2.5 ผังไดอะแกรมการเคลื่อนที่

      แนวคิดเกี่ยวกับความเร็ว และความเร่ง ถ้ายังมีความไม่เข้าใจก็อาจทำให้เกิดความสับสนได้ ซึ่งในความเป็นจริง ทั้งสองจะมีความแตกต่างกันในเชิงปริมาณ สามารถแสดงให้เห็นได้ในรูปแบบของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ รูปแบบที่แสดงออกมาให้เห็นนี้เราเรียกว่า ผังไดอะแกรมการเคลื่อนที่ (Motion diagram)   ไดอะแกรมนี้บางครั้งเราสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการพิจารณาในเรื่องความเร็ว และความเร่งของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ได้

      ไดอะแกรมการเคลื่อนที่ มักจะทำให้อยู่ในภาพที่เป็นรูปแบบ สโทรปออสโคปิก (Stroboscopic) ของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ หลักการง่าย ๆ ก็คือ ภาพ ๆ หนึ่งจะเห็นรูปวัตถุหลายรูปจากการถ่ายภาพโดยการใช้ไฟแฟลชกระพริบไฟในอัตราที่คงที่       

รูปตัวอย่างภาพสโทรปออสโคปิก

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

วิดีโอแสดงภาพสโทรปออสโคปิก

ไดอะแกรมการเคลื่อนที่ ที่ใช้ในการศึกษารถยนต์ จะตั้งค่าของภาพสโทรปในการเคลื่อนที่ของรถเป็นเส้นตรงไปในทิศทางเดียว 

รูปการเคลื่อนที่ของรถจำลอง

รูปการเคลื่อนที่ของรถจำลอง

                เคลื่อนที่จากซ้ายไปขวา แสงแฟลชจะทำงานกระพริบไฟระหว่างรถเคลื่อนที่ อัตราเท่ากันในแต่ละส่วนของแผนภาพ เพื่อไม่ให้เกิดความสับสนในปริมาณเวกเตอร์ทั้งสอง เราจะใช้เราใช้ลูกศรแดงสำหรับความเร็ว และลูกศรสีม่วงสำหรับความเร่ง

รูปผังการเคลื่อนที่แบบภาพสโทรปออสโคปิกของรถยนต์

ลูกศรจะแสดงให้เห็นเป็นช่วง ๆ ตลอดการเคลื่อนที่ของวัตถุ ที่จะได้อธิบายในการเคลื่อนที่ของรถในแต่ละภาพ

รูปรถที่มีความเร็วคงที่ แต่ไม่มีความเร่ง

                รูปภาพด้านบน รถยนต์ที่มีระยะห่างเท่า ๆ กัน แสดงให้เห็นว่ารถยนต์เคลื่อนที่ผ่านแบบที่มีระยะเดียวกันในแต่ละช่วงเวลา นี้ระยะห่างเท่ากันที่สอดคล้องกับรถที่กำลังเคลื่อนที่ ความเร็วคงที่เป็นบวก และความเร่งเป็นศูนย์  เราสมมติรถให้เป็นอนุภาค และพิจารณามันกับส่วนที่เล็กที่สุดภายใต้แบบจำลองความเร็วคงที่

รูปรถมีความเร็วเพิ่มขึ้น และความเร่ง

                จากรูปด้านบนแสดงให้เห็นว่าระยะห่างค่อย ๆ ห่างไกลออกไป รถเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ในกรณีนี้ ลูกศรที่แสดงความเร็วจะเพิ่มขึ้นตามความยาวพร้อมกับเวลา เพราะว่า ระยะทางของรถระหว่างตำแหน่งที่ติดกันเพิ่มขึ้นตามเวลา

                คุณสมบัติเหล่านี้แสดงให้เห็นว่ารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วบวก และความเร่งที่เป็นบวก ความเร็วและความเร่งอยู่ในทิศทางเดียวกัน ในส่วนของแรงจะมีทิศทางไปตามทางเคลื่อนที่ ทำให้ความเร็วเพิ่มขึ้น 

รูปรถมีความเร็วลดลง และมีความหน่วง (ความเร่งลดลง หรือเป็นลบ)

                รูปด้านบนเราสามารถบอกได้ว่ารถเคลื่อนที่ช้าลงในขณะวิ่งไปทางขวา เพราะว่าการเคลื่อนที่ของมันลดลงไปตามเวลา กรณีนี้รถเคลื่อนที่ไปทางขวาด้วยความเร่งที่เป็นลบ ความยาวของลูกศรความเร็วลดลงในที่สุดก็ถึงศูนย์

                จากไดอะแกรมนี้ เราจะเห็นว่าลูกศรความเร่ง และความเร็วไม่ได้อยู่ในทิศทางเดียวกัน เป็นการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เป็นบวก แต่ความเร่งเป็นลบ (การเคลื่อนที่ชนิดนี้คือการที่รถเคลื่อนที่ไป และรถถูกหยุดโดยการเบรก) ทิศทางของความเร็ว และความเร่งจะอยู่ตรงกันข้ามกัน ส่วนในเรื่องของแรง ทิศทางของแรงจะมีทิศตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ นั่นคือมันทำให้รถเคลื่อนที่ช้าลงนั้นเอง

                จากลูกศรแสดงความเร่ง (สีม่วง) ในแต่ละรูปด้านบน มีสิ่งที่เหมือนกันอยู่อย่างหนึ่ง นั่นก็คือ ช่วงความยาวที่เหมือนกัน ดังนั้นผังไดอะแกรมเหล่านี้ได้แสดงการเคลื่อนที่ของอนุภาคภายใต้ความเร่งคงที่ จากการวิเคราะห์แบบจำลองเหล่านี้ จะมีความสำคัญในการอธิบายในหัวข้อต่อไป

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“ถ้าคุณหัวเสีย คุณจะเสียหัว”

จูกัดเหลียง (ขงเบ้ง)