ฟิสิกส์มัธยมปลาย - บทกลศาสตร์ - การเคลื่อนที่แนวเส้นตรง

เอาหล่ะ มาถึงจุดเริ่มต้นของความสนุกกันในส่วนของกลศาสตร์ นั่นคือเรื่องการเคลื่อนที่แนวเส้นตรงนี้เอง เรื่องนี้ก็มีความสำคัญใช้ได้เพราะหลายๆครั้งถูกนำไปร่วมคิดในบทอื่นๆเสมอ เมื่อมีการเคลื่อนที่ของวัตถุใดๆ หนีไม่พ้นแน่นอน เช่นเรื่องไฟฟ้าที่ อาจจะต้องคำนวณการเคลื่อนที่ของประจุด้วยเช่นกัน ดังนั้นเรื่องนี้ควรจะเข้าใจและใช้ได้อย่างคล่องมือเพื่อให้อนาคตจะได้ไม่เป็นภาระนะครับ

การเคลื่อนที่แนวเส้นตรง

หัวข้อ

1. ปริมาณการเคลื่อนที่

2. เครื่องเคาะสัญญาณเวลา

3. สมการการเคลื่อนที่

4. การตกโดยเสรี

5. กราฟการเคลื่อนที่

6. การเคลื่อนที่สัมพัทธ์

เริ่มมาถึงก็จะได้รู้จักปริมาณการเคลื่อนที่ทั้งหมด รวมไปถึงเริ่มมีความละเอียดในการใช้เรื่องเวกเตอร์ สเกลาร์จากบทนำมาข้องเกี่ยว รายละเอียดเป็นอย่างไรลองดูคลิปข้างล่างนี้นะครับ

สิ่งที่ต้องระวังในเรื่องนี้อาจจะรู้สึกว่ามันจุกจิกจังเช่นว่า อัตราเร็วกับความเร็ว มันเป็นคนละตัวกันนะ พอด้วยภาษาไทยอาจจะรู้สึกว่ามันคล้ายกันจนเหมือนเอามาหลอกกัน แต่ถ้าไปแอบดูภาษาอังกฤษ มันแยกกันชัดเจนเลยนะคือ อัตราเร็วคือ Speed และ ความเร็วคือ Velocity ดังนั้นตำราต่างประเทศเลยโอเคอยู่ไม่งงมาก แต่พอแปลไทยมาก็ปวดหัวใช้ได้ แต่อย่างไรก็ดีเราจะเริ่มเห็น concept หลักๆที่เกิดขึ้นว่า เวลาเราคำนวณจากสูตรในปริมาณสเกลาร์และเวกเตอร์นั้น เช่นว่าอัตราเร็วคือระยะทางส่วนด้วยเวลา แต่ความเร็วคือการกระจัดส่วนด้วยเวลา ซึ่ง concept การหา ระยะทางกับการกระจัดก็ควรละเรื่องกันเลย มันมีความละเอียดเล็กๆน้อยๆที่น่ากวนใจนิดหน่อย แต่ถ้าเราเข้าใจแล้ว มันก็เข้าใจเลยนะครับ ใช้ได้ยาวๆนะครับ

เมื่อเราเริ่มเข้าใจปริมาณการเคลื่อนที่แล้วนั้น ก่อนจะไปต่อ ถ้าโรงเรียนสอนการทดลองด้วยก็จะดี เพราะมันจะมีเนื้อหาแทรกตรงเข้ามาให้เราได้เรียนกันเกี่ยวกับเรื่องของเครื่องเคาะสัญญาณเวลา บางโรงเรียนอาจจะได้ทำการทดลองด้วย ก็หนวกหูใช้ได้ ซึ่งก็จะเริ่มประยุกต์ความเข้าใจเรื่องของปริมาณการเคลื่อนที่จากส่วนที่แล้ว มาเช็ค concept เรากัน เนื้อหาโดยสรุปลองดูคลิปข้างล่างนี้เลยจ้า

หลังจากนั้นก็จะเริ่มเข้าสู่เนื้อหาของสมการการเคลื่อนที่แล้ว เช็ค concept กันจากคลิปข้างล่างนี้เลยจ้า

ในส่วนนี้จะสรุปได้หลักๆ คือ

1. การเคลื่อนที่มีสองแบบหลักๆ คือความเร็วคงที่ กับ ความเร็วไม่คงที่

ความเร็วคงที่คำนวณสบายชิลๆ กับ v = s/t แต่ความเร็วไม่คงที่ ก็จะมีความเร่งคงที่กับไม่คงที่ ซึ่งในระดับม.ปลาย แค่ความเร่งคงที่ก็พอ เพราะความเร่งไม่คงที่จะต้องใช้ calculus เข้ามาช่วยคำนวณซึ่งไว้ก่อนเถอะน้าา ดังนั้นในบทม.ปลายเวลาพูดถึงความเร็วไม่คงที่ก็จะใช้กับความเร่งคงที่เท่านั้น สบายใจหายห่วงไดจ้า

2. ทุกปริมาณเป็นปริมาณเวกเตอร์ หลักการใช้สูตรก็พยายามกำหนดให้ทิศทางของความเร็วต้นเป็นบวก หรือถ้าเริ่มจากหยุดนิ่ง ก็เอาทิศที่วัตถุมีแนวโน้มกำลังเคลื่อนที่ไปในทิศทางนั้นเป็นบวก แค่นั้นเอง 

3. แทนค่าทุกอย่างลงไปในสูตร ระมัดระวังเรื่องของเครื่องหมาย อย่างที่บอกไปในข้อที่แล้ว 

ข้อสังเกตส่วนตัว ในสูตรความเร็วไม่คงที่นั้น แต่ละสูตรจะมีตัวแปรเพียง 4 ตัวจาก 5 ตัว คือการกระจัด ความเร็วต้น ความเร็วปลาย ความเร่ง และ เวลา ดังนั้นโดยส่วนใหญ่โจทย์จะให้ข้อมูลมาหลักๆ 3 ตัวแปร และให้หาตัวแปรที่ 4 ส่วนอีกตัวอาจจะบอกมาหรือไม่บอก หรือไม่กล่าวถึงเลย ดังนั้นหากเราเห็นธรรมชาติของโจทย์เป็นแบบนี้แล้ว ก็แค่เลือกสูตรและแทนค่าเครื่องหมายให้ถูกต้อง ก็จบเกมส์แล้ว แค่นี้เอง ไม่ยากเลย

และเมื่อมาเจอรูปแบบการตกโดยเสรี นั่นคือการมีความเร่งคงที่จากความเร่งโน้มถ่วงของโลก ตัวแปรที่รู้เลยก็คือความเร่ง การคำนวณอะไรใดๆ ก็จะง่ายขึ้นเป็นกอง ถ้ายังไม่มั่นใจลองแวะไปดูคลิปข้างล่างนี้ได้เลยจ้า

เมื่อเราเริ่มใช้สูตรสมการ วิเคราะห์การเคลื่อนที่ต่างๆได้คล่องแคล่วขึ้นแล้ว ในส่วนถัดไปก็จะเป็นเรื่องของการใช้กราฟการเคลื่อนที่ช่วยในการอธิบายการเคลื่อนที่เนื้อหาโดยสรุปก็สามารถดูได้จากคลิปข้างล่างได้เลยจ้า

โดยพื้นฐานทางคณิตศาสตร์กล่าวๆง่ายๆ คือเมื่อเราเจอกราฟใดๆ เราเล่นข้อมูลจากกราฟได้สองประเด็นคือ 1. ค่าความชัน 2. พื้นที่ใต้กราฟ ซึ่งหากเราต้องการความหมายทางกายภาพของกราฟใดๆ 

ค่าความชันก็จะสามารถหาได้จากการเอาปริมาณในแกน y หารด้วยปริมาณในแกน x 

พื้นที่ใต้กราฟเราสามารถหาจากการเอาปริมาณในแกน y คูณด้วยปริมาณในแกน x 

เพียงแค่นี้เราก็พอจะสืบเสาะหาความหมายของกราฟการเคลื่อนที่ในบทนี้ได้แล้ว โดยกราฟการเคลื่อนที่จะมีหลักคือ s-t, v-t และ a-t ดังนั้นมันจะสรุปได้คือ

                           ความชัน                        พื้นที่ใต้กราฟ

กราฟ s-t     s/t = v ความเร็ว                s.t = ไม่มีความหมาย

กราฟ v-t    ∆v/t = a ความเร่ง                v.t = s การกระจัด

กราฟ a-t    a/t = ไม่มีความหมาย      a.t = ∆v ผลต่างความเร็ว

ซึ่งหากสังเกตดีๆ กราฟ v-t จะค่อนข้างมีประโยชน์เพราะสามารถเชื่อมไปหาการกระจัดหรือความเร่งได้ ดังนั้นกราฟนี้สามารถนำมาใช้เพื่อแก้โจทย์ปัญหาที่มีการเคลื่อนที่หลายขั้นตอนได้ กล่าวคือเดี๋ยวเร่ง เดี๋ยวหน่วง เดี๋ยวคงที่ ก็สามารถใช้กราฟมาช่วยแก้ได้ จะทำให้ไม่ต้องไปใช้สมการการเคลื่อนที่แก้หลายครั้ง เสี่ยงต่อการมึนตัวแปรด้วย

และท้ายสุด บางโรงเรียนก็อาจจะสอนหรืออาจจะไม่ได้สอนคือเรื่องของการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ การเคลื่อนที่สัมพัทธ์มีประโยชน์ในการใช้เพื่อพิจารณาการเคลื่อนที่ของสองวัตถุที่พร้อมกัน โดยที่เราไม่ต้องแยกคิดสมการกัน เนื้อหาอาจจะยากนิดนึง แต่เชื่อว่าไม่ยากเกินไปแน่นอน เพราะเรื่องนี้จะมีพื้นฐานบางอย่างเอาไปใช้ได้ในบทเรื่องเสียง เกี่ยวกับปรากฎการณ์ดอปเปลอร์ด้วย และยังสามารถแก้โจทย์ประเภทการเคลื่อนที่สองวัตถุพร้อมกันได้ง่ายกว่าวิธีตรงปกติมาก  

ก็จบกันไปแล้วนะครับสำหรับบทแรกของฟิสิกส์ จุดนี้พี่เชื่อว่าบางคนเมื่อเจอความละเอียด ความจุกจิก ไปหน่อยของฟิสิกส์อาจจะเริ่มรู้สึกไม่ดีและเริ่มรู้สึกว่ามันยาก แต่ยังมีเรื่องยากรอเราอยู่อีกเยอะครับ อ้าว ผ่ามๆ แค่นี้ยังเป็นน้ำจิ้ม แต่อย่างที่เราได้เห็นครับว่าเรื่องการเคลื่อนที่มันอยู่ในทุกๆเรื่องจริงๆ ดังนั้นหากเราเข้าใจและสามารถใช้สมการการเคลื่อนที่คำนวณได้อย่างคล่องแคล่วแล้ว ปัญหาใดๆเข้ามาก็บวกได้หมดแน่นอนครับ

บทวิเคราะห์ข้อสอบในบทนี้

เรื่องการเคลื่อนที่เส้นตรงก็บอกได้เลยว่าเป็นอีกบทที่เป็นแขกรับเชิญประจำในหลายๆบทหลังจากนี้ เพราะตัวได้อธิบายการเคลื่อนที่หลักๆไว้หมดแล้ว ไม่ว่าจะเป็นการเคลื่อนที่ที่ความเร็วคงที่หรือไม่ ก็หนีไม่พ้นการใช้เรื่องนี้ในการคำนวณ ดังนั้นหลอกหลอนไปทุกบทแน่นอนครับ
ส่วนเรื่องเครื่องเคาะสัญญาณเวลาก็มีออกมาบ้างในข้อสอบ ซึ่งเรื่องค่อนข้างเป็นเอกลักษณ์ เมื่อออกมาก็ชัดเจนว่าเป็นเรื่องนี้ ไม่ค่อยลึกลับซ่อนเงื่อนอะไรบ้าง
ส่วนเรื่องของกราฟการเคลื่อนที่เช่นกันมันอาจจะไม่ได้เป็นเอกลักษณ์มาก แต่เมื่อเจอกราฟขอให้นึกหลักการที่บอกไปข้างบนว่าเราสามารถที่จะสกัดข้อมูลจากโจทย์ออกมาได้สองประเด็นจากกราฟคือความชันและหรือพื้นที่ใต้กราฟ
ส่วนเนื้อหาในส่วนของเคลื่อนที่สัมพัทธ์ มันอาจจะไม่ได้ออกมาตรงๆ แต่จุดๆนี้ขอแนะนำน้องที่อาจจะเตรียมสอบเพื่อเข้าคณะวิศวะ ยังไงก็อยากให้น้องกลุ่มนี้เข้าใจแบบเข้าใจจริงๆ เพราะถ้าน้องจะเข้าคณะอื่นที่จะไม่ได้ไปต่อเกี่ยวกับวิศวะ หรือวิชาฟิสิกส์เนี้ย ก็ข้ามๆไปได้ครับ เพราะโจทย์ตรงๆก็ไม่ค่อยมีออกมาเท่าไหร่ หรือจับทางการใช้สมการหรือวิธีการคิดก็พอ ไม่ต้องเข้าใจมันมากขนาดนั้นก็ได้ครับ

มีคำถามหรือข้อเสนอแนะใดๆ ติดต่อได้ที่ Physicfree4TH@gmail.com ครับ ดาวน์โหลดเอกสารการเรียนได้ ที่นี่ เยี่ยมชม Channel youtube: Physicfree4TH