การเคลื่อนที่ในสองทิศทาง
| English | ไทย |
|---|---|
| vertical/ˈvɜːtɪkl/ | แนวตั้ง |
| horizontal/ˌhɒrɪˈzɒntl/ | เป็นแนวนอน |
| parabola/pəˈræbələ/ | พาราโบลา |
| range/reɪndʒ/ | range |
| symmetric/sɪˈmetrɪk/ | สมมาตร |
| projectile/prəˈdʒektaɪl/ | วัตถุถูกยิง |
ปล่อยลูกหนึ่ง โยนอีกลูกหนึ่ง
- ปล่อยลูกบอลลูกหนึ่ง และโยนอีกลูกหนึ่งในแนวนอนในเวลาเดียวกัน
- ทั้งสองลูกบอลตกลงพื้น ในเวลาเดียวกัน
- การเคลื่อนที่ในแนวนอนไม่ส่งผลต่ออัตราการตกลงมา
การเคลื่อนที่สองแบบ放在一起
- การเคลื่อนที่ในแนวนอนและแนวตั้งเป็น อิสระต่อกัน
- พิจารณาแต่ละทิศทางเป็นเรื่อง SUVAT แยกกัน เชื่อมโยงกันเพียงผ่าน เวลา $t$

รถไฟความเร็วสูง: สามารถแสดงการเคลื่อนที่ด้วยกราฟระยะทาง–เวลา
ยิงวัตถุ
ยิงลูกบอล แล้วเปลี่ยนมุมและความเร็ว การเคลื่อนที่แนวนอนมีความคงที่ขณะที่แรงโน้มถ่วงดึงลง — ทั้งสองรวมกันสร้างเส้นโค้งพาราโบลา หามุมที่ให้ระยะทางไกลที่สุด และลองทำบนดวงจันทร์
การโยนในแนวนอน
- แนวนอน: ความเร็วคงที่ $u_{\text{H}}$, ดังนั้น $x = u_{\text{H}}t$
- แนวตั้ง: การตกอิสระจากสถานะหยุดนิ่ง, ดังนั้น $y = \tfrac{1}{2}gt^{2}$
- เวลาที่จะตกลงพื้นขึ้นอยู่กับ ความสูง เท่านั้น ไม่ขึ้นอยู่กับ $u_{\text{H}}$

กราฟการกระจัด–เวลา ของรถยนต์บนสนามทดสอบ
ลูกบอลที่ถูกโยนไปทางแนวนอนและลูกบอลที่ถูกปล่อย-drop จากความสูงเดียวกัน จะtouchesพื้นพร้อมกัน (หากไม่มีความต้านทานอากาศ)
ใช่ — การเคลื่อนที่แนวตั้งเป็นการตกอย่างอิสระเหมือนกันสำหรับทั้งสอง และความเร็วในแนวนอนไม่ส่งผลต่อเวลาตก
ยิงในมุมเอียง
- แยกความเร็วในการยิงออก: แนวราบ $u\cos\theta$ (คงที่), แนวตั้ง $u\sin\theta$
- ส่วนแนวตั้งจะช้าลง หยุดนิ่งที่จุดสูงสุด แล้วเพิ่มขึ้นลงในทิศทางตรงข้าม — สร้างรูปร่างเป็น พาราโบลา

วัตถุโปรเจกไทล์ถูกยิงด้วยความเร็ว $20\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ ที่มุม $30^{\circ}$ เหนือแนวราบ ส่วนประกอบ แนวตั้ง ของความเร็วในการยิงคือเท่าใด?
ส่วนประกอบแนวตั้ง $= u\sin\theta = 20 \times \sin 30^{\circ} = 20 \times 0.5 = 10\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
ที่จุดยอดและระยะทาง
- ที่จุดสูงสุด $v_{\text{V}} = 0$ แต่ $v_{\text{H}} = u\cos\theta$ ไม่เปลี่ยนแปลง.
- เวลาถึงจุดยอด $= \dfrac{u\sin\theta}{g}$; การบินมี ความสมมาตร, ดังนั้นเวลาทั้งหมดคือสองเท่าของค่านี้.

วัตถุถูกยิงในมุม $\theta$ — การเคลื่อนที่แนวนอนและแนวตั้งเป็นอิสระต่อกัน
เลือก ทั้งหมด ข้อความที่เป็นจริงสำหรับวัตถุโปรเจกไทล์ (ละเลยแรงต้านอากาศ)
ที่จุดยอดมีเพียง ความเร็วแนวตั้ง เป็นศูนย์ — ความเร็วในแนวนอน $u\cos\theta$ ยังดำเนินต่อไป ทำให้ลูกบอลยังคงเคลื่อนที่ มวลไม่เปลี่ยนแปลงการตกอย่างอิสระ
วัตถุโปรเจกไทล์นี้มีความเร็วในการยิงแนวตั้งเท่ากับ $10\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$. ใช้เวลาเท่าไหร่จึงจะถึงจุดสูงสุด? (ใช้ $g = 9.81\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$.)
เวลาสู่จุดยอด $= \dfrac{u\sin\theta}{g} = \dfrac{10}{9.81} \approx 1.0\ \text{s}$.
ลูกบอลเด้ง
- ระหว่างการเด้ง กราฟความเร็ว–เวลาจะเป็นเส้นตรงเอียง ($g$ คงที่).
- การเด้งแต่ละครั้งเป็นการ กระโดดฉับพลัน: ความเร็วเปลี่ยนทิศทาง (และลดลงหากสูญเสียพลังงาน).
บนกราฟความเร็ว–เวลาของลูกบอลที่กระเด้งEach bounce ปรากฏเป็น:
ที่จุดกระเด้ง ความเร็วจะพลิกจากทิศลงเป็นทิศขึ้นเกือบทันที — การกระโดดแนวตั้งฉับพลันบนกราฟ (น้อยลงหากสูญเสียพลังงาน)
วัตถุสองชิ้นพบกัน
- เขียนสมการการกระจัดของแต่ละ物体 โดยใช้ เวลาเริ่มต้น และ ทิศทางบวก เดียวกัน.
- เมื่ออยู่ในระดับเดียวกันอีกครั้งเมื่อ การกระจัดเท่ากัน — ตั้ง $s_1 = s_2$ แล้วหาคำตอบ.
วัตถุสองชิ้นที่เคลื่อนที่ตามเส้นตรงเดียวกันจะอยู่ในระดับเดียวกันอีกครั้งเมื่อ ____ ของพวกมันเท่ากัน
กำหนดให้สมการการกระจัดทั้งสองเท่ากัน ($s_1 = s_2$) แล้วแก้หาค่าเวลา
ตัวอย่างวิธีทำ: ยิงออกจากหน้าผา
- ลูกบอลถูกยิงในแนวราบที่ $15\ \text{m/s}$ จากหน้าผาสูง $20\ \text{m}$. หาเวลาที่จะตกพื้นและระยะจากฐานที่มันตกลง. ใช้ $g = 9.81\ \text{m/s}^2$.
- แนวตั้ง, เพื่อหาเวลา. ความเร็วเริ่มต้นแนวตั้งเป็น ศูนย์, ดังนั้น $s = \tfrac{1}{2}gt^2$ จะได้ $20 = \tfrac{1}{2}(9.81)t^2$ และ $t = 2.02\ \text{s}$.
- แนวนอน, เพื่อหาระยะทาง. ไม่มีแรงเร่งแนวนอน, ดังนั้น $x = ut = 15 \times 2.02 = 30\ \text{m}$.
- ความเร็วแนวนอนไม่มีส่วนเกี่ยวข้องในการหาเวลา. ลูกบอลที่ปล่อยตกจากหน้าผาเดียวกันจะตกลงถึงพื้นพร้อมกันเป๊ะ.
- เวลาเป็นปริมาณเดียวที่การเคลื่อนทั้งสองชนิดมีร่วมกัน และเป็นสะพานเชื่อมระหว่างทั้งสองเสมอ.
ลูกบอลถูกโยนไปทางแนวนอนด้วยความเร็ว 15 m/s จากหน้าผาสูง 20 m ใช้เวลา landing เท่าใด (หน่วยเป็นวินาที)? (g = 9.81 m/s^2)
เฉพาะแนวตั้ง: 20 = 0.5 x 9.81 x t^2, ดังนั้น t = 2.02 s. ค่า 15 m/s ไม่มีบทบาท; ลูกบอลที่ถูก drop ลงมาจะ landing ในช่วงเวลาเดียวกัน
ลูกบอลชิ้นเดียวกันนั้น ถูกโยนไปทางแนวนอนด้วยความเร็ว 15 m/s และ landing หลัง 2.02 s, landing ห่างจากฐานหน้าผาเท่าใด (หน่วยเป็นเมตร)?
ไม่มีแรงเร่งในแนวนอน ดังนั้น x = ut = 15 x 2.02 = 30 m. เวลาเป็นสะพานเชื่อมระหว่างสองทิศทางนี้
ตัวอย่างวิธีทำ: ถูกยิงในมุม
- ลูกบอลออกจากพื้นด้วย $18\ \text{m/s}$ ในมุม $60°$ เทียบกับแนวนอน. แสดงว่ามันถึงความสูงสูงสุดที่ $t = 1.6\ \text{s}$.
- แยกองค์ประกอบก่อน. แนวตั้ง: $u_y = 18\sin 60° = 15.6\ \text{m/s}$. แนวราบ: $u_x = 18\cos 60° = 9.0\ \text{m/s}$.
- ที่จุดยอด ความเร็วแนวตั้ง เป็นศูนย์, ดังนั้น $v = u + at$ จะได้ $0 = 15.6 - 9.81t$ และ $t = 1.59 \approx 1.6\ \text{s}$.
- ความเร็วแนวนอนยังคงเป็น $9.0\ \text{m/s}$ ที่จุดยอด. ความเร็วที่นั่นคือ $9.0\ \text{m/s}$, ไม่ใช่ศูนย์.
- เวลาบินทั้งหมดคือสองเท่าของค่านี้, $3.2\ \text{s}$, และระยะทางคือ $u_x \times 3.2 = 29\ \text{m}$.
เรียงลำดับวิธีทำสำหรับวัตถุโปรเจกไทล์ที่ถูกยิงด้วยมุม
เวลาคือปริมาณเดียวที่สองทิศทางร่วมกัน ซึ่งเหตุผลที่มันมักถูกหาจากการเคลื่อนที่แนวตั้งก่อนเสมอ
ที่จุดสูงสุดของการบินของวัตถุโปรเจกไทล์ จับคู่แต่ละปริมาณกับค่าของมัน
ความเร็วที่จุดยอดคือองค์ประกอบแนวนอน ไม่ใช่ศูนย์ และความเร่งไม่เคยหยุดพัก แม้กระทั่งชั่วขณะเดียวที่จุดยอดก็ตาม
คะแนนที่หลุดหายไป
- แยกองค์ประกอบก่อนเริ่มทำ. ทุกโจทย์วัตถุถูกยิงคือปัญหาหนึ่งมิติสองข้อที่มีค่า $t$ ร่วมกัน.
- ความเร็วแนวนอนเป็น คงที่ และไม่มีส่วนเกี่ยวข้องในการคำนวณเวลา.
- ที่จุดสูงสุด ความเร็วแนวตั้ง เป็นศูนย์, ไม่ใช่ความเร็ว. ส่วนประกอบแนวนอนไม่เปลี่ยนแปลง.
- ลูกบอลที่ถูกยิงในแนวราบและลูกบอลที่ปล่อยตกจากความสูงเดียวกันจะตกลงถึงพื้น ในเวลาเดียวกัน.
- รักษาเครื่องหมายตามหลักสัญลักษณ์ตลอดการเดินทาง. ถ้ากำหนดขึ้นเป็นบวก, $a = -9.81\ \text{m/s}^2$ ก็ใช้ในช่วงลงเช่นกัน.
ลูกบอลที่ถูกโยนไปทางแนวนอนจากหน้าผาจะ landingช้ากว่าลูกบอลที่ถูก drop จากหน้าผาเดียวกันในเวลาเดียวกัน
พวกมัน landing พร้อมกัน. การเคลื่อนที่แนวตั้งเหมือนกัน และความเร็วในแนวนอนไม่มีผลต่อมัน นี่คือหัวใจสำคัญของการพิจารณาสองทิศทางแยกจากกัน
คุณเข้าใจแล้ว
- การเคลื่อนที่แนวนอนและแนวตั้งเป็น อิสระต่อกัน — มีเพียงเวลา $t$ ที่ร่วมกัน
- การยิงในแนวราบตกลงถึงพื้นในเวลาที่กำหนดโดย ความสูงเท่านั้น
- แยกการยิง: $u\cos\theta$ คงที่, $u\sin\theta$ behaving เหมือนการโยนแนวตั้ง