บทที่ 2 การเคลื่อนที่แนวตรง
ในบทนี้ จะเน้นเรียนเกี่ยวกับ
1. การเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงบนทางราบ
และ 2. การตกโดยเสรีในแนวดิ่ง
ซึ่งมีปริมาณพื้นฐานที่จำเป็นต้องเข้าใจ คือ
– ปริมาณเวคเตอร์
– ปริมาณสเกลาร์
–การกระจัด
– ระยะทาง
– ความเร็ว
– อัตราเร็ว
– ความเร่ง
– ความหน่วง
2.1 ปริมาณพื้นฐานที่จำเป็นต้องเข้าใจ
1) ปริมาณเวคเตอร์ (Vector Quantity) เป็นปริมาณที่มีทั้งขนด และ ทิศทาง ในการสื่อสารให้ผู้อื่นเข้าใจจะต้องบอกให้ครบทั้งสองประการ
2) ปริมาณสเกลาร์ (Scalar Quantity) เป็นปริมาณที่มีเฉพาะขนาด ไม่มีทิศทาง
3) การกระจัด (Displacement) เป็นปริมาณเวคเตอร์ ขนาดของการกระจัดวัดเป็นเส้นตรงจากตำแหน่งเริ่มต้นไปยังตำแหน่งสุดท้าย ส่วนทิศทางเป็นทิศที่ชี้จากตำแหน่งเริ่มต้นไปยังตำแหน่งสุดท้ายเช่นกัน
4) ระยะทาง (Distance) เป็นปริมาณสเกลาร์ มีขนาดเท่ากับระยะที่วัดตามเส้นทางการเคลื่อนที่
5) อัตราเร็วเฉลี่ย เป็นอัตราการเปลี่ยนของระยะทาง หรือ ระยะทางในหนึ่งหน่วยเวลา
6) ความเร็วขณะใดขณะหนึ่ง เป็นความเร็วเฉลี่ยที่คิดในช่วงเวลาสั้นมากๆ (เข้าใกล้ ศูนย์) จนถือว่าเป็นความเร็วที่เวลาหนึ่งที่สนใจ
7) ความเร่ง เป็นอัตราการเปลี่ยนของความเร็ว หรือ ความเร็วที่เปลี่ยนแปลงในหนึ่งหน่วยเวลา
8) ความหน่วง เป็นอัตราการเปลี่ยนของความเร็ว หรือ ความเร็วที่เปลี่ยนแปลงในหนึ่งหน่วยเวลา ในลักษณะของความเร็วของการสังเกตุครั้งหลังน้อยกว่าความเร็วของการสังเกตุครั้งแรก
2.2 ความสัมพันธ์ระหว่าง การกระจัด ความเร็ว ความเร่ง และเวลา ของการเคลื่อนที่แนวเส้นตรง
2.2.1 กรณีวัตถุเคลื่อนที่ดวยความเรงคงตัว ในแนวราบ
เมื่อ u เปนความเร็วตน เมื่อเริ่มคิดเวลา (t = 0 ) หนวยเปน เมตรตอวินาที (m/s)
v เปนความเร็วสุดทายของชวงเวลา t หนวยเปน เมตรตอวินาที (m/s)
t เปนชวงเวลาที่ใชในการเคลื่อนที่ทั้งหมด หนวยเปนวินาที (s)
a เปนความเรงเฉลี่ยในชวงเวลา t หนวยเปน เมตรตอวินาที2 (m/s2)
S เปนการกระจัดที่เปลี่ยนไปในชวงเวลา หนวยเป็น เมตร (m)
จากนิยามของ ความเร่ง
ความเร่ง เป็นอัตราการเปลี่ยนของความเร็ว หรือ ความเร็วที่เปลี่ยนแปลงในหนึ่งหน่วยเวลา
ซึ่งเขียนได้ว่า 
และ สมการ แสดงความสัมพันธ์ของ ความเร็วเฉลี่ยของการเคลื่อนที่แนวตรงด้วยความเร่งคงที่ กับ การกระจัด และเวลา
จากสองสมการ ข้างต้น ทำให้ได้อีกสองสมการคือ
ในการคำนวณ ให้ ระลึกเสมอว่า u v a และ S เป็นปริมาณเวคเตอร์ ซึ่ง การแทนค่าเพื่อคำนวณ จะต้องคำนึงถึงทิศทางเสมอ และ นิยมให้ ยึดทิศขง u เป็นหลัก โดยให้ เป็น + หาก การคำนวณ ปริมาณใด มีค่าเป็น – แสดงว่ามีทิศตรงข้ามกับ
2.2.2 กรณีวัตถุเคลื่อนที่ตามแนวดิ่งอย่างเสรีภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก
การเคลื่อนที่ตามแนวดิ่งอย่างเสรีภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก หมายถึง การที่วัตถุอยู่ระหว่างการถูกโยนขึ้น หรือถูกขว้างลงมาตามแนวดิ่ง หรือถูกปล่อยให้ตกลงมาตามแนวดิ่ง ซึ่งระหว่าการเคลื่อนที่ในอากาศ นั้น ไม่คิดแรงอื่นใดมากระทำต่อวัตถุเลย ยกเว้นแรงโน้มถ่วงของโลกเพียงแรงเดียวเท่านั้น
เมื่อ u เปนความเร็วตน เมื่อเริ่มคิดเวลา (t = 0 ) หนวยเปน เมตรตอวินาที (m/s)
v เปนความเร็วสุดทายของชวงเวลา t หนวยเปน เมตรตอวินาที (m/s)
t เปนชวงเวลาที่ใชในการเคลื่อนที่ทั้งหมด หนวยเปนวินาที (s)
a เปนความเรงในการเคลื่อนที่ของวัตถุ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก ในชวงเวลา t หนวยเปน เมตรตอวินาที2 (m/s2)
S เปนการกระจัดที่เปลี่ยนไปในชวงเวลา t หนวยเป็น เมตร (m)
จะใช้สมการ เดียวกับการเคลื่อนที่บนทางราบด้วยความเร่งคงที่ คือ
แต่ ให้เปลี่ยน a เป็น + g หรือ – g
โดยให้ ยึดทิศของ u เป็นหลัก
ให้ a เป็น + g เมื่อเริ่มเคลื่อนที่ วัตถุเคลื่อนที่ลง
เป็น – g เมื่อเริ่มเคลื่อนที่ วัตถุเคลื่อนที่ขึ้น
2.3 กราฟของการเคลื่อนที่ในแนวตรง
2.3.1 กราฟ ของการเคลื่อนที่ในแนวตรง ที่ควรสนใจประกอบด้วย
– กราฟระหว่าง S กับ t
– กราฟระหว่าง v กับ t
– กราฟระหว่าง a กับ t
2.3.2 การฟของการเคลื่อนที่แนวตรง “ด้วยความเร็วคงที่”
2.3.3 การฟของการเคลื่อนที่แนวตรง “ด้วยความเร่งคงที่”
2.3.3 การฟของการเคลื่อนที่แนวตรง “ด้วยความหน่วงคงที่”
2.3.4 การแปลความหมายกราฟ
พิจารณาจากความสัมพันธ์ของปริมาณ การกระจัด ความเร็ว และความเร่ง
1) กราฟระหว่าง การกระจัด(S) – เวลา(t) ความชันของกราฟ นี้คือ ความเร็ว
2) กราฟระหว่าง ความเร็ว(V ) – เวลา(t) ความชันของกราฟ นี้คือ ความเร่ง
3) กราฟระหว่าง ความเร็ว(V ) – เวลา(t) พื้นที่ใต้กราฟ นี้คือ การกระจัด