8. ก้าหนดให้เป็นบวก ส่วนระยะที่วัดไปทางซ้ายและล่างของจุดก้าเนิดก้าหนดให้เป็นลบ ต้าแหน่งของวัตถุที่
อยู่ในระนาบบอกได้ด้วยคู่ล้าดับ (X, Y) X คือระยะจากจุดก้านิดใน แกน X, y คือระยะจากจุดก้าเนิดในแกน
y เช่น วัตถุที่อยู่ที่จุด ก. ข. ค. และ ง. ดังรูป2.7 จะตรงอยู่ต้าแหน่ง (2.3) (-3,3) ,(-3,-2) ,(2,-2) เป็นต้น
รูป 2.7
รูป 2.8 รูป 2.9
รูป 2.8 วัตถุที่อยู่ต้าแหน่ง A มีคู่ล้าดับเป็น (x, y)เราสามารถค้านวณระยะจากจุดก้าเนิด 0 ไปยัง
ต้าแหน่ง A ได้ดังนี้
OA = x y
2 2
…………..(2.4)
รูป 2.9 วัตถุอยู่ที่ต้าแหน่ง A, B มีคู่ล้าดับเป็น (x1, y1) และ(x2, y2) ตามล้าดับ เราสามรถค้านวณระยะ
จาก A ถึง B ได้ดังนี้
AB = x x y y
2 1
2
2 1
2
…………..(2.5)
9. ค. การบอกตาแหน่งของวัตถุในอากาศ ( 3 มิติ ) จะใช้เส้นตรง 3 เส้น เรียกว่าแกน x แกน y และ
แกน z ตั้งฉากซึ่งกันและกัน ตัดกันที่จุดก้าเนิด O ดังรูป 2.10
รูป 2.10
วัตถุที่ต้าแหน่ง A (x, y, z) หมายความว่า ถ้าฉายไฟด้านบนในแนวแกน z จะเห็นเงาของ A ปรากฏบน
ระนาบ xy ที่ A/ โดยที่ A จะอยู่ห่างจากแกน Y เป็นระยะ x และห่างจากแกน X เป็นระยะ y จาก A ถ้า
ลากเส้นตรงขนานกับ A/O จะไปตัดที่แกน Z ที่ z ระยะจากจุดก้าเนิด O ถึงต้าแหน่ง A สามารถหาได้จาก
OA = x y z
2 2 2
……………..(2.6)
ตัวอย่าง 6 จากรูป เดิมวัตถุอยู่ที่ต้าแหน่ง A ในเวลาต่อมาย้ายไปอยู่ที่ต้าแหน่ง B ถามว่าในการเปลี่ยน
ต้าแหน่งนี้จะได้ระยะทางสั้นที่สุดเท่าไร
วิธีทา จากรูปในการเปลี่ยนต้าแหน่งจาก A ไป B จะได้ระยะทางสั้นที่สุด เท่ากับเส้นตรง AB และจะเห็นว่า
คู่ล้าดับของต้าแหน่ง A และ B คือ (1,4) และ (5,1) ตามล้าดับ จากสมการ(1-2)จึงได้
AB = (5 1) (1 4 ) 5
2 2
นั่นคือ ระยะทางสั้นที่สุดมีค่าเท่ากับ 5 หน่วย
11.
ถ้าให้ P, Q และR เป็นขนาดของเวกเตอร์ P , Q และ R ตามล้าดับ ดังปรากฏในรูป 2.12 จะได้
P Q R
………………(2-7)
sin sin sin
และ R
2
P
2
Q
2
2 PQ cos ………………..(2-8)
ข. การลบเวกเตอร์ มีหลักการคล้ายการบวกเวกเตอร์ เช่น ถ้าเราต้องการหาค่า P Q โดยที่
เวกเตอร์ P และ Q มีทิศทางและขนาดดังรูป 2.11 หรือ 2.12 สามรถใช้วิธีหางต่อหางหรือสร้างสี่เหลี่ยมด้าน
ขนานก็ได้ โดยจะได้
R P (Q )
ซึ่ง - Q กับ Q จะมีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงกันข้าม ดูรูป 2.13 และ 2.14 ประกอบ และสมการ (2-7)
และ (2-8) สามารถน้ามาประยุกต์ใช้ได้เช่นกัน
รูป 2.13
รูป 2.14
ตัวอย่าง 7 ก้าหนดให้ A , B, C เป็นเวกเตอร์ที่มีขนาดและทิศทางตามที่ก้าหนดในรูป จงเขียนรูปเพื่อ
แสดงวิธีการหา
ก. A B C
ข. A B C
12. วิธีทา จะแสดงการเขียนรูปเพื่อหาผลลัพธ์ของการบวกและลบตามที่โจทย์ต้องการโดยใช้วิธีหางต่อหัว
2.7 การกระจัด
รูป 2.15
จากรูป 2.15 วางวัตถุไว้ที่จุด A มีคู่ล้าดับเป็น(x1,y2) ต่อมาย้ายวัตถุไปยังจุด B ซึ่งมีคู่ล้าดับเป็น
(x2,y2) ในการย้ายต้าแหน่งจากจุด A ไปจุด B เราสามารถกระท้าได้หลายทาง อาจจะใช้ทาง1,2 และ 3 ก็
สามารถย้ายจาก A ไป B ได้ทั้งนั้น แต่จะมีเส้นทางหนึ่งที่ใช้ระยะทางสั้นที่สุด เส้นทางนั้นคือเส้นตรงที่ต่อ
ระหว่างจุด A กับ B จากรูปคือ เส้นทาง 2 ลูกศรที่ชี้จาก A ไป B แลละมีขนาดความยาวเท่ากับ AB เรียกว่า
การกระจัด(displacement) ดังนั้น การกระจัดจึงเป็นปริมาณเวกเตอร์ มีหน่วยเป็น เมตร
การกระจัดแตกต่างกันระยะทาง (distance) ตรงที่ระยะทางสนใจเพียงขนาด ไม่สนใจทิศทาง
และระยะทางจะเป็นระยะจริงๆ เกิดจากการย้ายต้าแหน่ง เช่น ในรูป 2.15 ถ้าเราย้ายวัตถุจากต้าแหน่ง A ไป
ยัง B ตามเส้นทาง 1 ระยะทางจะหมายถึงระยะจริงๆ วัดตามเส้นโค้งไปมาจนถึง B ส่วนการกระจัดจะเท่ากับ
ความยาว AB และทิศพุ่งจาก A ไป B เป็นต้น
หากจะนิยามกรกระจัดอาจกล่าวว่า “การกระจัด คือ ระยะทางที่สั้นที่สุดในการย้ายต้าแหน่งจุด
คู่หนึ่ง”
การค้านวณขนาดขอการกระจัดสามารถท้าได้โดยใช้สมการ (2-5)
13. ตัวอย่าง 8 ชายคนหนึ่งเดินจากจุดอ้างอิง 0 ไปตามลูกศร แล้วหยุดนิ่งที่ต้าแหน่ง 4 เมตร
จงหาขนาดของการกระจัดและระยะทางทั้งหมด
วิธีทา หา d เมื่อ d เป็นขนาดของการกระจัด จะได้
d = ระยะ OB = 4m
นั่นคือ ขนาดของการกระจัดของการเดินนี้เท่ากับ 4 เมตร และมีทิศพุ่งไปทางขวามือ (จากO ไปB)
หา S เมื่อ s เป็นระยะทางทั้งหมด จะได้
s = ระยะ OA+ระยะ AB
= 6+2 = 8m
นั่นคือ ระยะทางทั้งหมดเท่ากับ 8 เมตร
ตัวอย่าง 9 จากรูป ย้ายวัตถุจาก A ไป B ตามเส้นทางที่ก้าหนด จงค้านวณขนาดของการกระจัดและทิศทาง
ของการกระจัด (บอกเป็นมุมซึ่งเทียบกับแกน X)
วิธีท้า ในการย้ายต้าแหน่งจาก A ไป B ตามเส้นทางที่โจทย์ก้าหนด จะได้ระยะทางที่สั้นที่สุดเท่ากับเส้นตรง
AB ให้มีค่าเป็น d ขนาดของ d สามารถค้านวณได้โดยอาศัยสมการ (2-5) ซึ่งจะได้ (ดูรูปประกอบ)
2 2
d 25 5 25 5
= 20 2 m ……………….(1)
14.
ให้ เป็นมุมที่ d เทียบกับแกน X จึงเป็นมุมี่บอกทิศทางของ d จาก ABC จะได้
BC 25 5
tan = 1
AC 25 5
45
0
นั่นคือ การกระจัดมีขนาด 20 2 เมตร ท้ามุม 45 องศากับแกน X
ตัวอย่าง 10 ย้ายวัตถุไปทางทิศตะวันออก 12 เมตร จากนั้นย้ายข้นไปทางทิศเหนือเป็นระยะทาง 16 เมตร
จงค้านวณการกระจัดและระยะทางจากจุดเริ่มต้นถึงจุดปลาย
วิธีทา
จากรูป วัตถุถูกย้ายจาก A ไป B (ไปทางทิศตะวันออก) 12 m และจาก B ไปC (ไปทางทิศเหนือ) 16
m จะได้ d เป็นการกระจัดระหว่างจุดเริ่มต้นกับจุดปลาย จะได้ขนาดของ d เป็น
d = AB BC
2 2
= (12 ) (16 ) = 20 m
2 2
……………..(1)
15. ให้ s เป็นระยะห่างจากจุดเริ่มต้นถึงจุดปลาย ดังนั้นได้
s = AB+BC
12 = 12+16 = 28 m ……………..(2)
นั่นคือ การกระจัดมีค่า 20 เมตร แต่ระยะทางมีค่า 28 เมตร
2.8 ความเร็ว
ความเร็ว (velocity) นิยามว่า “เป็นอัตราการเปลี่ยนเเปลงการกระจัด “ พิจารณาการเคลื่อนที่ของ
รถยนต์ในแนวเส้นตรง (หรือวัตถุอื่นใดที่เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง) เริ่มออกจากจุด O เมื่อน้าค่าการกระจัด
ของรถยนต์ที่เวลาต่าง ๆ กันไปเขียนกราฟ โดยเขียนระหว่างการกระจัดกับเวลา
สมมติว่าได้กราฟ ดังรูป 2.16 จากกราฟการกระจัด –เวลา สามารถสรุปได้เป็นข้อ ๆ ดังนี้
ความเร็วเฉลี่ย ตามนิยามความเร็วเราสามารถค้านวณค่าความเร็วในช่วงเวลาจาก t1 ถึง t2
ได้ดังนี้
s s 2 s1
V เฉลี่ย = = ……………….(2-9)
t t 2 t1
เมื่อ Vเฉลี่ย เป้นความเร็วเฉลี่ย s เป็นการกระจัดที่เปลี่ยนไปในช่วงเวลา t โดยที่ 2
s s
s1
และ t t t จากกราฟจะพบว่า Vเฉลี่ย มีค่าเท่ากับความชันของเส้นตรง AB เพราะ
2 1
BC s 2 s1
ความชัน = tan = …………….(2-10)
AC t 2 t1
รูป 2.16
16. ความเร็วขณะหนึ่ง เป็นความเร็ว ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง นิยามว่า
s
V ขณะหนึ่ง = t 0 ………………….(2.11)
t
เมื่อ V ขณะหนึ่ง เป็นความเร็ว ณ เวลาที่เป็นจุดกึ่งกลางเวลา t จากกราฟในรูป 2.16 เราสามารถ
พิจารณาความเร็วขณะหนึ่งได้จากความชันกราฟ เช่น ถ้า V 3 เป็นความเร็วขณะ t3 เราจะได้
V 3 = ความชันของเส้น MN ซึ่งสัมผัสกราฟตรงจุดเวลา
ตัวอย่าง 11 ชายคนหนึ่งวิ่งจากจุดเริ่มต้นไปถึงตู้ไปรษณีย์ A แล้ย้อนกลับไปหยุดที่ใต้ต้นไม้ B กินเวลา
ทั้งสิ้น 10 วินาทีพอดี จงค้านวณความเร็วและอัตราเร็วเฉลี่ยของชายคนนั้น
วิธีทา การที่ชายคนนั้นวิ่งจากจุดเริ่มต้นไป A แล้วย้อนกลับไปหยุดที่จุดใต้ต้นไม้ B จะได้การกระจัดทั้งสิ้น
เท่ากับ s โดยที่
s = -20 m ………………(1)
ตามนิยามของความเร็วเฉลี่ยจะได้ความเร็วเฉลี่ย V เฉลี่ย เป็น
20 0
V เฉลี่ย = 2 m/s ………………(2)
10 0
เครื่องหมายลบของความเร็วเฉลี่ยที่ได้ในสมการ(2) หมายถึง ชายคนนั้นก้าลังวิ่งไปทางซ้ายของ
จุดเริ่มต้น
นั่นคือ ความเร็วเฉลี่ยของชายคนนั้นเท่ากับ –2 เมตร/วินาที
การวิ่งของชายคนนั้นจากจุดเริ่มต้นไป A แล้วย้อนกลับไปหยุดที่จุดใต้ต้นไม้ B จะได้ระยะทางทั้งสิ้น
เท่ากับ d โดยที่
d = 40+40 +20 =100 m ………………….(3)
ตามนิยามของอัตราเร็วเฉลี่ยจะได้อัตราเร็วเฉลี่ย Vเฉลี่ย เป็น
17. Vเฉลี่ย = 100 = 10 m/s
10
นั่นคือ อัตราเร็วเฉลี่ยของชายคนนั้นเท่ากับ 10 เมตร/วินาที
ตัวอย่าง 12 ในการเคลื่อนที่แบบเส้นตรงของรถยนต์ 2 คัน P และ Q เมื่อน้าการกระจัดเขียนกราฟกับเวลา
จะได้ดังรูป จงค้านวณความเร็วเฉลี่ยของรถ P และ Q ในช่วงเวลาจาก 0 ถึง 10 วินาที
วิธีทา เราสามารถค้านวณความเร็วเฉลี่ยของรถ P และ Q ได้ตามสมการ (2-9) ให้ V 1 และ V 2 เป็นความเร็ว
เฉลี่ยของรถ P และ Q ตามล้าดับ จึงได้
100 0
V1 10 m/s
10 0
100 100
และ V2 0 m/s
10 0
นั่นคือ ความเร็วเฉลี่ยของรถ P และ Q เป็น 10 และ 0 เมตร/วินาที
ตัวอย่าง 13 จากรูป ชายคนหนึ่งเดินทางจากต้าบล A ไปต้าบล E ตามเส้นทางที่ผ่านต้าบล B,C และ D ใช้
เวลาทั้งสิ้น 15 วินาที จงค้านวณความเร็วและอัตราเร็วในการเดินของชายคน
วิธีทา การเดินทางของชายคนนี้จาก A ไป E จะไดการการะจัดเท่ากับ A E โดยที่
AE AB BC CD DE ………..(1)
18. จากรูปที่ก้าหนดให้ จะได้
AB = 3 m ………..(2)
BC = 6m …………(3)
CD = (3) ( 3) = 3 2 m 2 2
…………(4)
DE = ( 2 ) (3) = 13 m 2 2
…………(5)
ถ้า d เป็นระยะทางทั้งหมดที่ชายคนนั้นเดินจาก A ไป E ตามเส้นทางที่ก้าหนด จะได้
d = AB+BC+CD+DE
= 3+6+3 2 13 = 16.85 m ……….(2)
ส่วนขนาดของการกระจัดจาก A ไป B คือ AE สามารถหาได้จาก
AE = (8 ) ( 6 ) = 10 m 2 2
……….(7)
จากนิยามของอัตราเร็วเฉลี่ยกรณีจะได้ความเร็วเฉลี่ย Vเฉลี่ย เป็น
AE
Vเฉลี่ย = = 0.27 m/s
เวลา
จากนิยามของอัตราเร็วเฉลี่ยกรณีจะได้ความเร็วเฉลี่ย Vเฉลี่ย เป็น
d 16 . 85
Vเฉลีย =
่ = 1.12 m/s
เวลา 15
นั่นคือ ชายคนนั้นมีความเร็วเท่ากับ 0.27 เมตร/วินาที และมีอัตราเร็ว 1.12 เมตรต่อวินาที
ตัวอย่าง 14 รถคันหนึ่งวิ่งไปบนพื้นราบด้วยความเร็วคงที่ 10 เมตร/วินาที ต่อมาวิ่งด้วยความ
20 เมตร/วินาที และมีทิศเปลี่ยนไปจากเดิม 20 องศา จงค้านวณความเร็วลัพธ์ของรถคันนี้
วิธีทา ความเร็วเป็นปริมาณเวกเตอร์แต่อัตราเร็วเป็นปริมาณสเกลาร์ ดังนั้นในการบวกลบความ
เร็วเพื่อหาความเร็วลัพธ์จึงต้องระวัง เพราะต้องบวกลบแบบเวกเตอร์
ให้ V 1 และ V 2 เป็นความเร็วในตอนแรกและตอนหลัง ให้ V เป็นความเร็วลัพธ์ จะได้
V V1 V 2
ขอให้ดูประกอบโดยจะหาขนาดของความเร็วลัพธ์ V ด้วยการเขียนสี่เหลี่ยมด้านขนาน
อาศัยสมการ(2-8) จะได้
V V1 V 2 2 V1 V 2 cos 60
0
เมื่อ V1 และ V2 เป็นขนาดของ V1 และ V 2 ตามล้าดับ
V (10 ) ( 20 ) 2 (10 )( 20 ) cos 60
2 2 2 0
V = 22.5 m/s
19. นั่นคือ ความเร็วลัพธ์ของงรถคันนี้มีค่า 22.5 เมตร/วินาที
2.9 ความเร่ง
ความเร่ง นิยามว่า”เป็นอัตราเปลี่ยนความเร็ว ” พิจารณาการเคลื่อนที่ของรถยนต์ในแนวเส้นตรง (หรือ
วัตถุอื่นใดในแนวเส้นตรง) เริ่มต้นจากจุดหยุดนิ่ง ที่ O วิ่งออกไปเมื่อน้าความเร็วของรถยนต์ที่เวลาต่าง ๆ
กันไปเขียนกราฟจะได้กราฟ ดังรูป2.17
รูป 2.17
จากกราฟ ความเร็ว-เวลา สามารถสรุปได้เป็นข้อ ๆ ดังต่อไปนี้
ความเร่งเฉลี่ย ตามนิยามความเร่งเราสามารถค้านวณค่าความเร่งเฉลี่ยในช่วงเวลาจาก t1 ถึง t2 ได้ดังนี้
v 2 v1 v
a เฉลี่ย = ……………(2-12)
t 2 t1 t
เมื่อ a เฉลี่ย เป็นความเร่งในช่วงเวลาดังกล่าว มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที2; (m/s2) มีทิศทางไปทางเดียวกับ
V2 V 1 และจากกราฟจะพบว่าค่า a เฉลี่ย นี้มีค่าเท่ากับความชัน ของเส้นตรง AB เพราะ
BC v 2 v1
ความชัน = tan …………………(2-13)
AC t 2 t1
ความเร่งขณะใดขณะหนึ่ง จากกราฟในรูป 2.17 ความเร่งขณะใดขณะหนึ่ง เช่น ขณะเวลา t3
สามารถหาได้โดยการลากเส้นตรง MN ให้ สัมผัสเส้นกราฟที่จุด P ค่าความชันของเส้นตรง MN ที่ได้จะ
26. วิธีทา ก. พื้นที่ใต้กราฟความเร็ว - เวลา คือการกระจัดเมื่อสิ้นวินาที 4 จะได้
S = พื้นที่ส่วนที่แรเงาบางๆ ทั้งหมด (รวม ( A ) ด้วย)
แต่การค้านวณพื้นที่ส่วนที่แรเงาบางๆ ทั้งหมด โดยตรงท้าได้ยาก เพราะกราฟโค้งเป็นคลื่นรูปไซน์
(sine wave ) อย่างไรก็ตามจะเห็นว่าพื้นที่ส่วนที่แรเงาด้วยเส้น ( A ) และ (B )แทนกันได้พอดี ดังนั้นพื้นที่
สี่เหลี่ยมผืนผ้าโดยมีความกว้าง 20 m/sและยาว4 s จึงได้
S = 20x 10= 80 m
นั่นคือ การกระจัดเมื่อสิ้นวินาทีที่ 4 มีค่าเท่ากับ 80 เมตร
ข. ความเร่ง ณ เวลา 1 s จะเท่ากับความชันของเส้นตรงที่เราลากสัมผัสเส้นกราฟที่จุด p เส้นตรง
ที่เราลากดังกล่าวนี้จะขนานกับแกน เวลาซึ่งจะได้ความชันของเส้นตรงนี้มีค่าเท่ากับ ศูนย์ จึงได้ความเร่ง ณ
เวลา 1 s เท่ากับ ศูนย์ด้วย
นั่นคือ ความเร่ง ณ เวลา1 วินาที มีค่า 0 เมตรต่อวินาที2
ตัวอย่าง 20 รถ A แล่นด้วยความเร็วคงที่ 40 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ผ่านรถ B ซึ่งก้าลังออกแล่นด้วยความเร่ง
คงที่จนมีความเร็วคงที่ 20 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งกราฟความเร็ว - เวลาของรถทั้งสองคันเป็นดังรูป ถ้าจะ
ให้รถ B แล่นทันรถ A รถ B จะต้องแล่นนานเท่าไรและได้ทางเท่าไร
วิธีทา ให้ เป็นเวลาที่รถ B วิ่งมาทันรถ A พอดี ขณะนั้น แสดงว่ารถ A และ B วิ่งได้ทางเท่ากัน ดังนั้น จาก
รูปในช่วงเวลาจาก 0 ถึง t พื้นที่ใต้กราฟ ความเร็ว – เวลา ของรถ A จะเท่ากับรถ B จึงได้
27. พื้นที่ใต้กราฟ A = พื้นที่ใต้กราฟ B
1
( 40 km/hr)( t ) = t 60 t 60 km / hr
2
4t = 3(2t-20)
4t = 2t-180
t = 90 s ………………(1)
ให้ s เป็นระยะทางที่รถ Bแล่นได้ขณะที่วิ่งมาทันรถ A พอดี จะได้
s = (40 km/hr )(90 s)
= 1 km = 1,000 m ………………(2)
นั่นคือ รถ B แล่นนาน 90 วินาทีจึงหันรถ A ที่ระยะ 1,000 เมตร
ตัวอย่างที่ 21 คนขับรถแข่งกับรถด้วยอัตราเร็วคงที่ 120 กิโลเมตรต่อชั่วโมงซึ่ง อ่านได้จากหน้าปัด ขณะที่รถ
พุ่งเข้าทางโค้งคนขบรถมีอัตราเร็ว 120 กิโลเมตรต่อชั่วโมงตลอดเวลา รถมีความเร่งหรือไม่เพราะเหตุใด
วิธีทา ค้าตอบคือ รถมีความเร่ง
จากรูป สมมติแข่งวิ่งด้วยอัตราเร็ว v ความเร็วเป็น v ก้าลังวิ่งเข้าโค้ง ขณะที่รถเปลี่ยนต้าแหน่ง
จาก A ไป B ความเร็วจะเปลี่ยนไปท้ามุม กับแนวเดิมคือ v ไม่เปลี่ยน ถ้า v3 เป็นความเร็วที่เปลี่ยนไป จะ
ได้
v 3 = v 2 + (- v 1 )
ถ้าในการเปลี่ยนต้าแหน่งจาก A ไป B ใช้เวลา t เราจะได้ความเร่งของรถแข่งเป็น
v3
a
t
เมื่อ a เป็นความเร่งของรถแข่ง ดังนั้น จึงเห็นได้ว่าแม้ว่ารถจะมีอัตราเร็วคงที่ตลอดเวลา แต่
ความเร็วอาจเปลี่ยนได้จึงท้าให้รถมีความเร่งได้
28. ตัวอย่าง 22 รถยนต์คันหนึ่งแล่นด้วยความเร็ว 10 เมตร/วินาที คงที่ตลอดเวลาไปตามทางโค้ง ดังแสดงใน
รูป ในขณะที่รถแล่นจาก A ไป B กินเวลา 10 วินาที และทิศของความเร็วเปลี่ยนไป 20 องศาจงค้านวณ
ความเร่งเฉลี่ยในช่วงเวลาจาก A ถึง B
วิธีทา แม้ว่ารถยนต์จะมีอัตราเร็วคงที่ แต่ทิศทางเปลี่ยนแสดงว่าความเร็วเปลี่ยนไปด้วย ซึ่งกรณีนี้จะคล้าย
กับตัวอย่าง 21 และถ้า v3 เป็นความเร็วที่เปลี่ยนไปจะได้
v 3 v 2 ( v1 ) ……………(1)
ตามสมการ (1) สามารถค้านวณได้โดยใช้รูปประกอบซึ่งเป็นการหา v3 โดยการสร้างสี่เหลี่ยม
v3
ด้านขนาน ABCD ด้วยวิธีนี้จะได้
2 2 2 0
v3 v1 v 2 2 v1v 2 cos 120
= (10)2+(10)2+2(10)(10)cos 1200
v 3 = 10m/s
แสดงว่าในการเคลื่อนที่จาก A ไป B ความเร็วเปลี่ยนไป 10m/s ดังนั้นถ้า a เป็นความเร่งในการ
เคลื่อนที่จาก A ไป B จะได้
a= v3
t
= 10
= 1m/s
10
นั่นคือ ความเร่งเฉลี่ยในช่วงเวลา A ถึง B มีค่า 1 เมตร/วินาที2
29. 2.10. สมการสาหรับคานวณหาปริมาณต่าง ๆ ของการเคลื่อนที่แนวตรงด้วยความเร็ว
คงตัว
พิจารณาการเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวเส้นตรงด้วยความเร็วต้น u และเมื่อเวลาผ่านไป t วินาที วัตถุมี
ความเร็ว v ดูรูป 2.22 ประกอบถ้า a มีความเร่งซึ่งคงที่ และ s เป็นการกระจัดของวัตถุเมื่อเวลาผ่านไป t เรา
จะได้ความสัมพันธ์ระหว่าง u, v, a, t, และ s เป็น
v = u+at ………….(2-14)
S = ut+ 1 at 2
2
…………..(2-15)
v2 = u2+2as …………….(2-12)
ทั้งสามสมการนี้ใช้เพื่อการค้านวณเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงด้วยความเร่งคงที่ ตัวอย่าง
ของวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่ เช่น วัตถุที่ตกอย่างเสรีในสนามความโน้มถ่วงของโลกฯลฯ
ตัวอย่าง 23 จงพิสูจน์สมการ (2-14),(2-15),และ(2-12)
วิธีทา พิสูจน์สมการ (2-14) จากรูป 2.22 และจากนิยามของความเร่งจะได้
vu
a=
t
v = u+at ……………….(1)
พิสูจน์สมการ(2-15) จากรูป 2.22 พื้นที่ใต้กราฟส่วนที่แรเงาคือ การกระจัด s ในช่วงเวลาจาก 0 ถึง t
จะได้
s= 1
(u+v)t ………………(2)
2
แทนค่า v ในสมการ (1) ลงในสมการ (2) จะได้
30. 1
s = 2 ( u u at ) t
1
= ( 2 u at ) t
2
s = ut+ 1 at2 …………………..(3)
2
พิสูจน์ (2-12) จากสมการ (1) สามารถหา t ได้ดังนี้
vu
t=
a
แทนค่า t จากสมการ (4)ลงในสมการ (2) จะได้
1 (v u )
s= (u v)
2 a
2sa = (u+v)(v-u)
2as = v2-u2
2
v = u +2as
2
ตัวอย่าง 24 ชายคนหนึ่งเริ่มวิ่งออกจากจุด A ไปในแนวเส้นตรงด้วยความเร็ว ( u ) 1 เมตร/วินาที และด้วย
ความเร่งคงที่ 10 เมตร/วินาที 2 เมื่อเขาวิ่งมาถึงจุด B เขาใช้เวลาไปทั้งหมด 20 วินาที จงหาการกระจัด
ระหว่าง A กับ B และความเร็ว( v ) ที่จุด B ของชายคนนั้น
วิธีทา ให้ s เป็นการกระจัดระหว่าง A กับ B ตามสมการ ผ2-15) จะได้
s = ut + 1 at 2
2
= (1)(20)+ 1 (10)(20)2
2
v = 2,020 m
นั่นคือ การกระจัดระหว่าง A กับ B มีค่า 2,020 เมตร
ตามสมการ (2-14) จะสามารถค้านวณความเร็ว v ได้ดังนี้
v = u+at
s = 1+(10)(20) = 201 m/s
นั่นคือ ความเร็วของชายคนนั้นที่จุด B มีค่า 201 เมตร/วินาที
31. ตัวอย่าง 25 จากตัวอย่าง 24 ถ้าชายนั้นเริ่มออกวิ่งด้วยความเร็ว 100 เมตร/วินาที และวิ่งด้วยความหน่วง 10
เมตร/วินาที ถามวานานเท่าไรเขาจึงจะหยุดและเมื่อหยุดแล้วการกระจัดเป็นเท่าใด
วิธีทา ให้ t เป็นเวลาที่เขาใช้ทั้งหมดตั้งแต่เริ่มวิ่งจนกระทั่งหยุด ตามสมการ(2-14) จะได้
v = u+at
0 = (100)+(-10): (แทน a ด้วยเครื่องหมายลบ)
t = 10s
นั่นคือ เขาจะต้องใช้เวลาทั้งหมด 10 วินาที จึงจะหยุดวิ่ง
ให้ s เป็นการกระจัดตั้งแต่เริ่มวิ่งจนกระทั่งหยุด ตามสมการ (2-15) จะได้
s = ut+ 1 at2
2
= (100)(10)+ 1 (-10)(10); (แทน a ด้วยเครื่องหมายลบ)
2
= 500 m
นั่นคือ การกระจัดมีค่า 500 เมตร
ข้อสังเกต ความหน่วงเมื่อใช้กับสมการ (2-14) ถึง (2-12) จะแทนเครื่องหมายลบ
ตัวอย่าง 22 นักวิ่งออกจากจุดเริ่มต้นด้วยความเร็ว 10 เมตร/วินาที2 พุ่งเข้าสู่เส้นชัยซึ่งห่างออกไป 100 เมตร
โดยหยุดทันทีที่เส้นชัย ถ้าในการวิ่งตลอดระทางกินเวลาทั้งหมด 10 วินาที ในช่วงก่อนเข้าสู่เส้นชัยนักวิ่ง
ต้องวิ่งด้วยความหน่วงเท่าไรนับจากที่เขาวิ่งด้วยความเร็วสูงสุด
วิธีทา
นักวิ่งออกจากจุดเริ่มต้นด้วยความเร็วเป็นศูนย์ให้มีความเร่ง a1 เมื่อวิ่งไปได้ทาง s1 สมมุติว่ามี
ความเร็วเป็น v สูงสุด จากนั้นจึงวิ่งด้วยความเร่ง –a2 (ความหน่วง ) จนกระทั่งไปหยุดที่เส้นชัย ระยะจาก
B ถึง C เท่ากับ s2 พอดี ให้ t1 และ t2 เป็นเวลาที่นักวิ่งใช้วิ่งจาก A B และ B C ตามล้าดับ
เมื่อน้าความเร็วกับมาเขียนกราฟ จะได้ดังนี้
32. หา v เมื่อ v เป็นความเร็วสูงสุด จากกราฟจะเห็นว่า
s1+s2 = พื้นที่ใต้กราฟ = 1
(t2)(v)
2
100 = 1 (10) v
2
v = 20 m/s
หา t1 จาก v = u+at
20 = 0+(10)t1
t1 = 2 s
หา a2 จาก v = u+at
0 = 20+a2(t2-t1)
20 20
a2 =
t 2 t1 10 2
a2 = -2.5 m/s
นั่นคือ นักวิ่งต้องวิ่งด้วยความหน่วง 2.5 เมตร/วินาที2
ตัวอย่าง 27 รถยนต์ออกวิ่งในแนวเส้นตรงด้วยความเร็วต้น 20 เมตร/วินาที โดยมีความเร่งตามที่กราฟแสดง
อยากทราบว่า
33. ก. เมื่อสิ้นวินาทีที่ 4 รถยนต์จะมีความเร็วเท่าไร
ข. เมื่อสิ้นวินาทีที่ 4 รถยนต์จะวิ่งได้ทางเท่าไร
วิธีทา ก. ให้ u เป็นความเร็วต้นของรถยนต์ V1 และ V2 เป็นความเร็วของรถเมื่อสิ้นวินาทีที่ 2 และ 4
ตามล้าดับ ดูรูปประกอบ ให้ a1 และ a2 เป็นความเร่งในช่วงเวลา 0-2 s และ 2-4 s ตามล้าดับ
ตามสมการ(2-14) การเคลื่อนที่ในช่วง 0-2 s จะได้ v1 ดังนี้
v1 = u-a1t2
= 20-(5)(2) = 10 m/s
ตามสมการ(2-14) การเคลื่อนที่ในช่วง 2-4 s จะได้ v2 ดังนี้
v2 = v1+a2(t3-t2)
= 10 +(5)(2) = 20 m/s
นั่นคือ เมื่อสิ้นวินาทีที่ 4 รถยนต์จะมีความเร็ว 20 เมตร/วินาที
ข.ตามสมการ (2-15) การเคลื่อนที่ในล่วง 0-2 s จะได้ s2 ดังนี้
s1 = ut2- 1 a1t 2
2
2
= (20)(2) - 1 (5)(2)2 = 30 m
2
ตามสมการ (2-15) การเคลื่อนที่ในล่วง 2-4 s จะได้ s2 ดังนี้
s2 = v1(t3-t2)+ 1 a2(t3-t2)2
2
= (10)(2)+ (5)(2)2 = 30 m
1
2
ให้ s เป็นระยะทางที่รถยนต์เคลื่อนที่ไปได้เมื่อสิ้นวินาทีที่ 4 จะได้
s = s1+s2