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

เอนไซม์ ผู้ช่วยในระบบต่างๆ ของร่างกายเรา

เอนไซม์ นับว่าเป็นสารชีวโมเลกุลภายในเซลล์ที่สำคัญต่อการมีชีวิต ของทุกชีวิต เอนไซม์ (Enzyme) คือ สารชีวโมเลกุล (Biomolecule) ที่ประกอบขึ้นจากกลุ่มของโปรตีนชนิดต่าง ๆ มีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ส่งเสริมให้กระบวนการต่าง ๆ ภายในร่างกายไม่ว่าจะเป็นกระบวนการสันดาป (Metabolism) กระบวนย่อยสลายสสารและโมเลกุลเพื่อพลังงาน (Catabolism) หรือกระบวนการสังเคราะห์สารต่าง ๆ (Anabolism) ของสิ่งมีชีวิตดำเนินไปอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด เอนไซม์เปรียบเสมือนกุญแจสำคัญที่ส่งเสริมการมีชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่ไซนาโนแบคทีเรีย จนถึงสัตว์เลี้ยงลูกกด้วยนม อีกความหมายหนึ่งคือ ถ้าหากสิ่งมีชีวิตขาดเอนไซม์ ร่างกายของจะอ่อนแอลงเรื่อยๆ และตายในที่สุด ดังนั้น เอนไซม์จึงเปรียบเหมือนผู้ช่วยในระบบต่างๆ ของร่างกาย ทำหน้าที่ ช่วยเร่งปฏิกิริยาเคมีที่จำเพาะ (Specific catalyst) ซึ่งจะทำงานร่วมกับสารชีวเคมีอื่น ได้แก่ โคเอนไซม์ (Co-enzymes) ซึ่งร่างกายได้รับจากสารอาหารจำพวกพวก วิตามิน และแร่ธาตุที่จำเป็นต่อร่างกาย แต่ถ้ามีเฉพาะวิตามิน และแร่ธาตุนั้น จะไม่สามารถกระตุ้นการทำงานภายในเซลล์ได้ หากไม่ได้ทำงานร่วมกับเอนไซม์ บทบาทหน้าที่และหลักการทำงานของเอนไซม์ เอนไซม์เปรียบเสมือนกุญแจสำคัญที่ส่งเสริมการมีชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ทำหน้าที่ย่อยสลายและช่วยดูดซึมสารอาหาร ส่งเสริมให้ปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ ดำเนินไปอย่างสมดุล เพื่อร่างกายดำรงอยู่ได้อย่างไม่เสื่อมถอยหรือเกิดโรคภัยไข้เจ็บที่ส่งผลถึงชีวิต ดังนั้น เอนไซม์จึงทำหน้าที่เสมือนผู้ช่วยของระบบภายในต่าง […]

Multiverse – นิยามของ ‘พหุภพ’ และหลักฐานการมีอยู่

Multiverse ยังมีอะไรอยู่นอกเหนือจากขอบเขตจักรวาลที่เรามองเห็น? เป็นไปได้หรือไม่ว่าจักรวาลของเราเป็นเพียงส่วนหนึ่งของพหุภพที่ใหญ่กว่านี้ เพียงแค่เรื่องราวภาพยนตร์ไม่อาจสำรวจตรวจสอบคำถามเหล่านี้ได้ ตั้งแต่ภาพยนตร์ยอดมนุษย์ฟอร์มยักษ์อย่าง Dr.Strange in the Multiverse of Madness ไปจนถึงภาพยนตร์อินดี้ในดวงใจอย่าง Everything Everywhere All in One เรื่องราวในนิยายวิทยาศาสตร์ต่างก็เต็มไปด้วยปฏิสัมพันธ์อันสร้างสรรค์ระหว่างความเป็นจริงทางเลือก ขึ้นอยู่กับว่าคุณจะถามนักจักรวาลวิทยาคนใด แนวความคิดของ Multiverse หรือพหุภพเป็นมากกว่าจินตนาการล้วนๆ หรือเรื่องเล่าง่ายๆ แนวคิดของมนุษยชาติเกี่ยวกับความเป็นจริงทางเลือกนั้นเก่าแก่และหลากหลาย ในปี 1848 Edgar Allan Poe เขียนบทกวีร้อยแก้วที่เขาจินตนาการถึงการมีอยู่ของ ‘การรับช่วงต่อของจักรวาลไร้ขอบเขต’ หากแต่แนวความคิดของพหุภพเริ่มต้นขึ้นจริงๆ เมื่อทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่พยายามอธิบายคุณสมบัติของจักรวาลซึ่งทำนายการมีอยู่ของจักรวาลอื่นๆ ที่ซึ่งเกิดขึ้นนอกเหนือจากความเป็นจริงของพวกเรา “การเข้าใจความเป็นจริงของพวกเรายังไม่สมบูรณ์” Andrei Linde นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดกล่าว “ความจริงยังคงดำรงอยู่อย่างเป็นอิสระจากพวกเรา” แล้วหากมีจริง จักรวาลเหล่านี้จะถูกแบ่งแยกออกจากจักรวาลของเรา เข้าถึงไม่ได้ และตรวจไม่พบโดยมาตราวัดโดยตรงใดๆ (อย่างน้อยก็จนถึงตอนนี้) และนั่นทำให้ผู้เชี่ยวชาญบางคนตั้งคำถามว่า สามารถเรียกพหุภพว่าเป็นวิทยาศาสตร์แท้ได้หรือไม่?” นักวิทยาศาสตร์จะรู้หรือไม่ว่า จักรวาลของพวกเราเป็นจักรวาลเพียงหนึ่งเดียว? เราแยกย่อยทฤษฎีต่างๆ เกี่ยวกับพหุภพที่อาจเป็นไปได้ ซึ่งรวมถึงจักรวาลอื่นๆ ด้วยกฎฟิสิกส์ของแต่ละแห่ง และเรื่องราวในแบบฉบับของคุณอาจจะอยู่ตรงนั้นด้วย   พหุภพ […]

กลุ่มดาวคนคู่ (Gemini) หรือดาวฝาแฝด

กลุ่มดาวคนคู่ (Gemini) เป็น 1 ใน 88 กลุ่มดาวสากล (Constellations) ของโลก และเป็นหนึ่งในสมาชิกกลุ่มดาวจักรราศี (Zodiac) บนซีกฟ้าเหนือ หรือที่เรารู้จักกันในนามของ “กลุ่มดาวราศีเมถุน” ครอบคลุมพื้นที่ราว 514 ตารางองศาหรือมีขนาดใหญ่เป็นลำดับที่ 30 ของกลุ่มดาวสากลทั้งหมด กลุ่มดาวคนคู่ยังเป็นกลุ่มดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดกลุ่มหนึ่งในน่านฟ้าโลก โดยสามารถพบเห็นได้ตั้งแต่ในช่วงฤดูหนาวไปจนถึงฤดูใบไม้ผลิของฝั่งซีกโลกเหนือ หรือระหว่างเดือนธันวาคมถึงเดือนพฤษภาคม ขณะที่บนท้องฟ้าฝั่งซีกโลกใต้สามารถพบเห็นกลุ่มดาวคนคู่ได้เช่นเดียวกัน โดยเฉพาะในช่วงฤดูร้อน อ่านเพิ่มเติมเรื่อง การศึกษากลุ่มดาว นอกจากนี้ กลุ่มดาวคนคู่ยังเป็น 1 ใน 48 กลุ่มดาวดั้งเดิมที่ถูกจารึกอยู่ในบันทึกของปโตเลมี (Ptolemy) ในช่วงศตวรรษที่สอง เช่นเดียวกับกลุ่มดาวแมงป่อง (Scorpius) ซึ่งถูกทำการสำรวจมาตั้งแต่ในยุคอารยธรรมแรกเริ่มของมนุษยชาติ เป็นกลุ่มดาวที่ถูกบันทึกอยู่ในคัมภีร์ฤคเวท หรือ “พระเวท” ของอินเดียเมื่อราว 3,500 ปีก่อน โดยทั้งในอารยธรรมตะวันออกและตะวันตก ผู้คนเรียกขานกลุ่มดาวกลุ่มนี้ว่า “ดาวฝาแฝด” (Twins) องค์ประกอบของกลุ่มดาวคนคู่ กลุ่มดาวคนคู่ ประกอบไปด้วยดาวฤกษ์สุกสว่างหลายสิบดวง เรียงตัวกันจนมีลักษณะคล้ายมนุษย์สองคนจับมือกัน โดยมี “ดาวพอลลักซ์” (Pollux) และ […]