กูรูมูดา เน็ตเวิร์กส์
วัตถุจะเคลื่อนที่เชิงเส้นด้วยความเร็วคงที่ หากความเร็วของวัตถุคงที่ ความเร็วประกอบด้วยขนาดและทิศทางของความเร็ว ทิศทางของความเร็ว = ทิศทางของการกระจัด = ทิศทางของการเคลื่อนที่ ทิศทางของความเร็วของวัตถุคงที่ = ทิศทางของการเคลื่อนที่ของวัตถุคงที่ หรือทิศทางของการเคลื่อนที่ของวัตถุที่อยู่กับที่ = วัตถุเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง ขนาดของความเร็วหรืออัตราเร็วคงที่ = อัตราเร็วจะเท่ากันตลอดเวลา
การเคลื่อนที่เชิงเส้นแบบไม่สม่ำเสมอ คือการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่ กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเคลื่อนที่เชิงเส้นแบบไม่สม่ำเสมอ = การเคลื่อนที่ที่มีขนาดของความเร่งคงที่ และทิศทางของความเร่งคงที่ ทิศทางของความเร่งคงที่ = ทิศทางของความเร็วคงที่ = ทิศทางของการกระจัดคงที่ = ทิศทางของการเคลื่อนที่คงที่ = วัตถุเคลื่อนที่ในเส้นตรง ขนาดของความเร่งคงที่หมายความว่าขนาดของความเร็วหรืออัตราเร็วเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอ
ในชีวิตประจำวัน เรามักเห็นวัตถุที่เคลื่อนที่แบบตกอิสระ เช่น ผลไม้ที่ร่วงจากต้นไม้ หรือวัตถุที่ตกลงมาจากที่สูง ทำไมวัตถุจึงเคลื่อนที่แบบตกอิสระ? หากมองเผินๆ วัตถุที่ตกอิสระนั้นดูเหมือนจะมีอัตราเร็วคงที่ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ วัตถุนั้นไม่มีความเร่ง แต่ความจริงแล้ว วัตถุทุกชิ้นที่ตกอย่างอิสระจะมีความเร่งคงที่ นี่คือเหตุผลที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบตกอิสระ รวมถึงตัวอย่างของการเคลื่อนที่เชิงเส้นที่ไม่สม่ำเสมอด้วย แล้วจะพิสูจน์ได้อย่างไรว่าวัตถุที่ตกอิสระมีความเร่งคงที่หรือความเร็วเพิ่มขึ้น?
ในชีวิตประจำวัน เรามักพบเห็นวัตถุที่เคลื่อนที่แบบวงกลมสม่ำเสมอ ตัวอย่างหนึ่งของวัตถุที่เคลื่อนที่แบบวงกลม สม่ำเสมอ ได้แก่ เข็มวินาที เข็มนาที และเข็มนาฬิกาบนนาฬิกาแบบเข็ม เข็มวินาทีจะหมุนเป็นมุม 360 องศาเป็นเวลา 60 วินาที (หนึ่งนาที) หรือหมุนเป็นมุม 6 องศาเป็นเวลา 1 วินาที เข็มนาทีจะหมุนเป็นมุม 360 องศาเป็นเวลา 60 นาที (หนึ่งชั่วโมง) หรือหมุนเป็นมุม 6 องศาเป็นเวลา 1 นาที และเข็มชั่วโมงจะหมุนเป็นมุม 360 องศาเป็นเวลา 24 ชั่วโมง (หนึ่งวัน) หากวัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลมอย่างสม่ำเสมอ เช่น เข็มวินาที เข็มนาที หรือเข็มนาฬิกา เราจะกล่าวได้ว่าวัตถุเหล่านั้นกำลังเคลื่อนที่แบบวงกลม คุณนึกถึงตัวอย่างของวัตถุที่เคลื่อนที่แบบวงกลมได้ไหม?
ปริมาณทางฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่แบบวงกลม ได้แก่ การกระจัดเชิงมุม ความเร็วเชิงมุม และความเร่งเชิงมุม
การกระจัดในการเคลื่อนที่แบบวงกลมเรียกว่าการกระจัดเชิงมุม การกระจัดเชิงมุมซึ่งเป็นปริมาณเวกเตอร์ จึงมีทั้งขนาดและทิศทาง โดยปกติทิศทางของการกระจัดเชิงมุมจะแสดงในทิศทางตามเข็มนาฬิกา (ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา)
หน่วยของการกระจัดเชิงมุมมีสามหน่วย หน่วยแรกคือ องศา (o) หนึ่งรอบวงกลมเท่ากับ 360 องศาoประการที่สอง การหมุนรอบแกน หนึ่งรอบของวงกลมเท่ากับหนึ่งรอบ ประการที่สาม เรเดียน สังเกตภาพด้านล่าง ถ้าวัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลม r = รัศมีของวงกลม x = ความยาวของเส้นทางวงกลมที่วัตถุเคลื่อนที่ผ่าน = เส้นรอบวงของวงกลม
วัตถุที่มีการเคลื่อนที่แบบพาราโบลาจะมีค่าความเร็วเริ่มต้นเสมอ เนื่องจากการเคลื่อนที่แบบพาราโบลาเป็นการรวมกันของการเคลื่อนที่ในทิศทางแนวนอนและแนวตั้ง ดังนั้นความเร็วเริ่มต้นจึงมีส่วนประกอบทั้งในแนวนอนและแนวตั้งด้วย
ถ้าวัตถุเคลื่อนที่แบบพาราโบลา ดังแสดงในรูปที่ 1 และ 3 ความเร็วเริ่มต้นในทิศทางแนวนอน (vox )และความเร็วเริ่มต้นในทิศทางแนวตั้ง (voy )จะคำนวณได้โดยใช้สมการ:
แรง คือ สิ่งที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง แรงคือ สิ่งที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ หยุด หรือเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ดังนั้นจึงมีทั้งขนาดและทิศทาง สัญลักษณ์ของแรงคือ F (Force) F เป็นสัญลักษณ์ทั่วไปของแรง มีแรงหลายประเภท และไม่ใช่ทุกแรงจะมีสัญลักษณ์ F หน่วยในระบบสากลคือ กิโลกรัมเมตรต่อวินาที² หรือนิวตัน
แรงลัพธ์ (ΣF) คือผลรวมของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุ แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ดังนั้นแรงรวมจึงคำนวณโดยใช้กฎการบวกเวกเตอร์
แรงเสียดทานคือแรงต้านที่เกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวของวัตถุที่สัมผัสกัน ในหัวข้อนี้ แรงเสียดทานที่ศึกษาเกี่ยวข้องกับแรงเสียดทานที่กระทำระหว่างพื้นผิวของวัตถุแข็งสองชิ้นที่สัมผัสกัน เช่น แรงเสียดทานระหว่างฐานของคานกับพื้น แรงเสียดทานระหว่างฐานรองเท้ากับพื้น แรงเสียดทานระหว่างล้อรถกับพื้นถนน
แรงเสียดทานเกิดขึ้นเสมอที่พื้นผิวของวัตถุแข็งที่สัมผัสกัน แม้ว่าวัตถุเหล่านั้นจะเรียบมากก็ตาม แม้แต่พื้นผิวที่เรียบก็ยังมีความขรุขระมากในระดับจุลภาค เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ สันนูนขนาดเล็กเหล่านี้จะขัดขวางการเคลื่อนที่ ในระดับอะตอม ส่วนที่ยื่นออกมาบนพื้นผิวทำให้อะตอมอยู่ใกล้กับพื้นผิวอื่นมาก จนแรงไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมสามารถสร้างพันธะเคมีได้ เป็นการรวมตัวกันระหว่างสองพื้นผิวของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ เช่น เมื่อคุณผลักหนังสือบนพื้นผิวโต๊ะ การเคลื่อนที่ของหนังสือจะพบกับสิ่งกีดขวางและหยุดลงในที่สุด นี่เป็นเพราะการก่อตัวและการคลายตัวของพันธะ
ในวิชาเกี่ยวกับกฎของนิวตัน เราได้เรียนรู้ว่าวัตถุทุกอย่างที่หยุดนิ่งอยู่จะเคลื่อนที่ หรือวัตถุใดๆ ที่เคลื่อนที่อยู่จะหยุดนิ่งหากมี “บางสิ่ง” ที่เคลื่อนที่หรือหยุดวัตถุนั้น สิ่งนั้นเรียกว่า “แรง” ทำไมผลไม้จึงตกลงมาหรือเคลื่อนที่ลงสู่พื้นโลกหลังจากที่มันถูกปล่อยจากก้าน? กฎของนิวตันกล่าวว่า ถ้าผลไม้เคลื่อนที่ จะต้องมีแรงกระทำต่อผลไม้ แรงที่ทำให้ผลไม้หรือวัตถุใดๆ ตกลงมาสู่พื้นโลกเรียกว่าแรงโน้มถ่วง
เมื่อคุณผลักหนังสือบนพื้นโต๊ะจนกระทั่งหนังสือขยับ มือของคุณจะสัมผัสกับหนังสือ ในทำนองเดียวกัน เมื่อคุณผูกวัตถุด้วยเชือก แล้วดึงจนกระทั่งวัตถุขยับ มือของคุณจะสัมผัสกับเชือก เชือกจะสัมผัสกับวัตถุ ในกรณีนี้ แรงผลัก แรงดึง แรงตึงของเชือก และแรงต่างๆ เช่นนี้ เรียกว่า แรงสัมผัส หรือ แรงปะทะ แรงโน้มถ่วงของโลกที่ดึงผลไม้ให้ตกลงสู่พื้นผิวโลก หรือแรงโน้มถ่วงของโลกที่ดึงดวงจันทร์เข้าสู่วงโคจรของโลก เกิดขึ้นโดยไม่ต้องมีการสัมผัสระหว่างโลก ผลไม้ และดวงจันทร์
ดังนั้น แรงโน้มถ่วงหรือแรงในลักษณะนี้จึงเรียกว่า แรงไร้สัมผัส ผลไม้จะร่วงหล่นและดวงจันทร์จะ “ร่วงหล่น” สู่โลกได้อย่างไรโดยที่ไม่มีการสัมผัสกันระหว่างโลก ผลไม้ และดวงจันทร์? นักวิทยาศาสตร์ รวมทั้งนิวตันพบว่าเป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการถึงแนวคิดของแรงไร้สัมผัส เพื่อให้จินตนาการและเข้าใจแนวคิดของแรงไร้สัมผัสได้ง่ายขึ้น จึงมีการยกแนวคิดเรื่องสนามขึ้นมา