Skip to content · ⁨ข้ามไปยังเนื้อหา⁩

Kinematics · ⁨จลนศาสตร์⁩

AP Physics C: Mechanics · Topic 1 · ⁨หัวข้อ 1⁩

Video lesson for this topic · ⁨บทเรียนวิดีโอสำหรับหัวข้อนี้⁩ Open the video page · ⁨เปิดหน้าวิดีโอ⁩
7:31

จลนศาสตร์

จรวดยกตัวขึ้น ทุกวินาทีเครื่องยนต์ทำงานหนักขึ้น ดังนั้นความเร่งก็เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ลองหาความเร็วของมันด้วยสมการจากบทแรกของคุณดูสิ...

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ⁩

1.1

Scalars and Vectors · ⁨สเกลาร์และเวกเตอร์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 1.1.A: Describe a scalar or vector quantity using magnitude and direction, as appropriate.

  • 1.1.A.1 Scalars are quantities described by magnitude only; vectors are quantities described by both magnitude and direction.
  • 1.1.A.2 Vectors can be visually modeled as arrows with appropriate direction and lengths proportional to their magnitude.
  • 1.1.A.3 Distance and speed are examples of scalar quantities, while position, displacement, velocity, and acceleration are examples of vector quantities.
  • 1.1.A.4 Vectors can be expressed in unit vector notation or as a magnitude and a direction.
    • 1.1.A.4.i Unit vector notation can be used to represent vectors as the sum of their constituent components in the $x$-, $y$-, and $z$-directions, denoted by $\hat{i}$, $\hat{j}$, and $\hat{k}$, respectively.
      • Equation: $\vec{r} = \left( A\hat{i} + B\hat{j} + C\hat{k} \right)$
    • 1.1.A.4.ii The position vector of a point is given by $\vec{r}$, and the unit vector in the direction of the position vector is denoted $\hat{r}$.
    • 1.1.A.4.iii A resultant vector is the vector sum of the addend vectors' components.
      • Equation: $\vec{C} = \vec{A} + \vec{B}$
      • Equation: $\vec{C} = \left( A_x + B_x \right)\hat{i} + \left( A_y + B_y \right)\hat{j}$
  • 1.1.A.5 In a given one-dimensional coordinate system, opposite directions are denoted by opposite signs.
ไทย

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 1.1.A: อธิบายปริมาณสเกลาร์หรือเวกเตอร์โดยใช้ขนาดและทิศทาง ตามความเหมาะสม

  • 1.1.A.1 สเกลาร์คือปริมาณที่อธิบายได้ด้วยขนาดเพียงอย่างเดียว; เวกเตอร์คือปริมาณที่อธิบายได้ด้วยทั้งขนาดและทิศทาง
  • 1.1.A.2 เวกเตอร์สามารถแสดงด้วยภาพเป็นลูกศรที่มีทิศทางที่เหมาะสมและความยาวแปรผันตรงกับขนาดของมัน
  • 1.1.A.3 ระยะทางและอัตราเร็วเป็นตัวอย่างของปริมาณสเกลาร์ ในขณะที่ตำแหน่ง, การกระจัด, ความเร็ว, และความเร่งเป็นตัวอย่างของปริมาณเวกเตอร์
  • 1.1.A.4 เวกเตอร์สามารถแสดงในรูปProgramming unit vector notation หรือเป็นขนาดและทิศทาง
    • 1.1.A.4.i Unit vector notation สามารถใช้แทนเวกเตอร์ด้วยการบวกองค์ประกอบย่อยของเวกเตอร์ในทิศทาง $x$-, $y$-, และ $z$- ซึ่งระบุด้วย $\hat{i}$, $\hat{j}$, และ $\hat{k}$ ตามลำดับ
      • สมการ: $\vec{r} = \left( A\hat{i} + B\hat{j} + C\hat{k} \right)$
    • 1.1.A.4.ii Position vector ของจุดกำหนดโดย $\vec{r}$ และ unit vector ในทิศทางของ position vector ระบุด้วย $\hat{r}$
    • 1.1.A.4.iii Resultant vector คือผลบวกของเวกเตอร์ขององค์ประกอบของเวกเตอร์ที่บวกกัน
      • สมการ: $\vec{C} = \vec{A} + \vec{B}$
      • สมการ: $\vec{C} = \left( A_x + B_x \right)\hat{i} + \left( A_y + B_y \right)\hat{j}$
  • 1.1.A.5 ในระบบพิกัดแบบหนึ่งมิติ ทิศทางตรงข้ามจะระบุด้วยเครื่องหมายตรงข้าม

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

Kinematics 运动学 describes motion. Two kinds of quantity:

  • A scalar 标量 has only size (magnitude 大小): distance, speed, mass, time.
  • A vector 矢量 has magnitude and direction: displacement, velocity, acceleration, force.

In this calculus-based course you resolve vectors into components 分量 and add them component by component; a vector's magnitude is $\sqrt{v_x^2+v_y^2+\cdots}$. Physics C also writes vectors with unit vectors 单位矢量: $\vec{v}=v_x\hat{i}+v_y\hat{j}$, where $\hat{i}$ and $\hat{j}$ are directions of length one along $x$ and $y$ – handy because calculus can then act on each component separately.

ไทย

จลนศาสตร์ อธิบายการเคลื่อนที่ มีสองประเภทของปริมาณ:

  • สเกลาร์ มีเพียงขนาด (magnitude): ระยะทาง, ความเร็ว, มวล, เวลา
  • เวกเตอร์ มีทั้งขนาด และ ทิศทาง: การกระจัด, ความเร็ว, ความเร่ง, แรง

ในรายวิชาที่ใช้แคลคูลัสนี้ คุณแยกเวกเตอร์ออกเป็น ส่วนประกอบ และบวกทีละส่วน; ขนาดของเวกเตอร์คือ $\sqrt{v_x^2+v_y^2+\cdots}$. Physics C ยังเขียนเวกเตอร์ด้วย เวกเตอร์หน่วย: $\vec{v}=v_x\hat{i}+v_y\hat{j}$, โดยที่ $\hat{i}$ และ $\hat{j}$ เป็นทิศทางที่มีความยาวหนึ่งตาม $x$ และ $y$ – สะดวกเพราะแคลคูลัสสามารถกระทำต่อแต่ละส่วนประกอบแยกต่างหาก

การแยกเวกเตอร์ออกเป็น:x และ y components
การแยกเวกเตอร์ออกเป็น:x และ y components
มาตรวัดความเร็วรถยนต์: ความเร็วคือขนาดของความเร็ว vector — อัตราการเคลื่อนที่เป็นสเกลาร์
มาตรวัดความเร็วรถยนต์: ความเร็วคือขนาดของความเร็ว vector — อัตราการเคลื่อนที่เป็นสเกลาร์
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Explore the dot product · ⁨สำรวจผลคูณสเกลาร์⁩

Drag the components of $\vec{A}$ and $\vec{B}$. The dot product $\vec{A}\cdot\vec{B}=A_xB_x+A_yB_y$ reaches zero exactly when the two vectors are perpendicular — the geometry behind $\cos\theta$. · ⁨ลากองค์ประกอบของ $\vec{A}$ และ $\vec{B}$ ผล ผลคูณสเกลาร์ $\vec{A}\cdot\vec{B}=A_xB_x+A_yB_y$ จะเท่ากับ ศูนย์ พอดีเมื่อเวกเตอร์ทั้งสอง ตั้งฉากกัน — ซึ่งเป็นเรขาคณิตเบื้องหลัง $\cos\theta$⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
magnitude/ˈmæɡnɪtjuːd/ ขนาด
vector/ˈvektə/ เวกเตอร์
components/kəmˈpəʊnənts/ components
unit vectors/ˈjuːnɪt ˈvektəz/ เวกเตอร์หน่วย
1.2

Displacement, Velocity, and Acceleration · ⁨การกระจัด, ความเร็ว, และความเร่ง⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 1.2.A: Describe a change in an object's position.

  • 1.2.A.1 When using the object model, the size, shape, and internal configuration are ignored. The object may be treated as a single point with extensive properties such as mass and charge.
  • 1.2.A.2 Displacement is the change in an object's position.
    • Equation: $\Delta x = x - x_0$

Learning Objective 1.2.B: Describe the average velocity and acceleration of an object.

  • 1.2.B.1 Averages of velocity and acceleration are calculated considering the initial and final states of an object over an interval of time.
  • 1.2.B.2 Average velocity is the displacement of an object divided by the interval of time in which that displacement occurs.
    • Equation: $\vec{v}_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta \vec{x}}{\Delta t}$
  • 1.2.B.3 Average acceleration is the change in velocity divided by the interval of time in which that change in velocity occurs.
    • Equation: $\vec{a}_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}$
  • 1.2.B.4 An object is accelerating if either the magnitude and/or direction of the object's velocity are changing.
  • 1.2.B.5 Calculating average velocity or average acceleration over a very small time interval yields a value that is very close to the instantaneous velocity or instantaneous acceleration.

Learning Objective 1.2.C: Describe the instantaneous position, velocity, and acceleration of an object as a function of time.

  • 1.2.C.1 As the time interval used to calculate the average value of a quantity approaches zero, the average value of that quantity approaches the value of the quantity at that instant, called the instantaneous value.
    • 1.2.C.1.i Instantaneous velocity is the rate of change of the object's position, which is equal to the derivative of position with respect to time.
      • Equation: $\vec{v} = \dfrac{d\vec{r}}{dt}$
      • Equation: $v_x = \dfrac{dx}{dt}$
    • 1.2.C.1.ii Instantaneous acceleration is the rate of change of the object's velocity, which is equal to the derivative of velocity with respect to time.
      • Equation: $\vec{a} = \dfrac{d\vec{v}}{dt}$
      • Equation: $a_x = \dfrac{dv_x}{dt}$
  • 1.2.C.2 Time-dependent functions and instantaneous values of position, velocity, and acceleration can be determined using differentiation and integration.
ไทย

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 1.2.A: อธิบายการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของวัตถุ

  • 1.2.A.1 เมื่อใช้โมเดลวัตถุ ขนาด รูปร่าง และการจัดเรียงภายในถูกตัดทอนไป วัตถุนั้นอาจถูกพิจารณาเป็นจุดเดียวที่มีคุณสมบัติเชิง extensive เช่น มวลและประจุไฟฟ้า
  • 1.2.A.2 การกระจัดคือการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของวัตถุ
    • สมการ: $\Delta x = x - x_0$

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 1.2.B: อธิบายความเร็วเฉลี่ยและความเร่งเฉลี่ยของวัตถุ

  • 1.2.B.1 ค่าเฉลี่ยของความเร็วและความเร่งคำนวณโดยพิจารณาจากสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายของวัตถุในช่วงเวลาหนึ่ง
  • 1.2.B.2 ความเร็วเฉลี่ยคือค่าของการกระจัดของวัตถุหารด้วยช่วงเวลาที่ยังมีการกระดกลนั้นเกิดขึ้น
    • สมการ: $\vec{v}_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta \vec{x}}{\Delta t}$
  • 1.2.B.3 ความเร่งเฉลี่ยคือค่าของการเปลี่ยนแปลงความเร็วหารด้วยช่วงเวลาที่ยังเกิดการเปลี่ยนแปลงความเร็วนั้นขึ้น
    • สมการ: $\vec{a}_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}$
  • 1.2.B.4 วัตถุกำลังมีความเร่งหากขนาดและ/หรือทิศทางของความเร็วของวัตถุนั้นกำลังเปลี่ยนไป
  • 1.2.B.5 การคำนวณความเร็วเฉลี่ยหรือความเร่งเฉลี่ยในช่วงเวลาที่สั้นมากจะได้ค่าที่ใกล้เคียงกับความเร็วทันทีหรือความเร่งทันทีมาก

จุดประสงค์การเรียนรู้ 1.2.C: อธิบายตำแหน่ง ความเร็ว และความเร่งของวัตถุในฐานะฟังก์ชันของเวลา

  • 1.2.C.1 เมื่อช่วงเวลาที่ใช้ในการคำนวณค่าเฉลี่ยของปริมาณหนึ่งเข้าใกล้ศูนย์ ค่าเฉลี่ยของปริมาณนั้นจะเข้าใกล้ค่าของปริมาณ ณ วินาทีนั้น ซึ่งเรียกว่าค่าทันที (instantaneous value)
    • 1.2.C.1.i ความเร็วทันทีคืออัตราการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของวัตถุ ซึ่งเท่ากับอนุพันธ์ของตำแหน่งเทียบกับเวลา
      • สมการ: $\vec{v} = \dfrac{d\vec{r}}{dt}$
      • สมการ: $v_x = \dfrac{dx}{dt}$
    • 1.2.C.1.ii ความเร่งทันทีคืออัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็วของวัตถุ ซึ่งเท่ากับอนุพันธ์ของความเร็วเทียบกับเวลา
      • สมการ: $\vec{a} = \dfrac{d\vec{v}}{dt}$
      • สมการ: $a_x = \dfrac{dv_x}{dt}$
  • 1.2.C.2 ฟังก์ชันที่ขึ้นอยู่กับเวลาและค่าทันทีของตำแหน่ง ความเร็ว และความเร่ง สามารถหาได้โดยใช้การหาอนุพันธ์และการอินทิเกรต

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English
Projectile motion is two independent motions

Because motion can change continuously, define the rates as derivatives 导数:

$$v=\frac{dx}{dt},\qquad a=\frac{dv}{dt}=\frac{d^2x}{dt^2}.$$
Reversing this, integrate to recover velocity and position:
$$v(t)=v_0+\int_0^t a\,dt,\qquad x(t)=x_0+\int_0^t v\,dt.$$
Distinguish the average from the instantaneous: average velocity 平均速度 is $\Delta x/\Delta t$ over an interval, while instantaneous velocity 瞬时速度 is the derivative at one moment – the slope of the tangent line, and what a speedometer shows.

For constant acceleration these give the familiar kinematic equations ($v=v_0+at$, $x=x_0+v_0t+\tfrac12at^2$, $v^2=v_0^2+2a\,\Delta x$). The most important constant-$a$ case is free fall 自由落体: near Earth's surface every object, heavy or light, accelerates downward at $g=9.8\ \text{m/s}^2$ once air resistance is negligible. When $a$ or $v$ varies with time, use the integrals directly.

Worked example. A particle moves with $x(t)=2t^3-3t^2$ (metres). Differentiate for velocity and acceleration:

$$v=\frac{dx}{dt}=6t^2-6t,\qquad a=\frac{dv}{dt}=12t-6.$$
At $t=2\ \text{s}$, $v=24-12=12\ \text{m/s}$ and $a=24-6=18\ \text{m/s}^2$. This calculus link – not just the constant-$a$ formulas – is what distinguishes Physics C.

Worked example. A particle starts from rest at the origin with $a(t)=6t$. Integrate: $v=\int 6t\,dt=3t^2$ and $x=\int 3t^2\,dt=t^3$. At $t=2\ \text{s}$, $v=12\ \text{m/s}$ and $x=8\ \text{m}$.

ไทย
Projectile motion is two independent motions

เนื่องจาก.motion สามารถเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง, นิยามอัตราเป็นการ ดิฟเฟอเรนเทียล (derivatives):

$$v=\frac{dx}{dt},\qquad a=\frac{dv}{dt}=\frac{d^2x}{dt^2}.$$
กลับด้านนี้, integrate เพื่อ recovering velocity and position:
$$v(t)=v_0+\int_0^t a\,dt,\qquad x(t)=x_0+\int_0^t v\,dt.$$
แยกแยะ เฉลี่ย กับ ทันที: ความเร็วเฉลี่ย คือ $\Delta x/\Delta t$ ในช่วงเวลาหนึ่ง, mientras ความเร็วทันที คือ derivative ณ某一个 moment – ความชันของเส้นสัมผัส และสิ่งที่แสดงบนมาตรวัดความเร็ว

สำหรับ ความเร่งคงที่ สมการเหล่านี้ให้สมการจลนศาสตร์ที่คุ้นเคย ($v=v_0+at$, $x=x_0+v_0t+\tfrac12at^2$, $v^2=v_0^2+2a\,\Delta x$). กรณีที่สำคัญที่สุดของความเร่ง$a$คงที่คือ การตกอิสระ: ใกล้พื้นผิวโลกวัตถุทุกชนิด无论หนักหรือเบา จะเร่งลงที่ $g=9.8\ \text{m/s}^2$ เมื่อแรงต้านอากาศน้อยมาก. เมื่อ $a$ หรือ $v$แปรผันตามเวลา, ใช้ integrals โดยตรง

ตัวอย่างวิธีทำ. อนุภาคเคลื่อนที่ด้วย $x(t)=2t^3-3t^2$ (เมตร). ดิฟเพื่อหา velocity and acceleration:

$$v=\frac{dx}{dt}=6t^2-6t,\qquad a=\frac{dv}{dt}=12t-6.$$
ที่ $t=2\ \text{s}$, $v=24-12=12\ \text{m/s}$ และ $a=24-6=18\ \text{m/s}^2$. ความเชื่อมโยงด้วย calculus นี้ – ไม่ใช่แค่สูตร constant-$a$ – คือสิ่งที่แยก Physics C ออกมา

ตัวอย่างวิธีทำ. อนุภาคเริ่มจากหยุดนิ่งที่จุดกำเนิดด้วย $a(t)=6t$. Integrate: $v=\int 6t\,dt=3t^2$ และ $x=\int 3t^2\,dt=t^3$. ที่ $t=2\ \text{s}$, $v=12\ \text{m/s}$ และ $x=8\ \text{m}$.

บนกราฟความเร็ว–เวลา ความชันคือความเร่งและพื้นที่คือ displacement
บนกราฟความเร็ว–เวลา ความชันคือความเร่งและพื้นที่คือ displacement
รถไฟความเร็วสูง: Kinematics อธิบายการกระจัด, ความเร็ว และความเร่งตามเวลา
รถไฟความเร็วสูง: Kinematics อธิบายการกระจัด, ความเร็ว และความเร่งตามเวลา
Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
Kinematics/ˌkɪnɪˈmætɪks/ จลนศาสตร์
scalar/ˈskeɪlə/ สเกลาร์
derivatives/dɪˈrɪvətɪvz/ อนุพันธ์
average velocity/ˈævrɪdʒ vəˈlɒsɪti/ ความเร็วเฉลี่ย
instantaneous velocity/ˌɪnstənˈteɪnɪəs vəˈlɒsɪti/ ความเร็วทันที
free fall/friː fɔːl/ การตกอย่างอิสระ
reference frame/ˈrefrəns freɪm/ กรอบอ้างอิง
relative motion/ˈrelətɪv ˈməʊʃn/ การเคลื่อนที่สัมพัทธ์
projectile motion/prəˈdʒektaɪl ˈməʊʃn/ การเคลื่อนที่ของโปรเจกไทล์
1.3

Representing Motion · ⁨การแสดงการเคลื่อนที่⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 1.3.A: Describe the position, velocity, and acceleration of an object using representations of that object's motion.

  • 1.3.A.1 Motion can be represented by motion diagrams, figures, graphs, equations, and narrative descriptions.
  • 1.3.A.2 For constant acceleration, three kinematic equations can be used to describe instantaneous linear motion in one dimension:
    • Equation: $v_x = v_{x0} + a_x t$
    • Equation: $x = x_0 + v_{x0} t + \dfrac{1}{2} a_x t^2$
    • Equation: $v_x^2 = v_{x0}^2 + 2a_x \left( x - x_0 \right)$
    • Note: The equations above are written to indicate motion in the $x$-direction, but these equations can be used in any single dimension as appropriate.
  • 1.3.A.3 Near the surface of Earth, the vertical acceleration caused by the force of gravity is downward, constant, and has a measured value approximately equal to
    • Equation: $a_g = g \approx 10 \ \text{m/s}^2$.
  • 1.3.A.4 Graphs of position, velocity, and acceleration as functions of time can be used to find the relationships between those quantities.
    • 1.3.A.4.i An object's instantaneous velocity is the rate of change of the object's position, which is equal to the slope of a line tangent to a point on a graph of the object's position as a function of time.
      • Equation: $v_x = \dfrac{dx}{dt}$
    • 1.3.A.4.ii An object's instantaneous acceleration is the rate of change of the object's velocity, which is equal to the slope of a line tangent to a point on a graph of the object's velocity as a function of time.
      • Equation: $a_x = \dfrac{dv_x}{dt}$
    • 1.3.A.4.iii The displacement of an object during a time interval is equal to the area under the curve of a graph of the object's velocity as a function of time (i.e., the area bounded by the function and the horizontal axis for the appropriate interval).
      • Equation: $\Delta x = \displaystyle\int_{t_1}^{t_2} v_x(t) \ dt$
    • 1.3.A.4.iv The change in velocity of an object during a time interval is equal to the area under the curve of a graph of the acceleration of the object as a function of time.
      • Equation: $\Delta v_x = \displaystyle\int_{t_1}^{t_2} a_x(t) \ dt$

Boundary statement: AP Physics C: Mechanics and AP Physics C: Electricity and Magnetism expects that for all situations in which a numerical quantity is required for g, the value $g \approx 10 \ \text{m/s}^2$ will be used. However, students will not be penalized for correctly using the more precise commonly accepted values of $g = 9.81 \ \text{m/s}^2$ or $g = 9.8 \ \text{m/s}^2$.

ไทย

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 1.3.A: อธิบายตำแหน่ง, ความเร็ว, และความเร่งของวัตถุโดยใช้การแสดงการเคลื่อนที่ของวัตถุนั้น

  • 1.3.A.1 การเคลื่อนที่สามารถแสดงได้ด้วยแผนภาพการเคลื่อนที่, ภาพ, กราฟ, สมการ, และการบรรยายแบบข้อความ
  • 1.3.A.2 สำหรับกรณีที่มีความเร่งคงที่ สามารถใช้สมการจลนศาสตร์สามสมการเพื่ออธิบายการเคลื่อนที่เชิงเส้นทันทีในหนึ่งมิติ:
    • สมการ: $v_x = v_{x0} + a_x t$
    • สมการ: $x = x_0 + v_{x0} t + \dfrac{1}{2} a_x t^2$
    • สมการ: $v_x^2 = v_{x0}^2 + 2a_x \left( x - x_0 \right)$
    • หมายเหตุ: สมการข้างต้นเขียนขึ้นเพื่อแสดงการเคลื่อนที่ใน $x$-ทิศทาง แต่สมการเหล่านี้สามารถใช้ได้ในทุกมิติเดียวตามความเหมาะสม
  • 1.3.A.3 ใกล้พื้นผิวโลก ความเร่งแนวตั้งที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงมีทิศลง มีค่าคงที่ และมีค่าที่วัดได้ประมาณเท่ากับ
    • สมการ: $a_g = g \approx 10 \ \text{m/s}^2$.
  • 1.3.A.4 กราฟของตำแหน่ง, ความเร็ว, และความเร่งในฟังก์ชันของเวลาสามารถใช้เพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเหล่านั้นได้
    • 1.3.A.4.i ความเร็วทันทีของวัตถุคืออัตราการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของวัตถุ ซึ่งมีค่าเท่ากับความชันของเส้นสัมผัสกับจุดบนกราฟตำแหน่งของวัตถุในฟังก์ชันของเวลา
      • สมการ: $v_x = \dfrac{dx}{dt}$
    • 1.3.A.4.ii ความเร่งทันทีของวัตถุคืออัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็วของวัตถุ ซึ่งมีค่าเท่ากับความชันของเส้นสัมผัสกับจุดบนกราฟความเร็วของวัตถุในฟังก์ชันของเวลา
      • สมการ: $a_x = \dfrac{dv_x}{dt}$
    • 1.3.A.4.iii การกระจัดของวัตถุในช่วงเวลาหนึ่งมีค่าเท่ากับพื้นที่ใต้เส้นโค้งของกราฟความเร็วของวัตถุในฟังก์ชันของเวลา (นั่นคือ พื้นที่ที่ถูกปิดล้อมโดยฟังก์ชันและแกนแนวนอนสำหรับช่วงเวลาที่กำหนด)
      • สมการ: $\Delta x = \displaystyle\int_{t_1}^{t_2} v_x(t) \ dt$
    • 1.3.A.4.iv การเปลี่ยนแปลงความเร็วของวัตถุในช่วงเวลาหนึ่งมีค่าเท่ากับพื้นที่ใต้เส้นโค้งของกราฟความเร่งของวัตถุในฟังก์ชันของเวลา
      • สมการ: $\Delta v_x = \displaystyle\int_{t_1}^{t_2} a_x(t) \ dt$

ข้อจำกัด: AP Physics C: Mechanics และ AP Physics C: Electricity and Magnetism คาดหวังว่าสำหรับทุกสถานการณ์ที่ต้องการใช้ค่า g เป็นตัวเลข จะใช้ค่า $g \approx 10 \ \text{m/s}^2$ อย่างไรก็ตาม นักเรียนจะไม่ถูกตัดคะแนนหากใช้ค่าที่ยอมรับกันทั่วไปที่แม่นยำกว่าของ $g = 9.81 \ \text{m/s}^2$ หรือ $g = 9.8 \ \text{m/s}^2$ ได้อย่างถูกต้อง

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

Move fluently between description, graph, table, and equation:

  • On a position–time graph, the slope ($dx/dt$) is velocity.
  • On a velocity–time graph, the slope is acceleration and the area ($\int v\,dt$) is displacement.
  • On an acceleration–time graph, the area ($\int a\,dt$) is the change in velocity.

Slopes are derivatives; areas are integrals – the two are inverse operations here.

ไทย

เคลื่อนที่ได้อย่างคล่องแคล่วระหว่างคำอธิบาย, กราฟ, ตาราง และสมการ:

กราฟตำแหน่ง–เวลา: ความชัน ณ某 instant คือ velocity
กราฟตำแหน่ง–เวลา: ความชัน ณ某 instant คือ velocity
  • บน กราฟตำแหน่ง–เวลา, ความชัน ($dx/dt$) คือความเร็ว
  • บน กราฟความเร็ว–เวลา, ความชันคือความเร่งและ พื้นที่ ($\int v\,dt$) คือ displacement
  • บน กราฟความเร่ง–เวลา, พื้นที่ ($\int a\,dt$) คือการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว

ความชันคือ derivatives; พื้นที่คือ integrals – ทั้งสองเป็นการดำเนินการที่ Reaction กันในที่นี้

Position, velocity, and acceleration are linked by differentiation
ตำแหน่ง ความเร็ว และความเร่ง เชื่อมโยงกันผ่านการหาอนุพันธ์
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Explore the velocity–time graph · ⁨สำรวจกราฟความเร็ว-เวลา⁩

Change the start velocity and acceleration. The slope of a $v$–$t$ line is the acceleration $a=\tfrac{dv}{dt}$, and the area underneath is the displacement $\Delta x=\int v\,dt$ — slope and area are the graphical faces of the derivative and the integral. · ⁨เปลี่ยนความเร็วเริ่มต้นและความเร่ง ความชัน ของกราฟ $v$–$t$ คือความเร่ง $a=\tfrac{dv}{dt}$ และ พื้นที่ ด้านใต้คือการกระจัด $\Delta x=\int v\,dt$ — ความชันและพื้นที่คือด้านกราฟิกของดิฟเฟอเรนเชียลและอินทิกรัล⁩

1.4

Reference Frames and Relative Motion · ⁨กรอบอ้างอิงและการเคลื่อนที่สัมพัทธ์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 1.4.A: Describe the reference frame of a given observer.

  • 1.4.A.1 The choice of reference frame will determine the direction and magnitude of quantities measured by an observer in that reference frame.

Learning Objective 1.4.B: Describe the motion of objects as measured by observers in different inertial reference frames.

  • 1.4.B.1 Measurements from a given reference frame may be converted to measurements from another reference frame.
  • 1.4.B.2 The observed velocity of an object results from the combination of the object's velocity and the velocity of the observer's reference frame.
    • 1.4.B.2.i Combining the motion of an object and the motion of an observer in a given reference frame involves the addition or subtraction of vectors.
    • 1.4.B.2.ii The acceleration of any object is the same as measured from all inertial reference frames.

Boundary statement: Unless otherwise stated, the frame of reference of any problem may be assumed to be inertial.

ไทย

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 1.4.A: อธิบายกรอบอ้างอิงของผู้สังเกตที่กำหนดให้

  • 1.4.A.1 การเลือกกรอบอ้างอิงจะกำหนดทิศทางและขนาดของปริมาณที่ผู้สังเกตในกรอบอ้างอิงนั้นวัดได้

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 1.4.B: อธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุตามที่ผู้สังเกตในกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่แตกต่างกันวัดได้

  • 1.4.B.1 ข้อมูลการวัดจากกรอบอ้างอิงที่กำหนดสามารถแปลงเป็นข้อมูลการวัดจากกรอบอ้างอิงอื่นได้
  • 1.4.B.2 ความเร็วที่สังเกตได้จากวัตถุเกิดจากการรวมกันระหว่างความเร็วของวัตถุนั้นและความเร็วของกรอบอ้างอิงของผู้สังเกต
    • 1.4.B.2.i การรวมการเคลื่อนที่ของวัตถุและการเคลื่อนที่ของผู้สังเกตในกรอบอ้างอิงที่กำหนดเกี่ยวข้องกับการบวกหรือลบเวกเตอร์
    • 1.4.B.2.ii ความเร่งของวัตถุใดๆ มีค่าเท่ากันเมื่อวัดจากกรอบอ้างอิงเฉื่อยทุกกรอบ

คำจำกัดความ: เว้นแต่จะระบุไว้เป็นพิเศษ กรอบอ้างอิงของโจทย์ปัญหาใด ๆ สามารถสมมติว่าเป็นกรอบอ้างอิงเฉื่อยได้

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

All motion is relative to a reference frame 参考系. Combine velocities by vector addition: $\vec{v}_{A/C}=\vec{v}_{A/B}+\vec{v}_{B/C}$. This handles boats crossing rivers and passengers on moving vehicles – relative motion 相对运动 problems. Read the subscripts as a chain: "A relative to B" plus "B relative to C" gives "A relative to C".

Worked example. A boat that moves at $4.0\ \text{m/s}$ in still water heads straight across a river flowing at $3.0\ \text{m/s}$. Relative to the ground the boat moves at $\sqrt{4.0^2+3.0^2}=5.0\ \text{m/s}$, angled downstream. If the river is $80\ \text{m}$ wide, the crossing still takes $t=\dfrac{80}{4.0}=20\ \text{s}$ – only the across-stream component crosses the river; the current just carries the boat $60\ \text{m}$ downstream.

ไทย

การเคลื่อนที่ทั้งหมดเป็นสัมพัทธ์ต่อ กรอบอ้างอิง รวมความเร็วด้วยการบวกเวกเตอร์: $\vec{v}_{A/C}=\vec{v}_{A/B}+\vec{v}_{B/C}$. สิ่งนี้ใช้กับเรือข้ามแม่น้ำและผู้โดยสารในยานพาหนะเคลื่อนที่ – ปัญหาการเคลื่อนที่แบบ สัมพัทธ์. อ่านตัวชี้ใต้ (subscript) เป็นลำดับ: "A สัมพัทธ์ B" บวก "B สัมพัทธ์ C" ได้ "A สัมพัทธ์ C".

ตัวอย่างวิธีทำ. เรือที่เคลื่อนที่ได้ $4.0\ \text{m/s}$ ในน้ำนิ่ง มุ่งตรงข้ามแม่น้ำที่ไหลด้วยความเร็ว $3.0\ \text{m/s}$. สัมพัทธ์กับพื้นดิน เรือเคลื่อนที่ด้วย $\sqrt{4.0^2+3.0^2}=5.0\ \text{m/s}$, ทำมุมไปทาง downstream. ถ้าแม่น้ำกว้าง $80\ \text{m}$, เวลาที่ใช้ข้ามก็ยังคงเป็น $t=\dfrac{80}{4.0}=20\ \text{s}$ – เพียงองค์ประกอบแนวข้ามสายน้ำเท่านั้นที่ข้ามได้; กระแสน้ำเพียงพาเรือ $60\ \text{m}$ ไปทาง downstream.

1.5

Motion in Two or Three Dimensions · ⁨การเคลื่อนที่ในสองหรือสามมิติ⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 1.5.A: Describe the motion of an object moving in two or three dimensions.

  • 1.5.A.1 Motion in two or three dimensions can be analyzed using one-dimensional kinematic relationships if the motion is separated into components.
  • 1.5.A.2 Velocity and acceleration may be different in each dimension and may be nonuniform.
  • 1.5.A.3 Motion in one dimension may be changed without causing a change in a perpendicular dimension.
  • 1.5.A.4 Projectile motion is a special case of two-dimensional motion that has zero acceleration in one dimension and constant, nonzero acceleration in the second dimension.

Boundary statement: AP Physics C: Mechanics only expects students to quantitatively analyze the motion of an object in two dimensions. AP Physics C: Electricity and Magnetism expects students to also qualitatively describe the motion of a particle in three dimensions.

ไทย

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 1.5.A: อธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เคลื่อนที่ในสองหรือสามมิติ

  • 1.5.A.1 การเคลื่อนที่ในสองหรือสามมิติสามารถวิเคราะห์ได้ด้วยความสัมพันธ์ทางจลนศาสตร์แบบหนึ่งมิติ หากแยกการเคลื่อนที่ออกเป็นองค์ประกอบ
  • 1.5.A.2 ความเร็วและความเร่งอาจแตกต่างกันในแต่ละมิติและอาจไม่สม่ำเสมอ
  • 1.5.A.3 การเคลื่อนที่ในหนึ่งมิติอาจเปลี่ยนแปลงโดยไม่ทำให้发生了การเปลี่ยนแปลงในมิติที่ตั้งฉาก
  • 1.5.A.4 การเคลื่อนที่แบบโปรเจกไทล์เป็นกรณีพิเศษของการเคลื่อนที่แบบสองมิติที่มีค่าความเร่งเป็นศูนย์ในหนึ่งมิติ และมีค่าความเร่งคงที่ไม่ใช่ศูนย์ในอีกมิติหนึ่ง

ข้อจำกัด: AP Physics C: Mechanics คาดหวังให้นักเรียนวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของวัตถุในสองมิติเชิงปริมาณเท่านั้น AP Physics C: Electricity and Magnetism คาดหวังให้นักเรียนอธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคในสามมิติเชิงคุณภาพเพิ่มเติมด้วย

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

In two or three dimensions, position is a vector $\vec{r}(t)=\langle x(t),y(t),z(t)\rangle$, and velocity and acceleration are its successive derivatives – each component handled independently.

Worked example. $\vec{r}(t)=\big(2t^2\big)\hat{i}+\big(4t-t^3\big)\hat{j}$ (metres). Differentiating each component: $\vec{v}=4t\,\hat{i}+(4-3t^2)\,\hat{j}$ and $\vec{a}=4\,\hat{i}-6t\,\hat{j}$. At $t=1\ \text{s}$: $\vec{v}=4\hat{i}+1\hat{j}$, so the speed is $\sqrt{17}\approx4.1\ \text{m/s}$ – no new physics, just one derivative per component.

For projectile motion 抛体运动, horizontal and vertical motions are independent, linked only by time $t$: horizontally $a_x=0$ (constant velocity), vertically $a_y=-g$. The path is a parabola. This component method extends to any two-dimensional motion where the accelerations along each axis are known.

Worked example. A ball is launched at $20\ \text{m/s}$, $30^{\circ}$ above the horizontal ($g=9.8\ \text{m/s}^2$). The components are $v_{0x}=20\cos30^{\circ}=17.3\ \text{m/s}$ and $v_{0y}=20\sin30^{\circ}=10\ \text{m/s}$. The vertical motion sets the time: total flight $=\dfrac{2v_{0y}}{g}=\dfrac{20}{9.8}=2.0\ \text{s}$, maximum height $=\dfrac{v_{0y}^2}{2g}=5.1\ \text{m}$, and range $=v_{0x}\times2.0=35\ \text{m}$.

ไทย

ในสองหรือสามมิติ ตำแหน่งคือเวกเตอร์ $\vec{r}(t)=\langle x(t),y(t),z(t)\rangle$, และความเร็วและความเร่งคือผลต่างต่อเนื่องของตำแหน่งนั้น – แต่ละองค์ประกอบจัดการแยกต่างหาก

ตัวอย่างวิธีทำ. $\vec{r}(t)=\big(2t^2\big)\hat{i}+\big(4t-t^3\big)\hat{j}$ (เมตร). หาอนุพันธ์แต่ละองค์ประกอบ: $\vec{v}=4t\,\hat{i}+(4-3t^2)\,\hat{j}$ และ $\vec{a}=4\,\hat{i}-6t\,\hat{j}$. ที่ $t=1\ \text{s}$: $\vec{v}=4\hat{i}+1\hat{j}$, ดังนั้นความเร็วคือ $\sqrt{17}\approx4.1\ \text{m/s}$ – ไม่มีฟิสิกส์ใหม่ merely การหาอนุพันธ์หนึ่งครั้งต่อองค์ประกอบ

โปรเจคไทล์ที่ถูกยิงในมุม: การเคลื่อนที่แนวนอนและแนวตั้งเป็นอิสระต่อกัน
โปรเจคไทล์ที่ถูกยิงในมุม: การเคลื่อนที่แนวนอนและแนวตั้งเป็นอิสระต่อกัน

สำหรับการเคลื่อนที่แบบ โปรเจคไทล์ การเคลื่อนที่แนวนอนและแนวตั้งเป็นอิสระต่อกัน เชื่อมโยงกันโดยเวลา $t$: แนวราบ $a_x=0$ (ความเร็วคงที่), แนวตั้ง $a_y=-g$. เส้นทางเป็นพาราโบลา. วิธีองค์ประกอบนี้ขยายไปยังการเคลื่อนที่สองมิติอื่นๆ เมื่อความเร่งตามแกนแต่ละแกนทราบแล้ว

ตัวอย่างวิธีทำ. ลูกบอลถูกยิงด้วย $20\ \text{m/s}$, มุม $30^{\circ}$ เหนือนอน ($g=9.8\ \text{m/s}^2$). องค์ประกอบคือ $v_{0x}=20\cos30^{\circ}=17.3\ \text{m/s}$ และ $v_{0y}=20\sin30^{\circ}=10\ \text{m/s}$. การเคลื่อนที่แนวตั้งกำหนดเวลา: เวลาบินรวม $=\dfrac{2v_{0y}}{g}=\dfrac{20}{9.8}=2.0\ \text{s}$, สูงสุด $=\dfrac{v_{0y}^2}{2g}=5.1\ \text{m}$, และระยะทาง $=v_{0x}\times2.0=35\ \text{m}$.

ลูกบอลที่ถูกยิงด้วยมุม: องค์ประกอบความเร็ว, สูงสุด, และระยะทาง
ลูกบอลที่ถูกยิงด้วยมุม: องค์ประกอบความเร็ว, สูงสุด, และระยะทาง
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Explore projectile motion · ⁨สำรวจการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไทล์⁩

Fire the projectile, then vary the angle and speed. The horizontal motion is steady while gravity acts only downward — together they trace a parabola. Find the angle that gives the greatest range (it peaks near $45^\circ$), and try the Moon. · ⁨ยิงวัตถุพาราบولا แล้วปรับ มุม และ ความเร็ว การเคลื่อนที่แนวนอนมีความคงที่ในขณะที่แรงโน้มถ่วงกระทำเพียงลงด้านล่าง — ทั้งคู่สร้างรูป พาราโบลา หามุมที่ให้ ระยะทาง มากที่สุด (จะสูงสุดใกล้ $45^\circ$) และลองใช้ดวงจันทร์⁩

1.5

Exam tips · ⁨ข้อแนะนำสำหรับการสอบ⁩

English
  • Resolve every vector into components before adding — never add magnitudes at an angle directly.
  • On Physics C you are expected to use calculus: velocity is $\vec v=\tfrac{d\vec r}{dt}$ and acceleration $\vec a=\tfrac{d\vec v}{dt}$; reverse with integration.
  • Carry and check units and treat direction with signs (choose a positive axis and stick to it).
  • Use the dot product for work-type quantities and the cross product for torque and angular momentum.
  • Sketch the vectors — a diagram catches sign and direction errors the algebra hides.
ไทย
  • แยกทุกเวกเตอร์ออกเป็นองค์ประกอบก่อนการบวก – ห้ามบวกขนาดโดยตรงเมื่อมีมุม
  • ใน Physics C คุณควรใช้ แคลคูลัส: ความเร็วคือ $\vec v=\tfrac{d\vec r}{dt}$ และความเร่ง $\vec a=\tfrac{d\vec v}{dt}$; กลับด้านด้วยการอินทิเกรต
  • ระบุและตรวจสอบ หน่วย และใช้เครื่องหมายบอกลักษณะทิศทาง (เลือกแกนบวกและยึดมั่นในมัน)
  • ใช้ dot product สำหรับปริมาณงาน และ cross product สำหรับโมเมนต์แรงและโมเมนตัมเชิงมุม
  • วาดสเก็ตช์เวกเตอร์ – แผนภาพจับข้อผิดพลาดเรื่องเครื่องหมายและทิศทางที่พีชคณิตซ่อนอยู่

Interactive lessons on this topic · ⁨บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที⁩

Past Papers · ⁨ข้อสอบย้อนหลัง⁩

More topics in AP Physics C: Mechanics · ⁨หัวข้อเพิ่มเติมใน AP Physics C: Mechanics⁩

Log in or create account · ⁨เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี⁩

IGCSE, A-Level & AP