การเคลื่อนที่เชิงเส้น

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการเคลื่อนที่เชิงเส้น

การเคลื่อนที่เชิงเส้นหรือการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงหมายถึงการเคลื่อนที่ของวัตถุตามแนวเส้นตรงจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง การเคลื่อนไหวประเภทนี้เป็นหนึ่งในแนวคิดพื้นฐานที่สุดในวิชาฟิสิกส์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นรากฐานในการทำความเข้าใจการเคลื่อนไหวและไดนามิกที่ซับซ้อนมากขึ้น การเคลื่อนที่เชิงเส้นสามารถอธิบายได้ในแง่ของระยะทาง การกระจัด ความเร็ว ความเร็ว และความเร่ง

ระยะทางและการกระจัด

ระยะทางคือปริมาณสเกลาร์ที่อ้างอิงถึงความยาวเส้นทางทั้งหมดที่วัตถุกำลังเคลื่อนที่ครอบคลุม โดยไม่คำนึงถึงทิศทางของมัน มีหน่วยวัดเป็นหน่วยความยาว เช่น เมตร (ม.) หรือกิโลเมตร (กม.)

ในทางกลับกัน การกระจัดเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของวัตถุ มันคำนึงถึงทั้งขนาดและทิศทาง การกระจัดถูกกำหนดให้เป็นระยะทางที่สั้นที่สุดจากตำแหน่งเริ่มต้นถึงตำแหน่งสุดท้ายของวัตถุ และวัดในหน่วยเดียวกันกับระยะทาง

\( \textrm{ระยะทาง} = \textrm{ความยาวเส้นทางทั้งหมดที่ครอบคลุม} \) \( \textrm{การกระจัด} = \textrm{ตำแหน่งสุดท้าย} - \textrm{ตำแหน่งเริ่มต้น} \)

ความเร็วและความเร็ว

ความเร็วคือปริมาณสเกลาร์ที่อธิบายว่าวัตถุเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน มันถูกกำหนดให้เป็นระยะทางที่เดินทางต่อหน่วยเวลา หน่วยความเร็วมาตรฐานคือ เมตรต่อวินาที (m/s)

ความเร็วซึ่งคล้ายกับการกระจัดคือปริมาณเวกเตอร์ อธิบายอัตราการเปลี่ยนแปลงของการกระจัดและรวมทั้งขนาด (ความเร็ว) และทิศทาง ความเร็วสามารถคำนวณได้โดยการหารการกระจัดด้วยช่วงเวลาที่เกิดการเปลี่ยนแปลงตำแหน่ง

\( \textrm{ความเร็ว} = \frac{\textrm{ระยะทาง}}{\textrm{เวลา}} \) \( \textrm{ความเร็ว} = \frac{\textrm{การกระจัด}}{\textrm{เวลา}} \)

การเร่งความเร็ว

ความเร่งเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่อธิบายอัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็ว โดยจะระบุว่าวัตถุเร่งความเร็ว ช้าลง หรือเปลี่ยนทิศทางได้เร็วแค่ไหน หน่วยมาตรฐานของความเร่งคือ เมตรต่อวินาทียกกำลังสอง (m/s \(^2\) )

\( \textrm{การเร่งความเร็ว} = \frac{\textrm{การเปลี่ยนแปลงความเร็ว}}{\textrm{เวลา}} \)

สมการการเคลื่อนที่

การเคลื่อนที่ของวัตถุสามารถอธิบายได้อย่างแม่นยำโดยใช้ชุดสมการที่เรียกว่าสมการการเคลื่อนที่ สมการเหล่านี้ใช้กับวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่ตามแนวเส้นตรง มีสมการการเคลื่อนที่หลักสามประการ:

1. \(v = u + at\) 2. \(s = ut + \frac{1}{2}at^2\) 3. \(v^2 = u^2 + 2as\)

โดยที่: - \(v\) คือความเร็วสุดท้าย - \(u\) คือความเร็วเริ่มต้น - \(a\) คือความเร่ง - \(t\) คือเวลา และ - \(s\) คือการกระจัด

ตัวอย่างการเคลื่อนที่เชิงเส้น: รถกำลังเร่งความเร็วบนถนนเส้นตรง

พิจารณารถยนต์ที่เริ่มจากจอดนิ่งที่สัญญาณไฟจราจรและเร่งความเร็วคงที่ \(3 \, \textrm{นางสาว}^2\) เป็นเวลา \(5\) วินาที เราสามารถใช้สมการการเคลื่อนที่เพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของรถได้

ให้ไว้: - ความเร็วเริ่มต้น ( \(u\) ) = \(0 \, \textrm{นางสาว}\) , - ความเร่ง ( \(a\) ) = \(3 \, \textrm{นางสาว}^2\) , - เวลา ( \(t\) ) = \(5 \, \textrm{ส}\)

การใช้ \(v = u + at\) ความเร็วสุดท้ายของรถ ( \(v\) ) สามารถคำนวณได้ดังนี้:

\( v = 0 + (3 \times 5) = 15 \, \textrm{นางสาว} \)

ในการค้นหาการกระจัด ( \(s\) ) เราใช้ \(s = ut + \frac{1}{2}at^2\) :

\( s = (0 \times 5) + \frac{1}{2} \times 3 \times (5^2) = 37.5 \, \textrm{ม} \)

ตัวอย่างนี้สาธิตวิธีการอธิบายและคำนวณการเคลื่อนที่เชิงเส้นของรถยนต์โดยใช้แนวคิดและสมการทางกายภาพขั้นพื้นฐาน

บทสรุป

การเคลื่อนที่เชิงเส้นเป็นแนวคิดหลักในฟิสิกส์ที่ให้ความเข้าใจพื้นฐานว่าวัตถุเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงอย่างไร จากการศึกษาการเคลื่อนที่เชิงเส้น เราสามารถอธิบายและทำนายการเคลื่อนที่ของวัตถุโดยใช้ระยะทาง การกระจัด ความเร็ว ความเร็ว และความเร่ง สมการการเคลื่อนที่เป็นชุดเครื่องมืออันทรงพลังสำหรับการคำนวณแง่มุมต่างๆ ของการเคลื่อนที่เชิงเส้นสำหรับวัตถุภายใต้ความเร่งคงที่