วันศุกร์ที่ 30 มีนาคม พ.ศ. 2561

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์


ความหมายของการเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์
      
  

         โพรเจกไทล์ (projectile) ในภาษาอังกฤษหมายถึง วัตถุที่ขว้างหรือยิงออกไป เช่น ก้อนหินที่ถูกขว้างออกไปหรือลูกกระสุนที่ถูกยิงออกไป ทั้งนี้ในบริเวณใกล้ผิวโลกตามปกติการเคลื่อนที่ของวัตถุดังกล่าวจะสังเกตได้ว่ามีวิถีโค้ง แต่จะโค้งอย่างใดโดยละเอียดและทำไมจึงโค้งเช่นนั้นจะได้ศึกษากันต่อไป การเคลื่อนที่ตามรูปแบบที่วัตถุดังกล่าวเคลื่อนที่ไป โดยเฉพาะเมื่อไม่มีแรงต้านทานของอากาศหรือแรงต้านทานมีผลน้อยจนไม่ต้องนำมาคิด จะเรียกว่า การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ (projectile motion) ในกรณีที่แรงต้านทานของอากาศมีผลต่อการเคลื่อนที่เนื่องจากวัตถุเบา หรือเนื่องจากเคลื่อนที่เร็วและมีการหมุน วิถีการเคลื่อนที่จะแตกต่างออกไปจากการเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์และไม่นับเป็นการเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ เช่น การเคลื่อนที่ของลูกแบดมินตัน ลูกกอล์ฟ ลูกฟุตบอลที่หมุน ฯลฯ




กาลิเลโอ




       ได้อธิบายว่าถ้าจะศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุแบบโพรเจกไทด์ ต้องแยกศึกษาส่วนประกอบในแนวราบและในแนวดิ่งอย่างอิสระไม่เกี่ยวข้องกัน
      
      โดยในแนวดิ่งจะมีแรงเนื่องจากแรงดึงดูดของโลกกระทำต่อวัตถุให้เคลื่อนที่ลงด้วยความเร่ง และในเวลาเดียวกับที่วัตถุถูกดึงลงโพรเจกไทล์ก็ยังคงเคลื่อนที่ตรงในแนวราบด้วย ( หลักความเฉื่อยของกาลิเลโอ)เขาแสดงให้เห็นว่า โพรเจกไทล์นั้นได้ จะประกอบด้วยการเคลื่อนที่ 2 แนว พร้อม ๆกัน โดยในแต่ละแนวนั้นจะเคลื่อนที่อย่างอิสระไม่เกี่ยวข้องกัน และยังพบว่าเส้นทางการเคลื่อนที่ของโพรเจกไทล์จะเป็นรูปเรขาคณิต ที่เรียกว่า "พาราโบลา"
 

พิจารณาในแนวดิ่ง




        ในกรณีที่เราไม่คิดแรงต้านทานของอากาศ วัตถุทุกชนิดที่อยู่บนโลกนี้ถ้าปล่อยจากที่สูงระดับเดียวกัน วัตถุจะตกถึงพื้นในเวลาเท่ากัน โดยไม่ขึ้นอยู่กับขนาด หรือน้ำหนักของวัตถุ











พิจารณาในแนวดิ่งและในแนวการเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์






          พิจารณาวัตถุ 2 ก้อนที่ตกจากที่ระดับเดียวกัน โดยก้อนแรกปล่อยให้เคลื่อนที่ลงในแนวดิ่งอิสระ ก้อนที่ สอง เคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ จะเห็นว่าวัตถุทั้งสองจะตกถึงพื้นดินพร้อมกัน








พิจารณาการเคลื่อนในแนวดิ่ง แนวราบ และในแนวโพรเจกไทล






              พิจารณาการเคลื่อนที่ของวัตถุที่ มีการเคลื่อนที่ 3 แนวพร้อมกัน คือ การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งอิสระ การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ และการเคลื่อนที่ในแนวราบ จะเห็นว่าวัตถุจะตกถึงพื้นพร้อมกัน นั่นคือเวลาที่ใช้จะเท่ากันทุกแนว








หลักการคำนวณในแนวราบ




     เนื่องจากในแนวราบวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสม่ำเสมอ ค่าคงที่ และ a=0 ดังนั้นสมการที่เกี่ยวข้องจึงมีสมการเดียว คือ






หลักการคำนวณในแนวดิ่ง






เนื่องจากในแนวดิ่งวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่ (g)










หลักการคำนวณ



และในการหาความเร็วในขณะใด ๆ หาได้จาก






การหาการกระจัดในเวลาใด ๆ หาได้จาก










ตัวอย่างการคำนวณเรื่องการเคลื่อนที่แบบโพรเจคไทล์


1.  ขว้างก้อนหินด้วยความเร็วต้น 15 เมตร/วินาที จากขอบหน้าผาสูง 20 เมตร ไปตกลงบนพื้นด้านล่างก้อนหินจะตกห่างจากขอบหน้าผากี่เมตร


วิธีทำ









ตอบ ก้อนหินจะตกห่างจากขอบหน้าผา 30 เมตร