การเคลื่อนที่แนวตรง

2. ความหมายของการเคลื่อนที่
- การเคลื่อนที่ (Motion) หมายถึง ขบวนการอย่างหนึ่งที่ทาให้มีการเปลี่ยนแปลงตาแหน่งอย่างต่อเนื่องตามเวลาที่ผ่านไป
โดยมีทิศทางและระยะทาง
- การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง (Rectilinearmotion) หมายถึง การเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นแนวเส้นตรงซึ่งความสัมพันธ์
ระหว่างความเร็ว เวลา ความเร่ง และระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปได้ (นันทพงษ์ ลายทอง และคณะ,2549) ลักษณะการ
เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง สิ่งต่าง ๆ ที่อยู่รอบตัวซึ่งมีการเคลื่อนที่นั้นจะมีการเคลื่อนที่แตกต่างกันออกไปเช่น การเคลื่อนที่
ในแนวตรง แนวโค้ง เป็นวงกลม หรือกลับไปกลับมาในการที่เราจะพิจารณาว่าวัตถุมีการเคลื่อนที่หรือไม่พิจารณาที่ มี
การเปลี่ยนตาแหน่งหรือไม่ ถ้ามีการเปลี่ยนตาแหน่งถือเป็นการเคลื่อนที่
- การบอกตาแหน่งของวัตถุการบอกตาแหน่งของสิ่งต่างๆ นั้นทาได้โดยการบอกตาแหน่งเทียบกับตาแหน่งหรือสิ่งที่
สังเกตได้โดยง่ายซึ่งเรียกว่า ตาแหน่งอ้างอิงหรือจุดอ้างอิงซึ่งต้องเป็นจุดที่หยุดนิ่ง
ในชีวิตประจาวัน เราพบเห็นการเคลื่อนที่ของสิ่งต่างๆเช่น นกบิน รถยนต์แล่นบนถนน ลูกฟุตบอลเคลื่อนที่ในอากาศ
ใบพัดลมหมุน เด็กแกว่งชิงช้าผลไม้หล่นจากต้น เป็นต้น การเคลื่อนที่ดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะอย่างไรและขึ้นกับปัจจัย
อะไรบ้าง นักเรียนจะได้ศึกษาต่อไป

3. การเคลื่อนที่แนวตรง
 การเคลื่อนที่แนวตรงของวัตถุ เป็นการเคลื่อนที่ที่ไม่เปลี่ยนทิศทาง เช่น การเคลื่อนที่ของลูกมะพร้าวเมื่อตกจากต้นสู่พื้นดิน การเคลื่อนที่ของ
รถยนต์บนถนนตรง การเคลื่อนที่ของนักกีฬาว่ายน้าในลู่ของสระ เป็นต้น
การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง แบ่งเป็น 2 แบบ คือ
1. การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงที่ไปทิศทางเดียวกันตลอด เช่น โยนวัตถุขึ้นไปตรงๆ รถยนต์ กาลังเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง
2. การเคลื่อนที่ในแนวเส้นเส้นตรง แต่มีการเคลื่อนที่กลับทิศด้วย เช่น รถแล่นไปข้างหน้าในแนวเส้นตรง เมื่อรถมีการเลี้ยวกลับทิศทาง ทาให้
ทิศทางในการเคลื่อนที่ตรงข้ามกัน
ในขณะที่รถยนต์เริ่มเคลื่อนที่บนถนนตรง คนขับจะเหยียบคันเร่งทาให้รถเคลื่อนที่เร็วขึ้น ถ้าสังเกตที่เข็มวัดอัตราเร็วบนหน้าปัดของรถ จะพบว่า
เข็มเบนมากขึ้น แสดงว่ารถเคลื่อนที่ด้วย อัตราเร็ว (speed) เพิ่มขึ้น และถ้าพิจารณาทิสของการเคลื่อนที่ด้วย ความเร็ว (velocity) เพิ่มขึ้น ดังรูป

4. ระยะทางและการกระจัด
 ในขณะที่เราเคลื่อนที่ เราจะเปลี่ยนตาแหน่งที่อยู่ตลอดแนว เช่น ขณะเราขับรถยนต์ไปตามท้องถนน เราจะเคลื่อนที่ผ่านถนน ถนนอาจเป็นทางตรง
ทางโค้ง หรือหักเป็นมุมฉาก ระยะทางที่รถเคลื่อนที่อาจเป็นระยะทางตามตัวเลขที่ราบของการเคลื่อนที่ แต่หากบางครั้งเราจะพบว่า จุดปลายทางที่
เราเดินทางห่างจากจุดต้นทางในแนวเส้นตรง หรือในแนวสายตาไม่มากนัก

5. ระยะทาง
 ระยะทาง (distance) คือ ความยาวตามเส้นทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปได้ทั้งหมด เป็นปริมาณสเกลาร์ คือ มีแต่ขนาดอย่างเดียว มีหน่วยเป็นเมตร
โดยทั่วไปเราใช้สัญลักษณ์ S
การกระจัด (displacement) คือ เส้นตรงที่เชื่อมโยงระหว่างจุดเริ่มต้น และจุดสุดท้ายของการเคลื่อนที่เป็นปริมาณเวกเตอร์ คือ ต้องคานึงถึงทิศทาง
ด้วย มีหน่วยเป็นเมตร โดยทั่วไปเขียนแบบเว็กเตอร์เป็น S
ชายคนหนึ่งเดินจาก ก ไป ข แล้วจาก ข ไป ค และไป ง
ชายคนนี้จะได้ระยะทาง = 6 + 3 + 2 เมตร = 11 เมตร
ชายคนนี้จะได้การกระจัด = 5 เมตร
 ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ จาก A ไป B ตามเส้นทาง S1 จะได้ระยะทาง = S1, ระยะกระจัด = S3
ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ จาก A ไป B ตามเส้นทาง S2 จะได้ระยะทาง = S2, ระยะกระจัด = S3
ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ จาก A ไป B ตามเส้นทาง S3 จะได้ระยะทาง = S3, ระยะกระจัด = S3
ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ จาก A ไป B ตามเส้นทาง S4 จะได้ระยะทาง = S4, ระยะกระจัด = S3
การกระจัดจึงมีค่าเท่ากับระยะทาง เมื่อวัตถุเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง

6. อัตราเร็วและความเร็ว
 ถ้านักเรียนสังเกตนักวิ่งหรือนักว่ายน้า เมื่อเคลื่อนที่ออกจากจุดเริ่มต้นจะมีอัตราเร็วไม่มากนัก และเพิ่มอัตราเร็วขึ้นในช่วงเวลาต่อมา แสดงว่าการ
เคลื่อนที่มีอัตราเร็วไม่เท่ากันตลอดระยะทาง จึงนิยมบอกเป็น อัตราเร็วเฉลี่ย ซึ่งหาได้จากอัตราส่วนระหว่างระยะทางที่เคลื่อนที่ได้กับช่วงเวลาที่ใช้
ในการเคลื่อนที่
 ถ้าการเคลือนที่มีทิศเข้ามาเกี่ยวข้อง จะบอกอัตราเร็วของรถด้วยปริมาณใด
ในกรณีการเคลื่อนที่แนวตรง ระยะทางและขนาดของการกระจัดมีค่าเท่ากัน แต่การกระจัดจะต้องมีทิศของการเคลื่อนที่กากับด้วย นั่นคือการกรัด
เป็นปริมาณเวกเตอร์ การกระจัดในหนึ่งหน่วยเวลาคือ ความเร็ว ดังนั้นความเร็วกับการกระจัดจึงมีทิศเดียวกัน และต่างก็เป็นปริมาณเวกเตอร์
ความเร็วมีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาทีเช่นเดียวกับหน่วยของอัตราเร็ว
โดยปกติแล้ว ในการเคลื่อนที่ของรถยนต์ ความเร็วของรถยนต์อาจเปลี่ยนแปลงได้ตลอดการเคลื่อนที่ ดังนั้นในบางครั้งจึงนิยมบอกความเร็วของรถ
ด้วยความเร็วเฉลี่ย ซึ่งหาได้จากสมการต่อไปนี้

7.  หน่วยของอัตราเร็ว
โดยทั่วไปอัตราเร็วมีหน่วยเป็นกิโลเมตรต่อชั่วโมง แต่ในระบบเอสไอ (SI) อัตราเร็วมีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาทีบางครั้งจึงต้องเปลี่ยนหน่วยกิโลเมตรต่อ
ชั่วโมง เป็นหน่วยเมตรต่อวินาที เช่น อัตราเร็ว 180 km/h มีค่าเท่ากับ 50 m/s
 ถ้ากาหนดข้อมูลเป็นกราฟ ระหว่าง การกระจัดกับเวลา ( s - t ) คานวณหาความเร็วได้จาก
ความชันของกราฟ ความเร็วคงที กราฟจะเป็นกราฟเส้นตรง
ความเร็ว = ความชัน
 ความเร็วขณะหนึ่ง
คือความเร็วที่ปรากฏขณะนั้น หรือความเร็วในช่วงเวลาสั้น ๆ จากสูตร
 ถ้า t เข้าใกล้ศูนย์ ความเร็วขณะนั้นเราเรียกว่าความเร็วขณะใดขณะหนึ่ง

8. ข้อสังเกต
 1. การเคลื่อนที่แนวเส้นตรงโดยไม่ย้อนกลับ การกระจัดกับระยะทางมีค่าเท่ากัน
 การกระจัดและระยะทางเท่ากันคือ 10 เมตร
 หาอัตราเร็วและความเร็วได้ ดังนี้

9. 2. วัตถุเคลื่อนที่ย้อนกลับ เช่น วัตถุเคลื่อนที่จาก A ไป B แล้วย้อนมาที่ C การกระจัดและระยะทางมีค่าไม่เท่ากัน
 ระยะทาง = AB+BC= 10+5 = 15 m การกระจัด = AC = 5 m ทิศไปทางขวา