Physics : Equations of motion (kinematic formulas)


Kinematic formulas เป็นกลุ่มของสมการว่าด้วยความสัมพันธ์ของตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุในสองมิติดังนี้
s =  displacement หรือการขจัด
t =  interval หรือ เวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่
v 0 =  initial velocity หรือ ความเร็วเริ่มต้น
v =  final velocity หรือ ความเร็วสุดท้าย(ที่สนใจ)
a =  constant acceleration หรือ ความเร่งคงที่

การใช้แผนภาพช่วยในการคำนวณ

รูปที่ 1 วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่

สมมุติว่าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ เมื่อนำมาสร้างเป็นแผนภาพจะได้ดังรูปที่ 1
พื้นที่ใต้กราฟ = ( v 0 ) × ( t 0 )
เราทราบว่า
s = v t
แสดงว่าพื้นที่ใต้กราฟระหว่าง velocity กับ time คือ การขจัดหรือระยะที่เคลื่อนที่ได้ (displacement)
ในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงความเร็วหรือเมื่อมีความเร่งจะได้แผนภาพดังรูปที่ 2

รูปที่ 2 วัตถุเคลื่อนที่เมื่อมีการเปลี่ยนความเร็ว

เราก็ยังคงใช้หลักคิดนี้ได้เช่นกัน โดยที่ขนาดของระยะทางที่เคลื่อนที่ได้คือพื้นที่ของสี่เหลี่ยม (1) รวมกับ สามเหลี่ยน (2)


สมการที่ 1
s = ( v 0 + v ) 2 t


รูปที่ 3

จะใช้หลักการหาพื้นที่จากแผนภาพมาช่วยแสดงการได้มาซึ่งสมการนี้ เนื่องจากเบื้องต้นนี้เราจะสนใจในกรณีที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่ดังนั้นกราฟที่ได้ควรจะเป็นดังรูปที่ 3  เราสามารถหาขนาดของการขจัดได้จากการรวมพืันที่ของสี่เหลี่ยม 1 กับสามเหลี่ยม 2
s = v 0 t + 1 2 t ( v v 0 ) s = v 0 t + 1 2 v t 1 2 v 0 t s = 1 2 v t + 1 2 v 0 t s = ( v + v 0 ) 2 t
** สมการนี้ใช้ได้เมื่อเราไม่ทราบขนาดของความเร่ง**



สมการที่ 2
v = v 0 + a t
เราทราบว่าเราสามารถคำนวณขนาดของความเร่งได้จากผลต่างของขนาดของความเร็วต่อเวลา
a = v t

**ต้องไม่ลืมว่าเรากำลังอยู่ภายใต้เงื่อนไขว่าค่าความเร่งคงที่**

a = v v 0 t a t + v 0 = v

สมการที่ 3
s = v 0 t + 1 2 a t 2
พิจารณารูปที่ 3 และสมการที่ 1 ได้ว่า
s = v 0 t + 1 2 ( v v 0 ) t
เราทราบว่า    a t = v v 0  เมื่อแทนเข้าไปในสมการ จะได้
s = v 0 t + 1 2 a t 2

** สมการนี้ใช้ได้เมื่อเราไม่ทราบขนาดของความเร็วสุดท้ายแต่ทราบค่าความเร่ง **

สมการที่ 4
v 2 = v 0 2 + 2 a s
เราทราบว่า
a = v v 0 t t = v v 0 a
แทนค่า t ในสมการที่ 1
s = ( v + v 0 2 ) ( v v 0 a ) 2 a s = v 2 + v v 0 v v 0 - v 0 2 v 0 2 + 2 a s = v 2





เอกสารอ้างอิง
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Equations_of_motion
[2] http://physicstube.co.nz/year-12/y12-mechanics/kinematic-equations-derived-video/
[3] http://zonalandeducation.com/mstm/physics/mechanics/kinematics/EquationsForAcceleratedMotion/Origins/Displacement/Origin.htm

ความคิดเห็น