต้น
การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง แบ่งเป็น 2 แบบ คือ
1. การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงที่ไปทิศทางเดียวกันตลอด เช่น โยนวัตถุขึ้นไปตรงๆ รถยนต์ กำลังเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง
2. การเคลื่อนที่ในแนวเส้นเส้นตรง แต่มีการเคลื่อนที่กลับทิศด้วย เช่น รถแล่นไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง เมื่อรถมีการเลี้ยวกลับทิศทาง ทำให้ทิศทางในการเคลื่อนที่ตรงข้ามกัน

ใบไม้ร่วง

2. . การเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวตรงตามแนวดิ่ง (Motion under gravity)

การเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวตรงตามแนวดิ่ง เช่น การตกอิสระหรือการตกแบบเสรี การตกแบบเสรี หมายถึง Free Fall หมายถึง การตกโดยไม่มีสิ่งใดกีดขวางหรือกระทบ เป็นการตกของวัตถุภายใต้แรงดึงดูดของโลกเพียงอย่างเดียวซึ่งเรียกว่า Gravitational acceleration หรือ ค่า g โดยวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง 9.8 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง หรือวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเพิ่มขึ้น 9.8 เมตรต่อวินาที ทุกๆวินาทีนั้นเอง นั่นคือ ในทุกๆหนึ่งวินาทีวัตถุที่ตกลงสู่พื้นโลกอย่างเสรีจะมีความเร็วเพิ่มขึ้นประมาณ 9.8 เมตรต่อวินาที การเคลื่อนที่ลักษณะนี้จะไม่คิดแรงต้านของอากาศ เช่น ก้อนหินตกจากหน้าผา ใบไม้ร่วงลงสู่พื้นดิน ผลไม้ร่วงหล่นจากต้น น้ำตกจากหน้าผา ฝนตก เป็นต้น

ในขณะที่รถยนต์เริ่มเคลื่อนที่บนถนนตรง คนขับจะเหยียบคันเร่งทำให้รถเคลื่อนที่เร็วขึ้น ถ้าสังเกตที่เข็มวัดอัตราเร็วบนหน้าปัดของรถ จะพบว่าเข็มเบนมากขึ้น แสดงว่ารถเคลื่อนที่ด้วย อัตราเร็ว (speed) เพิ่มขึ้น และถ้าพิจารณาทิสของการเคลื่อนที่ด้วย ความเร็ว (velocity) เพิ่มขึ้น ดังรูป

เมื่ออ่านค่าจากเข็มชี้อัตราเร็วของรถที่กำลังเคลื่อนที่ในภาพ ขณะนี้รถเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมงหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ไปทางทิศใต้ หากความเร็วของรถเปลี่ยนแปลง กล่าวได้ว่ารถเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง (acceleration) การเข้าใจปริมาณต่างๆที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ จะทำให้มีความปลอดภัยมากขึ้นในการขับขี่ยวดยานพาหนะ และนำไปใช้ประโยชน์ด้านต่างๆได้

สมการการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง
เนื่องจากการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง คือ การการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงแบบหนึ่ง ดังนั้น สมการในการคำนวณจึงเหมือนกับสมการการเคลื่อนที่ในแนวราบเพียงแต่เปลี่ยนค่า a เป็น g เท่านั้น

การกำหนดทิศทาง ของ g ซึ่งเป็นความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก โดยปกติ g จะมีทิศลงเสมอ จึงถือว่าวัตถุเคลื่อนที่ลงให้ g เป็นบวก วัตถุเคลื่อนที่ขึ้นให้ g เป็นลบ

เมื่อวัตถุที่ตกแบบเสรี วัตถุจะเคลื่อนที่ลงด้วยความเร่ง g ถ้ากำหนดให้g = 10 m/s2

แสดงว่าวัตถุจะเคลื่อนที่ลงมาด้วยความเร็วเพิ่มขึ้นวินาทีละ 10 เมตรต่อวินาที แต่ถ้าโยนวัตถุนี้ขึ้นในแนวดิ่งวัตถุจะเคลื่อนที่ขึ้นช้าลงความเร่ง –g ถ้าg = 10 m/s2 จะได้ว่าวัตถุจะเคลื่อนที่ขึ้นด้วยความเร็วลดลงวินาทีละ 10 เมตรต่อวินาที จนกระทั่งความเร็วสุดท้ายเป็น 0 เรียกตำแหน่งนี้ว่า ตำแหน่งสูงสุดของการเคลื่อนที่ของวัตถุ หลังจากนี้วัตถุจะเคลื่อนที่ตกแบบเสรี