Uncategorized

ความเร็ว

Summary

ไขข้อสงสัย ความเร็ว กับ ความเร่ง ต่างกัน […]

ไขข้อสงสัย ความเร็ว กับ ความเร่ง ต่างกันอย่างไร

ความเร็ว

ความเร็ว และความเร่ง คือ แนวคิดหลักสองอย่าง เมื่อทำการศึกษา เรื่องการเคลื่อนที่ของวัตถุ ที่มีเวลาเข้ามาเกี่ยวข้อง ความเร็วคือ การเคลื่อนที่ของวัตถุ ที่เคลื่อนที่ในทิศทางใด ทิศทางหนึ่ง ในขณะที่ความเร่ง คือ การเปลี่ยนแปลงของความเร็ววัตถุ เมื่อเทียบกับเวลา เมื่อใดก็ตาม ที่คุณผู้อ่านเดิน วิ่ง หรือขับขี่ยานพาหนะ คุณกำลังเคลื่อนไหว หรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว และความเร่ง ที่สามารถวัดค่าได้ เช่นเดียวกัน กับการบินของนก การว่ายน้ำของปลา การไหลของน้ำ ในแม่น้ำ

เหล่านี้ล้วนเป็นการกระทำ หรือปรากฏการณ์ที่มีความเร็ว และความเร่งมาเกี่ยวข้องทั้งสิ้น

ซึ่งถ้าหากเราต้องการแบ่งแยกสองสิ่งนี้ ออกจากกัน จะต้องพิจารณาเปรียบเทียบ เป็นเรื่อง ๆ จะเข้าใจได้ง่ายยิ่งขึ้น

เรามาดูควาแตกต่างเบื้องต้น ที่ควรทำความเข้าใจ เกี่ยวกับความแตกต่าง ระหว่างความเร็วกับความเร่ง กันบ้าง

  • ความเร็ว คือ อัตราการเปลี่ยนแปลง ตำแหน่งของวัตถุ เมื่อเทียบกับเวลา ส่วนความเร่ง คือ อัตราการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว
  • ความเร็ว คือ อัตราส่วนระหว่างระยะทาง ที่เคลื่อนที่ไปได้กับเวลา ส่วนความเร่ง คือ อัตราส่วน ระหว่างความเร็วและเวลา

ความหมายของความเร็ว ในทางวิทยาศาสตร์

ปริมาณหนึ่งคือ ปริมาณสเกลาร์ ที่มีแค่ขนาดเพียงอย่างเดียว ความเร็วเป็นปริมาณทางกายภาพ ที่อธิบายถึงอัตราการ เคลื่อนที่ของวัตถุ พร้อมกับทิศทาง ความเร็วช่วยแสดงอัตราการ

ความหมายของความเร่ง ในทางวิทยาศาสตร์

เมื่อใดก็ตามที่วัตถุมีการเปลี่ยนแปลง ความเร็ว เมื่อนั้นก็จะมี ความเร่ง เกิดขึ้น โดยถ้าความเร็วเพิ่มขึ้น จากเดิม เราก็จะเรียกว่าวัตถุมีความเร่ง แต่ถ้าวัตถุมีความเร็ว ลดลงจากเดิม

  • กรณีที่ 1 ความเร่งและความเร็ว มีทิศไปในทางเดียวกันหรือขนานกัน วัตถุจะมีความเร็วเพิ่มขึ้น
  • กรณีที่ 2 ความเร่งและความเร็ว ทำมุมตรงข้ามกัน วัตถุจะมีความเร็วลดลง
  • กรณีที่ 3 ความเร่งและความเร็ว ทำมุมตั้งฉากกัน วัตถุจะมีการเปลี่ยนแปลงทิศทาง การเคลื่อนที่

นอกจากจะมีความเร็ว แล้วยังมีอัตราเร็วด้วย

ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่จริง ในหนึ่งหน่วยเวลา เป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็น เมตร / วินาที

ความเร่ง และ อัตราเร่งก็ต่างกัน

อัตราเร็วที่เปลี่ยนแปลงไป ในหนึ่งหน่วยเวลา เป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็น เมตร / วินาที 2 เช่น เรือยอชต์แล่นบนทะเล ด้วยอัตราเร่ง 2 กิโลเมตร ต่อชั่วโมง 2 หมายความว่า ทุก ๆ 1 ชั่วโมง เรือยอชต์ จะแล่นไปด้วยอัตราเร็วที่เพิ่มขึ้น 2 กิโลเมตร ต่อชั่วโมง โดยไม่ได้คำนึง ถึงทิศทางที่วิ่ง

ดังนั้นเเล้ว ความหมายของ ความเร็ว เเละ ความเร่งจึงแตกต่างกัน

  • ความเร็ว คือระยะทาง ที่เปลี่ยน ในหนึ่งหน่วยเวลา
  • ความเร่ง คือความเร็ว ที่เปลี่ยน ในหนึ่งหน่วยเวลา นั่นเอง

ในการย้ายตำแหน่งของวัตถุจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งมีรูปแบบและวิถีการเคลื่อนที่หลากหลายรูปแบบ สำหรับการเคลื่อนที่ในแนวตรงของรถยนต์จากหยุดนิ่ง

รถออกตัวด้วยความเร่งจนกระทั่งมีความเร็วค่าหนึ่งแล้วอาจวิ่งด้วยความเร็วคงที่ ตลอดเวลาเข็มบอกอัตราเร็วจะบอกอัตราเร็วของรถในเวลาใด ๆ ที่หน้าปัดรถ แต่ความเร่งตอนออกตัวกับความหน่วงตอนหยุดไม่มีเครื่องมือในรถที่จะบอกได้ แล้วจะวัดได้อย่างไร ?

เมื่อนำลูกบอลผูกด้วยเชือกห้อยลงมาจากเพดานรถแล้วออกรถด้วยความเร่ง นอกจากตัวผู้นั่งในรถจะเซไปด้านหลัง ลูกบอลที่ห้อยอยู่ในแนวดิ่งจะเอียงไปจากแนวดิ่งไปทางด้านหลังรถเช่นกัน

โดยทั่วไปจะได้ยินเหตุผลของการเซไปด้านหลังรถของผู้นั่งในรถขณะที่รถออกตัวไปข้างหน้าด้วยความเร่งว่าเพราะความเฉื่อย เหตุผลนี่จริงบางส่วนแต่ไม่ใช่ทั้งหมด

ทางฟิสิกส์คือมวล ( mass: m ) เป็นปริมาณสเกลาร์ ( Scalar ) คือไม่มีทิศทางมีแต่ขนาด มีหน่วยเป็นกิโลกรัม (Kg) ดังนั้น ไม่ว่ารถจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง ความหน่วงหรือความเร็วคงที่ มวลของคนนั่งยังคงเท่าเดิมจึงมี “ความเฉื่อย” เท่าเดิม

แต่เหตุใดคนนั่งจึงหัวเซ เฉพาะตอนที่รถเคลื่อนที่ ด้วยความเร่งหรือความหน่วงเท่านั้น สาเหตุหลักคือ คนนั่งบนเบาะมีแรงเสียดทาน ที่เบาะกระทำต่อก้นคนนั่งทันที ที่รถเคลื่อนออกด้านล่างจึงเคลื่อนออกไปทันที

แล้วแรงดึงจากด้านล่าง กระทำผ่านแนวลำตัว ทำให้คนทั้งตัวเคลื่อนที่ ไปกับรถด้วยความเร่ง หลักการนี้ชัดขึ้น เมื่อเราพิจารณาจากลูกตุ้ม หรือลูกบอล ที่ห้อยลงมาจากเพดานรถ

แต่เมื่อรถเคลื่อนที่ ด้วยความเร่งไป ทางขวาลูกบอลจะเอียงไปทางหลังรถหรือไปทางซ้าย

การเอียงของลูกบอล จากแนวดิ่งเป็นมุม θ ใด ๆ นั้นเป็นเครื่องมือบอกค่าความเร่งของรถได้ มันช่างอัศจรรย์ยิ่งนัก

มื่อรถเคลื่อนที่ ไปทางขวาด้วยความเร่ง a ปลายเชือกที่ตรึงหลังคารถที่จุด A จะเคลื่อนที่ไปกับรถทันที แต่ปลายเชือกที่มีลูกบอลมวล m แขวนอยู่จะเคลื่อนที่ ไปได้ต้องมีแรงมากระทำ

จึงต้องเอียง เพื่อทำให้เกิดแรงตึง ในเส้นเชือก ขณะที่เชือกเอียง ทำมุม θ กับแนวดิ่ง แรงตึงในเส้นเชือก มีทิศออกจากมวล m ไปตามเส้นเชือก เข้าหาจุด A ที่เป็นจุดแขวน เมื่อแยกแรงหาองค์ประกอบแนวราบ กับแนวดิ่งจะได้ว่า

ลูกบอลสมดุลในแนวแกน Y เมื่อ θ คงตัว จากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งของนิวตันจะได้

Tsinθ จะเป็นแรงที่ลูกบอลมวล m มีความเร่ง a ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 2 ของนิวตัน

เมื่อ θ = 30 ํ จะได้ a = 9.81 tan30 ํ = 5.66 m / s2

เมื่อ θ = 45 ํ จะได้ a = 9.81 tan45 ํ = 9.81 m / s2 = g นั่นเอง

เมื่อ θ = 60 ํ จะได้ a = 9.81 tan60 ํ = 16.99 m / s2

ลูกบอลหรือตุ๊กตา ที่ห้อยอยู่หน้ารถ จึงเป็นเครื่องมือ บอกความเร่งได้ตามสมการที่ ( 3 )

ใส่ความเห็น

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น ช่องข้อมูลจำเป็นถูกทำเครื่องหมาย *