เอกสารประกอบการสอน ฟิสิกส์1

หน่วย 3  การเคลื่อนที่แนวตรง

วัตถุเกิดการเคลื่อนที่  เมื่อมีการออกแรงและผลของแรง ผลักหรือดันวัตถุนั้น โดยใช้เชือกดึง ถ้าวัตถุหนักมากเราก็ต้องใช้แรงมาก ซึ่งแรงที่เราคุ้นเคยมากที่สุดคือ แรงดึงดูดของโลก  เพราะเมื่อปล่อยวัตถุโดยอิสระวัตถุจะเคลื่อนที่ลง ซึ่งเรากล่าวได้ว่าโลกออกแรง ดึงดูดวัตถุนั้น        โดยแรงดึงดูดของโลกนี้ต่างจากแรงดูดข้างต้น เพราะว่า  แรงนี้กระทําต่อวัตถุได้โดยไม่ต้องสัมผัสกัน ซึ่งแรงที่โลกกระทําต่อวัตถุ เรียกว่า น้ำหนักของวัตถุโดยนิยามแรงและมวลเพิ่มขึ้น

การศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีขนาดใหญ่พอที่สังเกตด้วยตาเปล่า  พบว่า แรง  เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของ วัตถุ และพบว่า  บางครั้งเมื่อออกแรงกระทําต่อวัตถุแล้ว วัตถุไม่เคลื่อนที่ เช่น เมื่อเรานั่งอ่านหนังสือ อยู่ที่โต๊ะ ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงกระทําอยู่กับที่ หรือเมื่อเราออกแรงผลัก ก้อนหินแต่ก้อนหินไม่เคลื่อนที่ จึงเกิดคําถามว่า แรงมีผลทําให้วัตถุเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไร ซึ่งนิวตันตอบ คําถามนี้ว่าแรงจะเป็นตัว ทําให้ความเร็วเปลี่ยนแปลง        ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ไม่จําเป็นต้อง มีแรงกระทําต่อวัตถุ จึงถือว่ามีแต่แรงเท่านั้น      ที่จะทําให้ความเร็วของวัตถุเปลี่ยนแปลง แสดงว่าแรง เป็นตัวที่ทําให้วัตถุมีความเร่งอัตราเร็วในการเคลื่อนที่น้อยกว่าอัตราเร็วของแสงมาก ๆ โดยใช้กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

กรณีที่มีแรงหลายแรงกระทําต่อวัตถุพร้อมกัน พบว่าวัตถุจะมีความเร่ง ก็ต่อเมื่อ แรงสุทธิ (Net force) หรือแรงลัพธ์ (Resultant force) ที่กระทําต่อวัตถุไม่เป็นศูนย์ ถ้าแรงลัพธ์ที่ กระทําต่อวัตถุเป็นศูนย์ ความเร่งของวัตถุเป็นศูนย์ด้วย นั่นคือ ความเร็วของวัตถุคงที่เหมือนเดิม ทํา ให้สรุปได้ว่า ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทําต่อวัตถุเป็นศูนย์วัตถุจะยังคงอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็ว คงที่ การที่วัตถุอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ เรียกว่า วัตถุอยู่ในสภาพสมดุล

หน่วย 4  การเคลื่อนที่วิถีโค้ง

การเคลื่อนที่วิถีโค้งของวัตถุที่เคลื่อนที่ไปในอากาศ   หลังจากที่อออกแรงกระทำต่อวัตถุ          ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ ลอยขึ้นไปในอากาศ เช่น ลูกเทนนิส ลูกเบสบอล ลูกฟุตบอล ลูกน้ำหนักหรือแหลน การเคลื่อนที่ของวัตถุเหล่านี้  เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุแบบวิถีโค้ง ซึ่งรูปแบบของการเคลื่อนที่แบบวิถีโค้ง จะพบว่า การเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีแรงกระทำ ทำมุมใดๆ กับความเร็วโดยมุมกระทำนั้นไม่คงที่  เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา จะได้ลักษณะการเคลื่อนที่เป็นโค้งพาราโบลา        ซึ่งมีการขจัดเกิดขึ้น 2 แนว  พร้อมกันคือ แนวราบและแนวดิ่ง  ดังนั้นความเร็วขณะใดๆของการเคลื่อนที่ของวัตถุจะต้องประกอบด้วยความเร็ว 2 แนว  คือ แนวราบ ( V_X ) และแนวดิ่ง ( V_Y ) ทิศของความเร็วจะต้องสัมผัสกับเส้นโค้งการเคลื่อนที่เสมอ โดยการเคลื่อนที่วิถีโค้งของวัตถุที่เคลื่อนที่ไปในอากาศ   จะต้องประกอบด้วยปัจจัยดังต่อไปนี้ 1. เป็นการเคลื่อนที่ภายใต้ความเร่งเนื่องจากความโน้มถ่วงของโลก (g) ที่คงที่และมีทิศลง  2. ถือว่าแรงต้านของอากาศน้อยมาก   3. การหมุนของโลกไม่มีผลต่อการเคลื่อนที่ การเคลื่อนที่วิถีโค้งของวัตถุที่เคลื่อนที่ไปในอากาศ   หลังจากที่อออกแรงกระทำต่อวัตถุ          ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ ลอยขึ้นไปในอากาศ เช่น ลูกเทนนิส ลูกเบสบอล ลูกฟุตบอล ลูกน้ำหนักหรือแหลน การเคลื่อนที่ของวัตถุเหล่านี้  เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุแบบวิถีโค้ง ซึ่งรูปแบบของการเคลื่อนที่แบบวิถีโค้ง จะพบว่า การเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีแรงกระทำ ทำมุมใดๆ กับความเร็วโดยมุมกระทำนั้นไม่คงที่  เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา จะได้ลักษณะการเคลื่อนที่เป็นโค้งพาราโบลา        ซึ่งมีการขจัดเกิดขึ้น 2 แนว  พร้อมกันคือ แนวราบและแนวดิ่ง  ดังนั้นความเร็วขณะใดๆของการเคลื่อนที่ของวัตถุจะต้องประกอบด้วยความเร็ว 2 แนว  คือ แนวราบ ( V_X ) และแนวดิ่ง ( V_Y ) ทิศของความเร็วจะต้องสัมผัสกับเส้นโค้งการเคลื่อนที่เสมอ โดยการเคลื่อนที่วิถีโค้งของวัตถุที่เคลื่อนที่ไปในอากาศ   จะต้องประกอบด้วยปัจจัยดังต่อไปนี้ 1. เป็นการเคลื่อนที่ภายใต้ความเร่งเนื่องจากความโน้มถ่วงของโลก (g) ที่คงที่และมีทิศลง  2. ถือว่าแรงต้านของอากาศน้อยมาก   3. การหมุนของโลกไม่มีผลต่อการเคลื่อนที่