การเคลื่อนที่

- การเคลื่อนที่ (Motion) หมายถึง ขบวนการอย่างหนึ่งที่ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งอย่างต่อเนื่องตามเวลาที่ผ่านไป โดยมีทิศทางและระยะทาง

- การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง (Rectilinear motion) หมายถึง การเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นแนวเส้นตรงซึ่งความสัมพันธ์ระหว่างความเร็ว เวลา ความเร่ง และระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปได้ (นันทพงษ์ ลายทอง และคณะ, 2549) ลักษณะการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง สิ่งต่าง ๆ ที่อยู่รอบตัวซึ่งมีการเคลื่อนที่นั้นจะมีการเคลื่อนที่แตกต่างกันออกไป เช่น การเคลื่อนที่ในแนวตรง แนวโค้ง เป็นวงกลม หรือกลับไปกลับมาในการที่เราจะพิจารณาว่าวัตถุมีการเคลื่อนที่หรือไม่ พิจารณาที่ มีการเปลี่ยนตำแหน่งหรือไม่ ถ้ามีการเปลี่ยนตำแหน่ง ถือเป็นการเคลื่อนที่

- การบอกตำแหน่งของวัตถุ การบอกตำแหน่งของสิ่งต่าง ๆ นั้นทำได้โดยการบอกตำแหน่งเทียบกับตำแหน่งหรือสิ่งที่สังเกตได้โดยง่าย ซึ่งเรียกว่า ตำแหน่งอ้างอิงหรือจุดอ้างอิง ซึ่งต้องเป็นจุดที่หยุดนิ่ง

ในชีวิตประจำวัน เราพบเห็นการเคลื่อนที่ของสิ่งต่างๆ เช่น นกบิน รถยนต์แล่นบนถนน ลูกฟุตบอลเคลื่อนที่ในอากาศ ใบพัดลมหมุน เด็กแกว่งชิงช้า ผลไม้หล่นจากต้น เป็นต้น การเคลื่อนที่ดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะอย่างไร และขึ้นกับปัจจัยอะไรบ้าง นักเรียนจะได้ศึกษาต่อไป 


1.1 การเคลื่อนที่แนวตรง
การเคลื่อนที่แนวตรงของวัตถุ เป็นการเคลื่อนที่ที่ไม่เปลี่ยนทิศทาง เช่น การเคลื่อนที่ของลูกมะพร้าวเมื่อตกจากต้นสู่พื้นดิน การเคลื่อนที่ของรถยนต์บนถนนตรง การเคลื่อนที่ของนักกีฬาว่ายน้ำในลู่ของสระ เป็นต้น
การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง แบ่งเป็น 2 แบบ คือ
1. การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงที่ไปทิศทางเดียวกันตลอด เช่น โยนวัตถุขึ้นไปตรงๆ รถยนต์ กำลังเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง
2. การเคลื่อนที่ในแนวเส้นเส้นตรง แต่มีการเคลื่อนที่กลับทิศด้วย เช่น รถแล่นไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง เมื่อรถมีการเลี้ยวกลับทิศทาง ทำให้ทิศทางในการเคลื่อนที่ตรงข้ามกัน

ในขณะที่รถยนต์เริ่มเคลื่อนที่บนถนนตรง คนขับจะเหยียบคันเร่งทำให้รถเคลื่อนที่เร็วขึ้น ถ้าสังเกตที่เข็มวัดอัตราเร็วบนหน้าปัดของรถ จะพบว่าเข็มเบนมากขึ้น แสดงว่ารถเคลื่อนที่ด้วย อัตราเร็ว (speed) เพิ่มขึ้น และถ้าพิจารณาทิสของการเคลื่อนที่ด้วย ความเร็ว (velocity) เพิ่มขึ้น ดังรูป

เมื่ออ่านค่าจากเข็มชี้อัตราเร็วของรถที่กำลังเคลื่อนที่ในภาพ ขณะนี้รถเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมงหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ไปทางทิศใต้ หากความเร็วของรถเปลี่ยนแปลง กล่าวได้ว่ารถเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง (acceleration) การเข้าใจปริมาณต่างๆที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ จะทำให้มีความปลอดภัยมากขึ้นในการขับขี่ยวดยานพาหนะ และนำไปใช้ประโยชน์ด้านต่างๆได้

ปริมาณที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่
การเคลื่อนที่เกี่ยวข้องกับปริมาณอะไรบ้าง การเคลื่อนที่ของวัตถุต่างๆ มีอัตราเร็วเท่ากันตลอดการเคลื่อนที่หรือไม่ และจะสามารถวัดได้อย่างไร



1.1.1 ระยะทางและการกระจัด

ในขณะที่เราเคลื่อนที่ เราจะเปลี่ยนตำแหน่งที่อยู่ตลอดแนว เช่น ขณะเราขับรถยนต์ไปตามท้องถนน เราจะเคลื่อนที่ผ่านถนน ถนนอาจเป็นทางตรง ทางโค้ง หรือหักเป็นมุมฉาก ระยะทางที่รถเคลื่อนที่อาจเป็นระยะทางตามตัวเลขที่ราบของการเคลื่อนที่ แต่หากบางครั้งเราจะพบว่า จุดปลายทางที่เราเดินทางห่างจากจุดต้นทางในแนวเส้นตรง หรือในแนวสายตาไม่มากนัก

ระยะทาง (distance) คือ ความยาวตามเส้นทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปได้ทั้งหมด เป็นปริมาณสเกลาร์ คือ มีแต่ขนาดอย่างเดียว มีหน่วยเป็นเมตร โดยทั่วไปเราใช้สัญลักษณ์ S
การกระจัด (displacement) คือ เส้นตรงที่เชื่อมโยงระหว่างจุดเริ่มต้น และจุดสุดท้ายของการเคลื่อนที่เป็นปริมาณเวกเตอร์ คือ ต้องคำนึงถึงทิศทางด้วย มีหน่วยเป็นเมตร โดยทั่วไปเขียนแบบเว็กเตอร์เป็น S




1.1.2 อัตราเร็วและความเร็ว 
ถ้านักเรียนสังเกตนักวิ่งหรือนักว่ายน้ำ เมื่อเคลื่อนที่ออกจากจุดเริ่มต้นจะมีอัตราเร็วไม่มากนัก และเพิ่มอัตราเร็วขึ้นในช่วงเวลาต่อมา แสดงว่าการเคลื่อนที่มีอัตราเร็วไม่เท่ากันตลอดระยะทาง จึงนิยมบอกเป็น อัตราเร็วเฉลี่ย ซึ่งหาได้จากอัตราส่วนระหว่างระยะทางที่เคลื่อนที่ได้กับช่วงเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่

ถ้าการเคลือนที่มีทิศเข้ามาเกี่ยวข้อง จะบอกอัตราเร็วของรถด้วยปริมาณใด 
ในกรณีการเคลื่อนที่แนวตรง ระยะทางและขนาดของการกระจัดมีค่าเท่ากัน แต่การกระจัดจะต้องมีทิศของการเคลื่อนที่กำกับด้วย นั่นคือการกรัดเป็นปริมาณเวกเตอร์ การกระจัดในหนึ่งหน่วยเวลาคือ ความเร็ว ดังนั้นความเร็วกับการกระจัดจึงมีทิศเดียวกัน และต่างก็เป็นปริมาณเวกเตอร์ ความเร็วมีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาทีเช่นเดียวกับหน่วยของอัตราเร็ว

โดยปกติแล้ว ในการเคลื่อนที่ของรถยนต์ ความเร็วของรถยนต์อาจเปลี่ยนแปลงได้ตลอดการเคลื่อนที่ ดังนั้นในบางครั้งจึงนิยมบอกความเร็วของรถด้วยความเร็วเฉลี่ย ซึ่งหาได้จากสมการต่อไปนี้

หน่วยของอัตราเร็ว
โดยทั่วไปอัตราเร็วมีหน่วยเป็นกิโลเมตรต่อชั่วโมง แต่ในระบบเอสไอ (SI) อัตราเร็วมีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที บางครั้งจึงต้องเปลี่ยนหน่วยกิโลเมตรต่อชั่วโมง เป็นหน่วยเมตรต่อวินาที เช่น อัตราเร็ว 180 km/h มีค่าเท่ากับ 50 m/s 


1.1.3 ความเร่ง 
ถ้าพิจารณาการเคลื่อนที่ในการแข่งกรีฑาที่มีนักวิ่งแซงนักวิ่งคนอื่นเข้าเส้นชัย และการขับรถแซงงคันอื่น นักวิ่งหรือผู้ขับรถต้องเพิ่มความเร็ว สถานการณ์ดังกล่าวนี้ เป็นการเคลื่อนที่ที่มีความเร่ง ซึ่งเป็น ความเร็วที่เปลี่ยนไปในหนึ่งหน่วยเวลาความเร่งมีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที ^2Â Â (m/s^2) ในการเคลื่อนที่ของวัตถุ ยางขณะวัตถุมีความเร็วสม่ำเสมอ ซึ่งหมายถึงขนาดและทิศของความเร็วของวัตถุไม่เปลี่ยนแปลง และบางขณะความเร็วของวัตถุเปลี่ยนไป คือมีการเปลี่ยนขนาดของความเร็วหรือมีการเปลี่ยนทิศของความเร็ว หรือมีการเปลี่ยนทั้งขนาดและทิศของความเร็ว จึมักพิจารณาความเร่งเฉลี่ย ซึ่งหาได้จาก

การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงตามแนวราบ
- สมการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ และสมการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่