ในโลกทางกายภาพ ปรากฏการณ์ที่พบบ่อยที่สุดอย่างหนึ่งคือการเคลื่อนไหว สาขาวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของวัตถุเคลื่อนที่เรียกว่า 'กลศาสตร์'
กลศาสตร์แบ่งออกเป็นสองส่วนเพิ่มเติม - จลนศาสตร์และพลศาสตร์
จลนศาสตร์เกี่ยวข้องกับการศึกษาการเคลื่อนไหวโดยไม่คำนึงถึงสาเหตุของการเคลื่อนไหว
พลวัตเกี่ยวข้องกับสาเหตุของการเคลื่อนไหว กล่าวคือ แรง
การเคลื่อนไหวหมายถึงการเคลื่อนไหว วัตถุจะเคลื่อนที่ได้หากเปลี่ยนตำแหน่งตามสภาพแวดล้อมในช่วงเวลาที่กำหนด กล่าวได้ว่าวัตถุจะอยู่นิ่งหากไม่เปลี่ยนตำแหน่งตามสภาพแวดล้อม กรอบอ้างอิงเป็นวัตถุหรือฉากอื่นที่เราเปรียบเทียบตำแหน่งของวัตถุที่กำหนด
การเคลื่อนที่แต่ละประเภทถูกควบคุมโดยแรงประเภทต่างๆ
เมื่อวัตถุครอบคลุมระยะทางเท่ากันในช่วงเวลาเท่ากัน กล่าวกันว่ามีการเคลื่อนที่สม่ำเสมอ การเคลื่อนที่สม่ำเสมอคือการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ในแนวเส้นตรง ตัวอย่าง: ลูกบอลกลิ้ง
เมื่อวัตถุครอบคลุมระยะทางไม่เท่ากันในช่วงเวลาเท่ากัน เรียกว่ามีการเคลื่อนที่ไม่สม่ำเสมอ
การเคลื่อนไหวที่ไม่สม่ำเสมอคือการเคลื่อนไหวที่ไม่มีรูปแบบที่ชัดเจนในการเคลื่อนไหว ตัวอย่าง: ผึ้งบิน
การเคลื่อนไหวพื้นฐานมีสองประเภท: การแปลและการหมุน
การแปลหมายถึงการเคลื่อนที่ไปตามเส้นทาง
การหมุนหมายถึงการเคลื่อนที่รอบแกนคงที่ แกนเป็นจุดศูนย์กลางที่บางสิ่งหมุนรอบตัว
การเคลื่อนที่ของการแปลถูกกำหนดโดยแรงสุทธิ (ผลรวมของแรงต่างกัน) ที่กระทำต่อวัตถุ
การหมุนถูกกำหนดโดยแรงบิด แรงบิดคือแรงที่ทำให้เกิดการหมุนของวัตถุ
ประเภทของการเคลื่อนไหว
2. การเคลื่อนที่แบบหมุนคือการเคลื่อนที่ของวัตถุในเส้นทางวงกลมตามจุดที่กำหนดเป็นจุดศูนย์กลางที่กำหนด และการเคลื่อนที่เป็นไปตามเส้นรอบวงของเส้นทางที่ระยะห่างปกติจากจุดศูนย์กลาง การเคลื่อนไหวประเภทนี้เป็นจุดเริ่มต้นของกลไกต่างๆ ตัวอย่าง: วงล้อหมุน
3. การเคลื่อนที่แบบลูกสูบคือการเคลื่อนไหวไปมา ตัวอย่าง: การขึ้นและลงของ yo-yo
4. การเคลื่อนที่แบบสั่นเป็นการเคลื่อนที่แบบลูกสูบซึ่งมีองค์ประกอบของการเคลื่อนที่แบบหมุนเหมือนการแกว่ง การสั่นอาจเป็นการเคลื่อนที่เป็นช่วงๆ ที่ทำซ้ำตัวเองในวัฏจักรปกติหรือช่วงเวลาเท่ากัน เช่น เก้าอี้โยกหรือการสั่นของลูกตุ้มในนาฬิกา ลูกตุ้มที่แกว่งจากจุดยึดคงที่และลากส่วนโค้งเป็นตัวอย่างคลาสสิกของการเคลื่อนที่แบบสั่น สปริงเกลอร์หรือพัดลมแบบสั่นทำสิ่งเดียวกัน ยกเว้นว่าสิ่งเหล่านี้สั่นในระนาบแนวนอนมากกว่าระนาบแนวตั้งและขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์มากกว่าแรงโน้มถ่วง การเคลื่อนที่แบบสั่นอยู่รอบจุดสมดุลหรือค่าเฉลี่ย
ความผันผวนมีสามตัวแปร:
บ่อยครั้งที่วัตถุเคลื่อนที่โดยการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อน การเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนสามารถแบ่งออกเป็นประเภทการเคลื่อนไหวที่ง่ายกว่า ตัวอย่างของการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนคือจานร่อนบินได้ การเคลื่อนที่ของจานร่อนประกอบด้วยการเคลื่อนที่เชิงเส้นและการเคลื่อนที่แบบหมุน
แรงเสียดทานและแรงโน้มถ่วงส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุ ทำให้การเคลื่อนที่ช้าลง
แรงเสียดทานซึ่งทำให้ร่างกายเคลื่อนที่ช้าลงและหยุดวัตถุเคลื่อนที่ในที่สุดเรียกว่าแรงเสียดทานจลน์ ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณผลักกล่องลงบนพื้น พลังงานส่วนหนึ่งของการผลักของคุณจะเคลื่อนกล่อง และพลังงานส่วนหนึ่งจะสูญเสียไปกับแรงเสียดทานจลนศาสตร์ ยิ่งพื้นผิวมีพื้นผิวน้อยเท่าใด วัตถุก็จะยิ่งเคลื่อนที่ได้ไกลขึ้นเท่านั้น สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากพื้นผิวเรียบมีแรงเสียดทานน้อยกว่า แรงเสียดทานได้รับผลกระทบจากพื้นผิวของทั้งพื้นผิวและวัตถุที่เคลื่อนที่
ระยะทางและการกระจัด
ระยะทางระหว่าง Terminal A ถึง Terminal B คือ 150 กม. รถบัสเดินทางจากสถานี A ไปยังสถานี B ระยะทางที่รถบัสครอบคลุมคือ 150 กม. ขณะเดินทางในเส้นทางเดียวกัน รถบัสจะกลับจากสถานี B ไปยังสถานี A ดังนั้น ระยะทางทั้งหมดที่รถบัสครอบคลุมระหว่างการเดินทางจาก A ไป B และจาก B ไปยัง A คือ 150 กม. + 150 กม. = 300 กม.
รถบัสที่เคลื่อนจาก A ไป B และอีกครั้งจาก B ไป A
ความเฉื่อยคืออะไร?
ความเฉื่อยหมายถึงความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ของการเคลื่อนไหว วัตถุทั้งหมดมีความเฉื่อย ยิ่งวัตถุมีมวลมากเท่าใด ความเฉื่อยก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น กฎการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งของนิวตันระบุว่าวัตถุที่เคลื่อนที่จะเคลื่อนที่ต่อไปในทิศทางเดียวกันและด้วยความเร็วเท่าเดิม นอกจากนี้ยังระบุด้วยว่าวัตถุที่อยู่นิ่งเว้นแต่จะมีแรงจากภายนอกมากระทำกับวัตถุเหล่านั้น เมื่อคนขับเบรกรถ รถจะช้าลง อย่างไรก็ตาม คนในรถจะขับต่อไปด้วยความเร็วเท่าเดิมเพราะความเฉื่อย เข็มขัดนิรภัยทำหน้าที่เป็นแรงผลักดันให้ผู้คนอยู่กับที่ เข็มขัดนิรภัยช่วยป้องกันไม่ให้ผู้คนได้รับบาดเจ็บเมื่อรถจอดกะทันหัน
Simple Harmonic Motion
การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย (SHM) เป็นการเคลื่อนที่แบบสั่น การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่ายมีสามสิ่ง โดยพื้นฐานแล้ว การเคลื่อนที่จะกลับสู่สมดุลเสมอ ตามเส้นทางเดียวกันและแกว่งไปมารอบสมดุล ผลลัพธ์ SHM เมื่อแรงหรือแรงบิดที่มีแนวโน้มที่จะคืนสมดุลนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการกระจัดจากสมดุลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการกระจัดจากสมดุล
ความเร็วคือระยะทางที่ครอบคลุมในเวลาที่กำหนด ความเร็ว = ระยะทาง/เวลา หน่วยความเร็ว SI คือ m/s ความเร็วเป็นปริมาณสเกลาร์
วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสม่ำเสมอหากครอบคลุมระยะทางเท่ากันในช่วงเวลาเท่ากัน
หากระยะทางที่ปกคลุมแตกต่างกันไปตามเวลา วัตถุดังกล่าวจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แปรผันได้
ความเร็วเฉลี่ยและความเร็วชั่วขณะ
เมื่อเราเดินทางด้วยยานพาหนะ ความเร็วของรถจะเปลี่ยนแปลงเป็นครั้งคราว ขึ้นอยู่กับสภาพถนนที่มีอยู่ ในสถานการณ์เช่นนี้ ความเร็วจะคำนวณโดยนำอัตราส่วนของระยะทางทั้งหมดที่รถเดินทางต่อไปยังเวลาทั้งหมดที่ใช้สำหรับการเดินทาง นี่เรียกว่าความเร็วเฉลี่ย
ความเร็วชั่วพริบตาคือความเร็วในช่วงเวลาใดก็ตามภายในช่วงเวลานั้น วัดด้วยมาตรวัดความเร็วแบบเรียลไทม์
ความเร็ว
ความเร็วถูกกำหนดให้เป็นระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งในหน่วยเวลาหรือความเร็วในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง
ความเร็ว = (ระยะทางที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางที่กำหนด)/เวลาที่ใช้
ความเร็วยังสามารถกำหนดเป็นอัตราการเปลี่ยนแปลงของการกระจัด
ความเร็วเป็นปริมาณเวกเตอร์
กล่าวกันว่าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสม่ำเสมอหากครอบคลุมระยะทางเท่ากันในช่วงเวลาเท่ากันในทิศทางที่กำหนด
กล่าวกันว่าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แปรผันได้ ถ้ามันเผยให้เห็นระยะทางที่ไม่เท่ากันในช่วงเวลาที่เท่ากัน และในทางกลับกันในทิศทางที่กำหนดหรือถ้ามันเปลี่ยนทิศทางของการเคลื่อนที่
อัตราเร่ง
ความเร่งถูกกำหนดให้เป็นอัตราการเปลี่ยนแปลงของความเร็วของวัตถุที่เคลื่อนที่ตามเวลา การเปลี่ยนแปลงนี้อาจเป็นการเปลี่ยนแปลงความเร็วของวัตถุหรือทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ หรือทั้งสองอย่าง
ความเร่ง = อัตราการเปลี่ยนแปลงของความเร็วตามเวลา
หน่วยความเร่ง SI คือ m/s 2
ความเร่งเป็นปริมาณเวกเตอร์
การเร่งความเร็วมีหลายประเภท:
