แนวคิดของ "การเคลื่อนไหว" นั้นไม่ง่ายนักที่จะนิยามอย่างที่เห็น จากมุมมองในชีวิตประจำวัน สภาพนี้เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิงกับการพักผ่อน แต่ฟิสิกส์สมัยใหม่เชื่อว่าสิ่งนี้ไม่เป็นความจริงทั้งหมด ในปรัชญา การเคลื่อนไหวหมายถึงการเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่เกิดขึ้นกับสสาร อริสโตเติลเชื่อว่าปรากฏการณ์นี้มีค่าเท่ากับชีวิต และสำหรับนักคณิตศาสตร์ การเคลื่อนที่ใดๆ ของร่างกายจะแสดงด้วยสมการการเคลื่อนที่ที่เขียนโดยใช้ตัวแปรและตัวเลข
ในทางฟิสิกส์ การเคลื่อนที่ของวัตถุต่างๆ ในอวกาศศึกษาส่วนของกลศาสตร์ที่เรียกว่าจลนศาสตร์ หากขนาดของวัตถุเล็กเกินไปเมื่อเปรียบเทียบกับระยะทางที่ต้องครอบคลุมเนื่องจากการเคลื่อนที่ ถือว่าที่นี่เป็นจุดวัสดุ ตัวอย่างนี้คือรถที่ขับบนถนนจากเมืองหนึ่งไปยังอีกเมืองหนึ่ง นกที่บินอยู่บนท้องฟ้า และอื่นๆ อีกมากมาย แบบจำลองอย่างง่ายดังกล่าวสะดวกเมื่อเขียนสมการการเคลื่อนที่ของจุดซึ่งนำมาเป็นวัตถุบางตัว
มีสถานการณ์อื่นเช่นกันลองนึกภาพว่าเจ้าของรถตัดสินใจย้ายรถคันเดียวกันจากด้านหนึ่งของโรงรถไปอีกด้านหนึ่ง ที่นี่ การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งเทียบได้กับขนาดของวัตถุ ดังนั้นแต่ละจุดของรถจะมีพิกัดที่แตกต่างกันและถือว่าเป็นตัวถังปริมาตรในอวกาศ
มันควรจะเป็นพาหะในใจว่าสำหรับนักฟิสิกส์เส้นทางเคลื่อนที่ผ่านวัตถุบางอย่าง และการเคลื่อนไหวไม่ใช่สิ่งเดียวกันเลย และคำเหล่านี้ก็ไม่มีความหมายเหมือนกัน คุณสามารถเข้าใจความแตกต่างระหว่างแนวคิดเหล่านี้ได้โดยตรวจสอบการเคลื่อนที่ของเครื่องบินบนท้องฟ้า
เส้นทางที่ใบไม้แสดงให้เห็นชัดเจนวิถีของมันนั่นคือเส้น ในกรณีนี้ เส้นทางจะแสดงความยาวและแสดงเป็นหน่วยบางหน่วย (เช่น หน่วยเป็นเมตร) และการกระจัดเป็นเวกเตอร์ที่เชื่อมต่อเฉพาะจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการเคลื่อนไหว
ดังรูปที่ให้ไว้ด้านล่างซึ่งแสดงเส้นทางของรถยนต์ที่เดินทางบนถนนที่คดเคี้ยวและเฮลิคอปเตอร์ที่บินเป็นเส้นตรง เวกเตอร์การกระจัดของวัตถุเหล่านี้จะเหมือนกัน แต่เส้นทางและวิถีจะแตกต่างกัน
พิจารณาสมการประเภทต่างๆการเคลื่อนไหว เริ่มจากกรณีที่ง่ายที่สุดกันก่อน เมื่อวัตถุเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงด้วยความเร็วเท่ากัน ซึ่งหมายความว่าหลังจากช่วงเวลาเท่ากัน เส้นทางที่เขาผ่านในช่วงเวลาที่กำหนดจะไม่เปลี่ยนแปลงมูลค่า
สิ่งที่เราต้องอธิบายการเคลื่อนไหวนี้ร่างกายหรือค่อนข้างเป็นจุดที่เป็นวัตถุตามที่ตกลงกันแล้วจะเรียกมันว่า? สิ่งสำคัญคือต้องเลือกระบบพิกัด เพื่อความง่าย สมมติว่าการเคลื่อนไหวเกิดขึ้นตามแกน 0X บางตัว
จากนั้นสมการการเคลื่อนที่: x = x0 + vxที มันจะอธิบายกระบวนการในแง่ทั่วไป
แนวคิดสำคัญในการเปลี่ยนตำแหน่งของร่างกายคือความเร็ว ในทางฟิสิกส์ มันคือปริมาณเวกเตอร์ ดังนั้นจึงใช้ค่าบวกและค่าลบ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับทิศทางเพราะร่างกายสามารถเคลื่อนที่ไปตามแกนที่เลือกด้วยพิกัดที่เพิ่มขึ้นและไปในทิศทางตรงกันข้าม
เหตุใดการเลือกระบบพิกัดจึงสำคัญและยังเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการอธิบายกระบวนการที่ระบุ? เพียงเพราะกฎของจักรวาลเป็นเช่นนั้น ถ้าไม่มีทั้งหมดนี้ สมการการเคลื่อนที่จะไม่เข้าท่า สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ เช่น กาลิเลโอ นิวตัน และไอน์สไตน์ จากจุดเริ่มต้นของชีวิต การอยู่บนโลกและคุ้นเคยกับการเลือกมันเป็นกรอบอ้างอิงโดยสัญชาตญาณ บุคคลเข้าใจผิดเชื่อว่ามีสันติภาพ แม้ว่าสภาวะดังกล่าวจะไม่มีอยู่จริงสำหรับธรรมชาติ ร่างกายสามารถเปลี่ยนตำแหน่งหรือคงนิ่งเฉพาะเมื่อเทียบกับวัตถุใดๆ
นอกจากนี้ ร่างกายสามารถเคลื่อนไหวและอยู่ในพักผ่อนในเวลาเดียวกัน ตัวอย่างนี้คือกระเป๋าเดินทางของผู้โดยสารรถไฟ ซึ่งวางอยู่บนชั้นบนสุดของห้องโดยสาร เขาย้ายไปเทียบกับหมู่บ้านที่รถไฟผ่านไปมาและพักในความเห็นของเจ้านายของเขาซึ่งตั้งอยู่บนที่นั่งด้านล่างข้างหน้าต่าง วัตถุแห่งจักรวาลเมื่อได้รับความเร็วเริ่มต้นแล้วสามารถบินในอวกาศเป็นเวลาหลายล้านปีจนกระทั่งชนกับวัตถุอื่น การเคลื่อนที่ของมันจะไม่หยุดเพราะมันเคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กับวัตถุอื่นเท่านั้น และในกรอบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับมัน นักท่องอวกาศจะพักอยู่
ลองเลือกจุด A เป็นจุดเริ่มต้นด้วยให้แกนพิกัดนี้เป็นทางหลวงที่อยู่ใกล้เรา และทิศทางของมันจะเป็นจากตะวันตกไปตะวันออก สมมติว่าผู้เดินทางเดินเท้าไปในทิศทางเดียวกันไปยังจุด B ซึ่งอยู่ห่างออกไป 300 กม. ด้วยความเร็ว 4 กม. / ชม.
ปรากฎว่าสมการการเคลื่อนที่อยู่ใน givenรูปแบบ: x = 4t โดยที่ t คือเวลาเดินทาง ตามสูตรนี้ เป็นไปได้ที่จะคำนวณตำแหน่งของคนเดินเท้าในช่วงเวลาที่จำเป็น เป็นที่ชัดเจนว่าในหนึ่งชั่วโมงเขาจะครอบคลุม 4 กม. หลังจากสอง - 8 และถึงจุด B หลังจาก 75 ชั่วโมงเนื่องจากพิกัด x = 300 จะอยู่ที่ t = 75
สมมุติว่าตอนนี้รถวิ่งจาก B ไป A ด้วยความเร็ว 80 กม./ชม. สมการการเคลื่อนที่คือ: x = 300 - 80t ที่เป็นเช่นนี้จริงๆ เพราะ x0 = 300 และ v = -80โปรดทราบว่าความเร็วในกรณีนี้จะถูกระบุด้วยเครื่องหมายลบ เนื่องจากวัตถุเคลื่อนที่ไปในทิศทางลบของแกน 0X นานแค่ไหนกว่ารถจะถึงที่หมาย? สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อพิกัดกลายเป็นศูนย์ นั่นคือเมื่อ x = 0
มันยังคงแก้สมการ 0 = 300 - 80t เราได้ t = 3.75 ซึ่งหมายความว่ารถจะถึงจุด B ใน 3 ชั่วโมง 45 นาที
ต้องจำไว้ว่าพิกัดสามารถเป็นค่าลบได้เช่นกัน ในกรณีของเรา จะกลายเป็นว่าถ้ามีจุด C อยู่ทางทิศตะวันตกจาก A
วัตถุสามารถเคลื่อนที่ได้ไม่เพียงแต่ค่าคงที่ความเร็ว แต่ยังเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา การเคลื่อนไหวของร่างกายสามารถเกิดขึ้นได้ตามกฎหมายที่ซับซ้อนมาก แต่เพื่อความง่าย เราควรพิจารณากรณีที่ความเร่งเพิ่มขึ้นด้วยค่าคงที่หนึ่ง และวัตถุเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง ในกรณีนี้ พวกเขาบอกว่านี่เป็นการเคลื่อนที่แบบเร่งสม่ำเสมอ สูตรที่อธิบายกระบวนการนี้แสดงไว้ด้านล่าง
ทีนี้มาดูงานเฉพาะกันบ้างสมมุติว่าเด็กผู้หญิงคนหนึ่งนั่งบนเลื่อนบนยอดเขาซึ่งเราจะเลือกให้เป็นแหล่งกำเนิดของระบบพิกัดจินตภาพที่มีแกนเอียงลงเริ่มเคลื่อนที่ภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วงด้วยความเร่ง 0.1 m / s2.
จากนั้นสมการการเคลื่อนที่ของร่างกายจะมีรูปแบบดังนี้ sกับ = 0.05t2.
เมื่อเข้าใจสิ่งนี้ คุณจะพบระยะทางที่เด็กผู้หญิงจะนั่งบนแคร่เลื่อนหิมะในทุกช่วงเวลาของการเคลื่อนไหว ใน 10 วินาที จะเป็น 5 ม. และใน 20 วินาทีหลังจากเริ่มเคลื่อนตัวลงเนิน ทางจะเป็น 20 ม.
จะแสดงความเร็วในภาษาของสูตรได้อย่างไร? ตั้งแต่ v0กับ = 0 (หลังจากทั้งหมด เลื่อนเริ่มกลิ้งลงจากภูเขาโดยไม่มีความเร็วเริ่มต้นภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงเท่านั้น) จากนั้นการบันทึกจะไม่ยากเกินไป
สมการความเร็วของการเคลื่อนที่จะอยู่ในรูปแบบ: vกับ= 0.1t. จากนั้นเราจะสามารถค้นหาว่าพารามิเตอร์นี้เปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป
ตัวอย่างเช่น หลังจากสิบวินาที vกับ= 1 ม. / วินาที2และหลังจาก 20 วินาที จะใช้ค่า 2 m / s2.
มีการเคลื่อนไหวอีกประเภทหนึ่งที่เกี่ยวข้องเป็นประเภทเดียวกัน การเคลื่อนไหวนี้เรียกว่าช้าเท่ากัน ในกรณีนี้ความเร็วของร่างกายก็เปลี่ยนไปเช่นกัน แต่เมื่อเวลาผ่านไปจะไม่เพิ่มขึ้น แต่ลดลงและด้วยค่าคงที่ ขอยกตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมอีกครั้ง รถไฟซึ่งก่อนหน้านี้วิ่งด้วยความเร็วคงที่ 20 m / s เริ่มชะลอตัวลง ในเวลาเดียวกันความเร่งคือ 0.4 m / s2... ในการแก้ปัญหานี้ ให้เราใช้จุดของเส้นทางรถไฟเป็นจุดเริ่มต้น ซึ่งมันเริ่มช้าลง และกำหนดแกนพิกัดตามแนวการเคลื่อนที่ของรถไฟ
จากนั้นจะเห็นได้ชัดว่าการเคลื่อนที่ถูกกำหนดโดยสมการ: sกับ = 20t - 0.2t2.
และความเร็วนั้นอธิบายโดยนิพจน์: vกับ = 20 - 0.4t.ควรสังเกตว่ามีเครื่องหมายลบอยู่หน้าอัตราเร่ง เนื่องจากรถไฟเบรก และค่านี้เป็นค่าลบ จากสมการที่ได้ สามารถสรุปได้ว่ารถไฟจะหยุดหลังจากผ่านไป 50 วินาที เมื่อเดินทาง 500 ม.
ในการแก้ปัญหาทางฟิสิกส์ มักจะแบบจำลองทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายของสถานการณ์จริง แต่โลกที่มีหลายแง่มุมและปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นนั้นไม่เข้าข่ายกรอบดังกล่าวเสมอไป จะวาดสมการการเคลื่อนที่ในกรณีที่ยากได้อย่างไร ปัญหาสามารถแก้ไขได้ เนื่องจากกระบวนการที่ซับซ้อนใดๆ สามารถอธิบายได้เป็นขั้นตอน ขอยกตัวอย่างอีกครั้งเพื่อความกระจ่าง ลองนึกภาพว่าเมื่อดอกไม้ไฟถูกยิง จรวดตัวหนึ่งที่ทะยานขึ้นจากพื้นด้วยความเร็วเริ่มต้น 30 m / s เมื่อถึงจุดสูงสุดของเที่ยวบิน ระเบิดออกเป็นสองส่วน ในกรณีนี้ อัตราส่วนของมวลของชิ้นส่วนที่ได้คือ 2: 1 นอกจากนี้ จรวดทั้งสองส่วนยังคงเคลื่อนที่แยกจากกันในลักษณะที่จรวดตัวแรกบินขึ้นไปในแนวตั้งด้วยความเร็ว 20 m / s และส่วนที่สองล้มลงทันที คุณควรค้นหา: ความเร็วของส่วนที่สองในขณะที่มันไปถึงพื้นคืออะไร?
ขั้นตอนแรกของกระบวนการนี้คือการบินของจรวดขึ้นในแนวตั้งด้วยความเร็วเริ่มต้น การเคลื่อนไหวจะช้าเท่ากัน เมื่ออธิบายได้ชัดเจนว่าสมการการเคลื่อนที่ของร่างกายมีรูปแบบดังนี้ sกับ = 30t - 5t2... ที่นี่เราคิดว่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงถูกปัดเศษขึ้นเป็น 10 m / s เพื่อความสะดวก2... ความเร็วในกรณีนี้จะอธิบายโดยนิพจน์ต่อไปนี้: v = 30 - 10t จากข้อมูลเหล่านี้ สามารถคำนวณความสูงของส่วนเพิ่มได้ 45 ม.
ขั้นตอนที่สองของการเคลื่อนไหว (ในกรณีนี้แล้วส่วนที่สอง) จะมีการตกอย่างอิสระของร่างกายนี้ด้วยความเร็วเริ่มต้นที่ได้รับในขณะที่จรวดแตกตัวออกเป็นส่วน ๆ ในกรณีนี้ กระบวนการจะถูกเร่งอย่างสม่ำเสมอ เพื่อหาคำตอบสุดท้าย ให้คำนวณ v0 จากกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม มวลของวัตถุคือ 2: 1 และความเร็วสัมพันธ์กันแบบผกผัน ดังนั้น ชาร์ดที่สองจะบินลงมาจาก v0 = 10 m / s และสมการความเร็วจะอยู่ในรูปแบบ: v = 10 + 10t
เราเรียนรู้เวลาตกจากสมการการเคลื่อนที่ sกับ = 10t + 5t2... มาแทนค่าความสูงของลิฟต์ที่ได้รับแล้วกัน เป็นผลให้ปรากฎว่าความเร็วของชิ้นส่วนที่สองอยู่ที่ประมาณ 31.6 m / s2.
ดังนั้น โดยการแบ่งการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนออกเป็นส่วนประกอบง่ายๆ จึงสามารถแก้ปัญหาที่ซับซ้อนใดๆ และเขียนสมการการเคลื่อนที่ได้ทุกประเภท
