การเคลื่อนที่

การเคลื่อนที่ คือ การที่วัตถุย้ายตำแหน่งจากที่เดิมไปอยู่ที่ตำแหน่งใหม่ ปริมาณที่ใช้บอกขนาดของการเคลื่อนที่ของวัตถุ คือ ระยะทางและการกระจัด
ระยะทาง คือ ความยาวที่วัดตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ จัดเป็นปริมาณสเกลลาร์
การกระจัด คือ ระยะที่วัดจากจุดตั้งต้นของการเคลื่อนที่ ตรงไปยังตำแหน่งที่วัตถุอยู่ในขณะนั้น โดยไม่สนใจว่าวัตถุจะมีเส้นทางการเคลื่อนที่เป็นอย่างไร จัดเป็นปริมาณเวกเตอร์
มดตัวหนึ่งเดินไต่ผนังเป็นรูปวงกลม เมื่อเดินได้เป็นรูปครึ่งวงกลม จะได้ว่า ระยะทางที่มดเดินเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวเส้นรอบวงของวงกลม ขนาดของการกระจัดเท่ากับความยาวของเส้นผ่าศูนย์กลางและมีทิศทางตรงจากของเส้นรอบวงด้านหนึ่งตรงไปยังเส้นรอบวงด้านตรงข้าม
ลองคิดดู นักกีฬาวิ่งรอบสนามรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ABCD โดยมีด้านยาว 400 เมตร กว้าง 300 เมตร โดยเริ่มวิ่งจากจุด A จงหาระยะทางและการกระจัดเมื่อนักกีฬาวิ่งถึงจุดต่อไปนี้ B ,C,D และ A การเคลื่อนที่ในลักษณะใด ที่ทำให้ขนาดของการกระจัดและระยะทางเท่ากัน
แนวคิด
การเคลื่อนที่มีหลายลักษณะจำแนกออกได้เป็น
การเคลื่อนที่แนวตรง
การเคลื่อนที่วิถีโค้ง(Projectile)
การเคลื่อนที่เป็นรูปวงกลม
การเคลื่อนที่แบบสั่น(Simple Harmonic Motion)
การเคลื่อนที่แต่ละลักษณะนั้นมีแรงกระทำที่แตกต่างกัน
ในขณะที่วัตถุมีการเคลื่อนที่ ได้ระยะทางและการกระจัดในเวลาเดียวกัน และต้องใช้เวลาในการเคลื่อนที่ จึงทำให้เกิดปริมาณสัมพันธ์ขึ้น ปริมาณดังกล่าวคือ
อัตราเร็ว คือ ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา จัดเป็นเปริมาณสเกลลาร์ หน่วยในระบบเอสไอ มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที
ความเร็ว คือ ขนาดของการกระจัดที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา จัดเป็นปริมาณเวกเตอร์ ใช้หน่วยเดียวกับอัตราเร็ว
สมการแสดงความสัมพันธ์ของอัตราเร็ว ระยะทาง และเวลาเป็นดังนี้ให้เป็นค่าอัตราเร็วหรือความเร็วเป็นระยะทางหรือการกระจัดเป็นเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่สมการคือ (สมการที่ 1)
อัตราเร็ว และความเร็ว เป็นปริมาณที่แสดงให้ทราบลักษณะการเคลื่อนที่ของวัตถุ ถ้าในทุก ๆ หน่วยเวลาของการเคลื่อนที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยขนาดของอัตราเร็ว หรือ ความเร็วเท่ากันตลอดการเคลื่อนที่ เรียกว่าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสม่ำเสมอหรืออัตราเร็วคงที่ ถ้าพิจราณาแล้วพบว่าในแต่ละหน่วยเวลาของการเคลื่อนที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วหรือความเร็วที่แตกต่างกัน กล่าวว่า วัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร่ง หรือ ความเร่ง ในกรณีนี้การหาค่าอัตราเร็วหรือความเร็ว หาได้สองลักษณะคือ
อัตราเร็วขณะใดขณะหนึ่ง หรือความเร็วขณะใดขณะหนึ่ง เป็นการหาค่าอัตราเร็วหรือความเร็วในช่วงเวลาสั้น ๆ ช่วงใดช่วงหนึ่งของการเคลื่อนที่
อัตราเร็วเฉลี่ยหรือความเร็วเฉลี่ย เป็นการหาค่าอัตราเร็วหรือความเร็วหลังจากมีการเคลื่อนที่ โดยคำนวณหาจากการเฉลี่ยระยะทางทั้งหมดของการเคลื่อนที่ในหนึ่งหน่วยเวลาของการเคลื่อนที่ หรือการเฉลี่ยการกระจัดของการเคลื่อนที่ในหนึ่งหน่วยเวลา
ข้อสังเกต วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสม่ำเสมอ ค่าอัตราเร็วขณะใดขณะหนึ่ง กับค่าอัตราเร็วเฉลี่ยมีค่าเท่ากัน
ลองคิดดู วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสม่ำเสมอ ค่าความเร็วขณะใดขณะหนึ่งกับค่าความเร็วเฉลี่ยมีค่าเท่ากันหรือไม่ วัตถุเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ตลอดเวลาแต่ขนาดของความเร็วมีค่าสม่ำเสมอ วัตถุมีค่าความเร็วเฉลี่ยเท่ากับความเร็วขณะใดขณะหนึ่งหรือไม่
กรณีที่วัตถุเคลื่อนที่อัตราเร็วที่ไม่สม่ำเสมอ หรือความเร็วไม่สม่ำเสมอ วัตถุมีค่าความเร่ง
ความหมายของอัตราเร่งหรือความเร่ง คือ อัตราเร็วหรือ ความเร็วที่เปลี่ยนไปในหนึ่งหน่วยเวลาที่วัตถุมีการเคลื่อนที่
การคำนวณหาค่าอัตราเร่ง ทำได้โดยหาอัตราเร็วที่เปลี่ยนไปโดยใช้อัตราเร็วสุดท้ายของการเคลื่อนที่ลบด้วยอัตราเร็วเริ่มต้นของการเคลื่อนที่ หารด้วยเวลาที่ใช้เปลี่ยนค่าอัตราเร็วนั้น เช่น
กำหนดให้เป็นอัตราเร็วเริ่มต้นของการเคลื่อนที่เป็นอัตราเร็วสุดท้ายของการเคลื่อนที่เป็นเวลาขณะที่เริ่มต้นการเคลื่อนที่เป็นเวลาในช่วงสุดท้ายของการเคลื่อนทที่เป็นค่าอัตราเร่งของการเคลื่อนที่สมการแสดงความสัมพันธ์ คือ หรือ ถ้า คือ ช่วงเวลาที่มีการเปลี่ยนค่าอัตราเร็ว (สมการที่2) สำหรับสูตรในการคำนวณหาค่าความเร่ง ใช้สูตรเดียวกัน เพียงแต่ค่าความเร็วที่เปลี่ยนไปเป็นปริมาณสเกลลาร์
ลองคิดดู ถ้าอัตราเร็วสุดท้ายของการเคลื่อนที่มีค่าน้อยกว่าอัตราเร็วเริ่มต้นการเคลื่อนที่ค่าของอัตราเร่งเป็นอย่างไร ค่าความเร่งเป็นลบ อธิบายการเคลื่อนที่ได้อย่างไร มีผลเช่นเดียวกับค่าอัตราเร่งที่เป็นลบหรือไม่