การเคลื่อนที่แนวตรง

1. ลักษณะการเคลื่อนที่

ในธรรมชาติมีการเคลื่อนที่หลายลักษณะ เช่น รถยนต์แล่นไปตามถนน การหมุนของวงล้อจักรยานการกระเพื่อมขึ้นลงของผิวน้ำ การเคลื่อนที่ทั้งหลายเหล่านี้ล้วนเกี่ยวข้องกับตำแหน่งและการเปลี่ยนตำแหน่งในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ ถ้าเป็นกรณีรถยนต์แล่นไปตามถนนลักษณะที่จะเกี่ยวกับตำแหน่งและการเปลี่ยนตำแหน่งของรถยนต์ เป็นต้น

การเคลื่อนที่ของวัตถุต่าง ๆ สามารถแบ่งเป็นการเคลื่อนที่แบบเลื่อนที่และการเคลื่อนที่แบบหมุนอนุภาค สามารถเคลื่อนที่แบบเลื่อนที่ได้เท่านั้นโดยไมส่ ามารถเคลื่อนที่แบบหมุน แต่วัตถุแข็งเกร็งจะสามารถเคลื่อนที่แบบเลื่อนที่และแบบหมุน

รูปที่ 1

การศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุในธรรมชาติแบ่งเป็นการศึกษาใน 2 ลักษณะ คือ kinematics และ dynamics สำหรับ kinematics เป็นการศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุโดยไม่คำนึงถึงสาเหตุที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไป สำหรับ dynamics จะเป็นการศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุโดยศึกษาถึงสาเหตุที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไป สำหรับการศึกษาในบทนี้จะเป็นการศึกษาในแนวของ kinematics และในบทที่ 7 เรื่องเกี่ยวกับนิวตันจะเป็นการศึกษาในแนวของ dynamics

2. ระยะทางการเคลื่อนที่

ระยะทาง หมายถึง ระยะที่วัตถุเคลื่อนที่ได้จริง ๆ โดยจะต้องตำแหน่งเริ่มต้นของวัตถุ ตำแหน่งสุดท้ายของวัตถุและเส้นทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ ระยะทางเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็น เมตร (m)

3. อัตราของวัตถุ

อัตราเร็ว หมายถึง ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา เป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที

พิจารณาการเคลื่อนที่ของรถยนต์คันหนึ่งในแนวตรง ดังรูป

รูปที่ 2

เมื่อสิ้นสุดเวลา t₁ วินาที หรือ ณ เวลา t₁ รถยนต์เคลื่อนที่ได้ระยะทาง x₁ จากจุดเริ่มต้น และเมื่อสิ้นสุดเวลา t₂ วินาที หรือ ณ เวลา t₂ รถยนต์เคลื่อนที่ได้ระยะทาง x₂ จากจุดเริ่มต้น และการเคลื่อนที่ตำแหน่งเดิมต่อไปเรื่อย ๆ

อัตราเร็วเฉลี่ย หมายถึง อัตราส่วนระหว่างระยะทางทั้งหมดที่เคลื่อนที่ได้กับช่วงเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่นั้นโดยจะเขียนได้ว่า

สมการที่ 1

เช่น จากรูป ถ้า v₁₂ เป็นอัตราเร็วเฉลี่ยในช่วงเวลาที่รถยนต์เคลื่อนที่จาก t₁ ถึง t₂ เราจะได้ตามสมการที่ 1 เป็น

อัตราเร็วขณะหนึ่ง หมายถึง อัตราเร็วของการเคลื่อนที่ของวัตถุ ณ เวลาที่พิจารณา เช่น จากการเคลื่อนที่ของรถยนต์ ดังรูปที่ 2 เราได้กราฟระยะทางกับเวลา เป็น ดังรูปที่ 3 ถ้าต้องการหาอัตราเร็วของเวลา t สามารถหาได้จากสมการที่ 1 โดยให้เวลา t เป็นจุดกึ่งกลางของช่วงเวลา Δt และต้องคิดที่กรณีที่Δt มีค่าน้อยมา

รูปที่ 3