การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ และวงกลม มีลักษณะและหลักการอย่างไร

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ และวงกลม

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ และวงกลม เป็นการเคลื่อนที่รูปแบบหนึ่งของวัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้นโดยมีการเคลื่อนที่ไปพร้อมกันทั้ง 2 มิติ

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ (Projectile Motion)  คือ การเคลื่อนที่ของวัตถุในวิถีโค้ง ซึ่งประกอบด้วยการเคลื่อนที่ในแนวระดับจากแรงกระทำต่อวัตถุและการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งจากอิทธิพลของแรงดึงดูดโลก ซึ่งก่อให้เกิดการเคลื่อนที่ของวัตถุอย่างอิสระไปพร้อมกันในทั้ง 2 มิติ เช่น การเคลื่อนที่ของวัตถุที่ถูกขว้างออกไปในอากาศ หรือการยิงลูกธนูไปยังเป้าหมาย

ลักษณะทั่วไปของ การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์

  • มีแนวการเคลื่อนที่วิถีโค้งแบบ “พาราโบลา” (Parabola)
  • มีการกระจัดใน 2 ลักษณะเกิดขึ้นที่ในเวลาเดียวกันและเป็นอิสระต่อกันคือ การกระจัดในแนวระดับ คือ การเคลื่อนที่ของวัตถุภายใต้ความเร็วคงที่ในแนวราบ วัตถุต้องมีความเร็วเริ่มต้นหรือได้รับแรงกระทำจากภายนอก และการกระจัดในแนวดิ่ง คือ การเคลื่อนที่ของวัตถุภายใต้ความเร่งคงที่ จากแรงโน้มถ่วงของโลก เช่นเดียวกับการตกอย่างเสรีของวัตถุในอากาศ
  • วัตถุใช้เวลาในการเคลื่อนที่ทั้งในแนวระดับและในแนวดิ่งเท่ากัน

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์

ข้อเท็จจริงจากการทดลอง

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ประกอบด้วยการเคลื่อนที่ในระดับและแนวดิ่งที่เป็นอิสระต่อกัน ซึ่งมีความหมายว่าความเร็วเริ่มต้นในแนวระดับ ไม่มีผลต่อการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งแต่อย่างใด หากทำการทดลองโดยการปล่อยวัตถุตกลงสู่พื้นในแนวดิ่งและขว้างวัตถุออกไปในแนวระนาบ ณ ที่ระดับความสูงเดียวกัน ไม่ว่าจะเป็นการขว้างด้วยแรงกระทำเท่าใด วัตถุดังกล่าวจะตกถึงพื้นพร้อมกันเสมอ 

ดังนั้น จึงสามารถสรุปได้ว่า การเคลื่อนที่ของวัตถุแบบโพรเจกไทล์ เกิดขึ้นจากแรงดึงดูดของโลกเพียงแรงเดียว โดยมีขนาดของความเร็วเริ่มต้นและมุมกระทบที่ส่งผลต่อระยะทางการเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวระดับ

การเคลื่อนที่แบบวงกลม (Circular Motion) คือ การเคลื่อนที่ 2 มิติ ในอีกลักษณะหนึ่งของวัตถุ โดยมีรูปแบบการเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบจุดศูนย์กลาง จากแรงกระทำภายนอกที่ดึงดูดวัตถุเข้าหาศูนย์กลางของวงกลม จึงทำให้วัตถุซึ่งกำลังเคลื่อนที่ในแนวตรงมีการหักเหของทิศทางเป็นวงกลมในลักษณะเท่า ๆ กันรอบศูนย์กลาง เช่น การโคจรของดวงจันทร์หรือดาวเทียมรอบโลก

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์

ลักษณะทั่วไปของการเคลื่อนที่แบบวงกลม

  • มีทิศทางของแรงกระทำหรือความเร่งของวัตถุที่เปลี่ยนแปลงไปตลอดการเคลื่อนที่ โดยแรงดังกล่าวจะมีทิศตั้งฉากกับแนวการเคลื่อนที่ของวัตถุหรือมีทิศอยู่ในแนวรัศมีของวงกลมที่วัตถุเคลื่อนที่ตลอดเวลา
  • การเคลื่อนที่แบบวงกลมสม่ำเสมอ (Uniform Circular Motion) คือ การเคลื่อนที่แบบวงกลมที่มีอัตราเร็วคงที่และสม่ำเสมอ แต่มีทิศทางการเคลื่อนที่ซึ่งเปลี่ยนแปลงไปทีละน้อย
  • แรงกระทำต่อวัตถุที่มีทิศทางเข้าหาศูนย์กลางของแนววงกลมเรียกว่า “แรงสู่ศูนย์กลาง” (Centripetal Force) 
  • โดยทั่วไป วัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมจะเกิดความเร่ง 2 แนว คือ ความเร่งแนวเส้นสัมผัสวงกลมและความเร่งแนวรัศมีหรือความเร่งสู่ศูนย์กลาง แต่ถ้าหากวัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วคงที่ เช่น การเคลื่อนที่เป็นวงกลมในแนวระนาบจะเกิดความเร่งสู่ศูนย์กลางเพียงแนวเดียว
  • ลักษณะเฉพาะของการเคลื่อนที่แบบวงกลม คือ 
    • ระยะเวลาที่วัตถุใช้ในการเคลื่อนที่ครบ 1 รอบ เรียกว่า “คาบ” (Period) ใช้สัญลักษณ์ “T” มีหน่วยเป็นวินาทีต่อรอบหรือวินาที
    • จำนวนรอบที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ใน 1 หน่วยเวลา เรียกว่า “ความถี่” (Frequency) ใช้สัญลักษณ์ “f” มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที หรือ เฮิรตซ์ (Hz)
    • อัตราเร็วเชิงมุม (ω) คือ อัตราส่วนของมุมที่วัตถุเคลื่อนที่เบี่ยงเบนไปจากแนวเดิม หรือ มุมที่รัศมีกวาดไปได้ใน 1 วินาทีมีหน่วยเป็นเรเดียนต่อวินาที
    • อัตราเร็วเชิงเส้น (v) คือ ระยะทางหรือความยาวของเส้นโค้งที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในเวลา 1 วินาที มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ

ข้อมูลอ้างอิง

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://www.scimath.org/lesson-physics/item/9414-2018-11-14-08-28-11

มหาวิทยาลัยมหิดล – https://il.mahidol.ac.th/e-media/ap-physics1/lesson1_41.html

ทรูปลูกปัญญา – https://www.trueplookpanya.com/learning/detail/34116

BBC – https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zrsdmp3/revision/1


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : การกำเนิดแหล่งน้ำ

เรื่องแนะนำ

ฝนหิมะ (Sleet)

ฝนหิมะ หนึ่งในหยาดน้ำฟ้า ที่มักปรากฏขึ้นในฤดูหนาว ซึ่งก่อตัวขึ้นจากการผกผันของอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศโลกที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะกลับไปมาของหยาดน้ำฟ้าอย่างรวดเร็ว จากเกล็ดหิมะละลายกลายเป็นน้ำฝนและเย็นตัวลงจนเปลี่ยนสถานะกลับไปเป็นน้ำแข็งอีกครั้ง ก่อนตกลงสู่พื้นดิน ฝนหิมะ (Sleet) หรือ “ฝนน้ำแข็ง” คือ หนึ่งในหยาดน้ำฟ้า (Precipitations) ที่มักปรากฏขึ้นในฤดูหนาว มีลักษณะเป็นก้อนน้ำแข็งกลมมนขนาดเล็ก ซึ่งก่อตัวขึ้นจากการผกผันของอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศโลกที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะกลับไปมาของหยาดน้ำฟ้าอย่างรวดเร็ว ขณะลอยตัวอยู่ในอากาศเหนือพื้นดิน จากเกล็ดหิมะละลายกลายเป็นน้ำฝนและเย็นตัวลงจนเปลี่ยนสถานะกลับไปเป็นน้ำแข็งอีกครั้ง ก่อนตกลงสู่พื้นดิน “ฝนหิมะ” จึงมีคุณสมบัติแตกต่างจากหยาดน้ำฟ้าในฤดูหนาวอื่น ๆ ไม่ว่าจะเป็นหิมะ (Snow) ลูกเห็บ (Hail) หรือฝนเยือกแข็ง (Freezing Rain) การเกิดฝนหิมะ ฝนหิมะก่อตัวขึ้นจากกระบวนการทางธรรมชาติเช่นเดียวกับหยาดน้ำฟ้าประเภทอื่น ๆ จากปรากฏการณ์อุณหภูมิผกผัน (Temperature Inversion) ในชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งโดยปกติแล้ว อุณหภูมิในชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์ (Troposphere) จะลดลงตามระดับความสูงเหนือพื้นดินในอัตรา 6.5 องศาเซลเซียสต่อความสูงทุก 1 กิโลเมตร แต่เมื่อเกิดการแทรกตัวของกระแสอากาศหรือมวลอากาศอุ่น (Warm Air Mass) ท่ามกลางมวลอากาศที่เย็นกว่าที่รายล้อมอยู่โดยรอบ ไม่ว่าจะมีสาเหตุมาจากลักษณะภูมิประเทศของพื้นที่ดังกล่าวหรือเกิดจากการเย็นตัวช้าลงของพื้นแผ่นดินในฤดูหนาว ต่างส่งผลให้ลำดับชั้นของอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศ เกิดความแปรปรวนไปจากสภาวะปกติ ฝนหิมะจึงก่อตัวขึ้นในสภาวะแวดล้อมเช่นนี้ที่ในชั้นบรรยากาศโลกมีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส […]

เจาะลึกโควิด-19 สายพันธุ์ เดลตา ไวรัสสุดอันตรายที่ทั่วโลกยากจะรับมือ

รายงานฉบับใหม่เผยว่ามีเพียงการได้รับวัคซีนโควิด-19 ครบสองโดส จึงสามารถป้องกันไวรัสโควิด – 19 สายพันธุ์ เดลตา ซึ่งกำลังระบาดอย่างหนักในสหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร และอีกหลายสิบประเทศได้ ประชากรในสหรัฐฯ ได้รับวัคซีนโควิด-19 ครบสองโดส เพียงร้อยละ 48 ในขณะที่ประเทศอื่น ๆ ต่างดิ้นรนจัดหาวัคซีน ผู้เชี่ยวชาญด้านสาธารณะสุขต่างกังวลว่า โควิด – 19 สายพันธุ์ เดลตา ซึ่งอันตรายที่สุดและแพร่ระบาดได้เร็วที่สุดในขณะนี้ จะทำให้มีผู้ที่ติดเชื้อและมีผู้เสียชีวิตมากที่สุดทั้งในสหรัฐฯ และทั่วโลก โควิด-19 สายพันธุ์ เดลตา ตรวจพบครั้งแรกที่ประเทศอินเดีย และแพร่ระบาดภายทั้งในและนอกประเทศ มากกว่า 90 ประเทศ โดยพบผู้ติดเชื้อมากในอินเดีย สหราชอาณาจักร รัสเซีย อิสราเอล สิงคโปร์ และอีกกว่า 12 ประเทศ สายพันธุ์เดลตามีอัตราการแพร่กระจายมากกว่าสายพันธุ์อัลฟา ที่มีการตรวจพบครั้งแรกในอังกฤษ มากถึงร้อยละ 60 “นี่เป็นสายพันธุ์ที่แพร่กระจายเป็นวงกว้างได้อย่างรวดเร็ว มันเป็นปัญหามากเลยละครับ” เอริก โทโพล ผู้ก่อตั้งและผู้อำนวยการของสถาบัน  Scripps Research Translational […]

กำจัดเชื้อไวรัสด้วยสารสกัดจากธรรมชาติ

หนึ่งในทางเลือกสำหรับการ กำจัดเชื้อไวรัส ในช่วงที่เชื้อกำลังแพร่ระบาด สถานการณ์การแพร่ระบาดของโรค COVID-19 ขณะนี้ยังคงต้องเฝ้าระวังและหามาตรการป้องกันอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะสถานที่และบริเวณต่างๆ ที่เป็นจุดเสี่ยงและมีโอกาสปนเปื้อนเชื้อไวรัส SARS-CoV-2 สาเหตุของการก่อโรค ซึ่งหนึ่งในมาตรการป้องกันโรคคือการทำความสะอาด ฉีดพ่น กำจัดเชื้อไวรัส และเชื้อโรค เพื่อป้องกันการแพร่ระบาดของไวรัส ทั้งภายในอาคารผู้โดยสารสนามบิน โรงแรมที่พัก รถขนส่งสาธารณะ และสถานที่จัดประชุมต่างๆ ที่มีประชาชนเข้าร่วมงานจำนวนมาก เพื่อสร้างความมั่นใจในความปลอดภัยให้กับประชาชนและเจ้าหน้าที่ผู้ปฏิบัติงาน ผลิตภัณฑ์ คีนน์ เจิม คิลเลอร์ บลัด สเกล แอนด์ ออยล์ รีมูฟเวอร์ (KEEEN Germ Killer Blood, Scale & amp; Oil Remover) หรือน้ำยาฆ่าเชื้อ ผสมสารสกัดจากธรรมชาติ (Natural Disinfectant) จากบริษัท คีนน์ (KEEEN) จำกัด คือผลิตภัณฑ์นวัตกรรมที่มีความสามารถในการฆ่าเชื้อโรค ทั้งแบคทีเรีย เชื้อรา และเชื้อไวรัส โดยผ่านการรับรองมาตรฐานในระดับสากล และเป็นหนึ่งใน ‘ผลิตภัณฑ์ในบัญชีนวัตกรรมไทย’ ซึ่งมี […]

มองโลกจากดวงจันทร์ ผ่านดวงตาของ “คะงุยะ”

ภาพถ่ายโดย JAXA,NHK เรื่อง วิกตอเรีย แจ็กการ์ด ยานสำรวจดวงจันทร์คะงุยะ (Kaguya (Selene) lunar orbiter หรือยานซีลีนี)  ของญี่ปุ่นที่ได้ชื่อจากเจ้าหญิงคะงุยะและขึ้นสู่อวกาศเมื่อปี 2007 พร้อมกล้องทีวีความชัดสูงสองตัว จับภาพอันงดงามตรึงตราของโลกไว้ได้ แม้ภารกิจนี้จะเสร็จสิ้นลงไปแล้วในปี 2009 แต่เมื่อช่วงปลายปี 2016 ที่ผ่านมา องค์การอวกาศของญี่ปุ่นได้เผยแพร่ภาพถ่ายที่ยานคะงุยะถ่ายไว้ได้ ซึ่งบางภาพไม่เคยมีการเผยแพร่สู่สาธารณชนมาก่อน นิทานเรื่องเจ้าหญิงคะงุยะถือกำเนิดขึ้นในศตวรรษที่สิบ เป็นเรื่องราวของคนตัดไม้ไผ่ที่พบเด็กหญิงผู้งดงามหมดจดในลำไม้ไผ่และเลี้ยงดูเธอเหมือนลูกในไส้ และต่อมาพบว่าเธอคือพเทพีจันทรา ซึ่งหวนกลับคืนสู่สรวงสวรรค์ไปหาวงศ์วานของเธอในที่สุด ภาพถ่ายจากกล้องของยานที่ได้รับชื่ออันเหมาะสมลำนี้ทำให้เราเห็นภาพอันน่าประทับใจของโลกจากดวงจันทร์ มีภาพที่โลกเราขึ้น ลง และส่องสว่างเป็นเสี้ยวโดยมีฉากหลังสีดำสนิทของอวกาศเป็นพื้นหลัง นอกจากนี้ ยานคะงุยะยังบรรทุกอุปกรณ์ที่ใช้ในการศึกษาองค์ประกอบและโครงสร้างของดวงจันทร์ เพื่อช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า ดวงจันทร์ก่อตัวขึ้นมาได้อย่างไร และเราต้องใช้ทรัพยากรอะไรบ้างในการสำรวจดวงจันทร์ในอนาคต