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

ดาวฤกษ์ขนาดใหญ่หายไป

การหายไปของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ สร้างความประหลาดใจให้กับนักดาราศาสตร์ หรือเหตุการณ์นี้อาจสร้างความรู้ใหม่ที่เราเคยเรียนรู้เกี่ยวกับวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ ภารกิจสำรวจดวงดาวด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ทางตอนใต้ของยุโรป (European Southern Observatory’s Very Large Telescope – VLT) นักดาราศาสตร์พบว่า “ดาวแปรแสงสีฟ้าที่สว่างมาก” (Luminous Blue Variables / LBVs) ใน “กาแล็กซีแคระคินแมน (Kinman Dwarf Galaxy)” หายไปจากการสำรวจ ในช่วงปี 2001 ถึง 2011 นักดาราศาสตร์ได้เก็บข้อมูลสเปกตรัมของกาแล็กซีแคระคินแมน ที่อยู่ห่างจากโลกออกไป 75 ล้านปีแสง เนื่องจากกาแล็กซีนี้มีขนาดเล็กและอยู่ไกลมาก จึงไม่สามารถศึกษาดาวฤกษ์แต่ละดวงในที่อยู่ในกาแล็กซีนี้ได้ ทำได้เพียงศึกษาสเปกตรัมโดยรวมของทั้งกาแล็กซี แต่อย่างไรก็ตาม ดาวฤกษ์ที่สว่างมากและมีคุณสมบัติที่แตกต่างจากดาวดวงอื่น จะปรากฏเอกลักษณ์อย่างเด่นชัดบนสเปกตรัมของกาแล็กซี นักดาราศาสตร์พบว่าในกาแล็กซีนี้มีดาวฤกษ์ประเภท “ดาวแปรแสงสีฟ้าที่สว่างมาก” (Luminous Blue Variables / LBVs) ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงระดับความสว่างอย่างมาก แต่ไม่มีคาบที่ชัดเจน สามารถสว่างได้มากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 2.5 ล้านเท่า และมีสเปกตรัมที่แตกต่างไปจากดาวฤกษ์สีฟ้าทั่ว ๆ ไป จนกระทั่งปี […]

รถสำรวจ ออปเพอร์จูนิที (Opportunity): ปิดตำนานกว่า 15 ปีกับภารกิจหาร่องรอยน้ำบนดาวอังคาร

หลังจากเงียบหายไปร่วมปี ล่าสุดปาฏิหาริย์ก็ไม่มีอยู่จริง เมื่อล่าสุด นาซา ได้ออกมาแถลงข่าวยืนยันแล้วว่าภารกิจสำรวจดาวอังคารของรถสำรวจ Opportunity (ออปเพอร์จูนิที) ได้สิ้นสุดลงอย่างเป็นทางการ

โควิด-19: ไม่ได้เกิดจากฝีมือมนุษย์

เชื้อโควิด-19 : โคโรนาไวรัส ที่เกิดจากกระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ผลการวิเคราะห์ลำดับสารพันธุกรรมของเชื้อโควิด-19 (SARS-CoV-2) และไวรัสชนิดอื่นๆ ที่สัมพันธ์กัน พบว่า เชื้อโควิด-19 ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการ เชื้อ SARS-CoV-2 หรือ เชื้อโควิด-19 เป็นเชื้อโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ พบการระบาดครั้งแรกที่เมืองอู่ฮั่นในประเทศจีน เมื่อปลายปีที่ผ่านมา และปัจจุบันกำลังแพร่ระบาดในหลายประเทศทั่วโลก ซึ่งเชื้ออาจเกิดจากผลของวิวัฒนาการตามธรรมชาติ “การเปรียบเทียบลำดับพันธุกรรมเพื่อระบุสายพันธุ์ของโคโรนาไวรัส เรามั่นใจว่าเชื้อ SARS-CoV-2 มีจุดกำเนิดผ่านกระบวนการทางธรรมชาติ” คริสเตียน แอนเดอร์สัน ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านภูมิคุ้มกันวิทยาและจุลชีววิทยา สถาบันวิจัยสคริปป์ ซึ่งเป็นผู้เขียนร่วมในงานวิจัยครั้งนี้ กล่าว โคโรนาไวรัสคือชื่อวงศ์ของไวรัสที่เป็นสาเหตุของอาการเจ็บป่วยที่เคยระบาดในอดีต เช่น โรคซาร์ (SARS) ที่เคยแพร่ระบาดในประเทศจีน และโรคเมอร์ส (MERS) ที่แพร่ระบาดในประเทศแถบตะวันออกกลาง เมื่อวันที่ 31 ธันวาคม ปีที่ผ่านมา เจ้าหน้าที่ในประเทศจีนแจ้งไปยังองค์การอนามัยโลก เกี่ยวกับการระบาดของโคโรนาไวรัสสายพันธุ์ใหม่ ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดอาการเจ็บป่วยแบบเฉียบพลัน โดยหลังจากนั้นได้ตั้งชื่อให้กับไวรัสชนิดใหม่คือ SARS-CoV-2 ภายหลังการระบาดไม่นาน นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนได้ถอดรหัสพันธุกรรมของเชื้อ SARS-CoV-2 ได้สำเร็จ และได้เผยแพร่ข้อมูลนี้ไปยังนักวิจัยทั่วโลก ผลงานของนักวิทยาศาสตร์ชาวจีนครั้งนี้ ได้รับการยอมรับว่าทำการค้นพบได้เร็วมาก เนื่องจากจำนวนผู้ติดเชื้อโควิด-19 […]