เรียนฟิสิกส์กับครูชิตชัย

ความเร็วสัมพัทธ์ (Relative Velocity)

แบบจำลองการทดลอง
เรื่องความเร็วสัมพัทธ์

ที่มา : สำนักเทคโนโลยีเพื่อการเรียนการสอน สำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน กระทรวงศึกษาธิการ

ในขณะที่เราเคลื่อนที่ เราจะเปลี่ยนตำแหน่งที่อยู่ตลอดแนว เช่น ขณะเราขับรถยนต์ไปตามท้องถนนจากโรงเรียนวังบ่อวิทยา อ.หนองบัว ไปยัง อ.เมืองนครสวรรค์  เราจะเคลื่อนที่ผ่านถนน ถนนอาจเป็นทางตรง ทางโค้ง หรือหักเป็นมุมฉาก ระยะทางที่รถเคลื่อนที่อาจเป็นระยะทางตามตัวเลขที่ราบของการเคลื่อนที่ แต่หากบางครั้งเราจะพบว่า จุดปลายทางที่เราเดินทางห่างจากจุดต้นทางในแนวเส้นตรง ไม่มากนัก

 ระยะทาง (distance) คือ ความยาวตามเส้นทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปได้ทั้งหมด เป็นปริมาณสเกลาร์ คือ มีแต่ขนาดอย่างเดียว มีหน่วยเป็นเมตร (m) โดยทั่วไปเราใช้สัญลักษณ์ S

การกระจัด (displacement) คือ เส้นตรงที่เชื่อมโยงระหว่างจุดเริ่มต้น และจุดสุดท้ายของการเคลื่อนที่เป็นปริมาณเวกเตอร์ คือ ต้องคำนึงถึงทิศทางด้วย มีหน่วยเป็นเมตร(m) โดยทั่วไปเขียนแบบเว็กเตอร์เป็น S

ตัวอย่างที่ 1

ชายคนหนึ่งเดินจาก ก ไป ข แล้วจาก ข ไป ค และไป ง
ชายคนนี้จะได้ระยะทาง = 6 + 3 + 2 เมตร = 11 เมตร
และชายคนนี้จะได้การกระจัด = 5 เมตร

ตัวอย่างที่ 2

ถ้าเดินทางจาก บ้านไปโรงเรียน ตามเส้นทาง A จะได้ระยะทาง = A, ระยะกระจัด = A
ถ้าเดินทางจาก บ้านไปโรงเรียน ตามเส้นทาง B จะได้ระยะทาง = B, ระยะกระจัด = A
ถ้าเดินทางจาก บ้านไปโรงเรียน ตามเส้นทาง C จะได้ระยะทาง = C, ระยะกระจัด = A
การกระจัดจึงมีค่าเท่ากับระยะทาง เมื่อวัตถุเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง

การบอกตำแหน่งของวัตถุ

การบอกตำแหน่งของวัตถุให้ได้ความหมายชัดเจนต้องบอก
1. ตำแหน่งอ้างอิง หรือจุดอ้างอิง เป็นตำแหน่งที่อยู่นิ่งกับที่
2. ทิศทางที่วัตถุอยู่ ว่าอยู่ทิศใดของตำแหน่งอ้างอิง
3. การกระจัด หรือ ระยะห่าง ว่าห่างจากตำแหน่งอ้างอิงเท่าไร

ข้อสังเกตการเคลื่อนที่แนวเส้นตรงมีทิศอยู่ 2 ทิศ คือ ซ้ายกับขวา หรือ หน้ากับหลัง
มักจะใช้เครื่องหมายบวก ( + ) หรือลบ ( – ) แทน

พิจารณาจากรูป เช่น รถยนต์ A อยู่ห่างจากหอนาฬิกาไปทางซ้ายมือ 10 เมตร หรือ -10 เมตร
รถยนต์ B อยู่ห่างจากหอนาฬิกาไปทางขวามือ 20 เมตร หรือ + 20 เมตร

การกระจัดสามารถเขียนเป็นกราฟการกระจัด (S) กับเวลา (t)

วัตถุเคลื่อนที่โดยไม่ย้อนกลับเช่น วัตถุเคลื่อนที่จาก A ไป B ซึ่งห่างกัน 10 m ในเวลา 2 s

เขียนเป็นกราฟได้ดังนี้

1. ฟิสิกส์ (Physics) และวิทยาศาสตร์ (Science) มีความหมายอย่างไรและมีความสัมพันธ์กันอย่างไร

2. การแก้ปัญหาด้วยวิธีวิทยาศาสตร์ ( เช่นการแก้ปัญหาจราจรของกรุงเทพ ฯ) ท่านคิดว่าควรเป็นวิธีอย่างไร วิธีวิทยาศาสตร์เป็นวิธีอย่างไร

3. คำ “เทคโนโลยี” ( Technology ) มักใช้กันในความหมายต่างๆ ที่หลากหลาย ท่านคิดว่าเทคโนโลยีเท่าที่เขียนไว้ในหนังสือมีความหมายอย่างไร และต่างกับวิทยาศาสตร์อย่างไร

4. ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มีความสัมพันธ์กันอย่างไร

 5. อะไรคือปริมาณทางฟิสิกส์ (Physical quantities)

6. ระบบหน่วยของปริมาณต่างๆ ที่เป็นที่ยอมรับของนานาชาติ คือระบบหน่วยอะไร

7. หน่วยที่เป็นมาตรฐานสากลของปริมาณต่อไปนี้คือหน่วยอะไร ความยาว มวล เวลา กระแสไฟฟ้า พลัง แรง

8. หน่วยวัดความยาวของไทยในสมัยก่อน คือ คืบ ศอก วา เส้น โดย สองคืบเป็นหนึ่งศอก 4 ศอกเป็นหนึ่งวา และ 20 วาเป็นหนึ่งเส้น ท่านทราบหรือไม่ว่า ปัจจุบันเทียบหนึ่งวาเป็นกี่เมตร

 9. พื้นที่ 100 เมตร ตารางวาเรียกว่าหนึ่งงาน และ 4 งาน คือพื้นที่ 1 ไร่ พื้นที่หนึ่งไร่มีกี่ตารางเมตร

10. หน่วยระยะทางที่นิยมใช้ แต่ไม่ใช่หน่วยในระบบเอสไอ มีอะไรบ้าง จงยกตัวอย่าง 3 หน่วย

11. ความคลาดเคลื่อนของการวัดเกิดขึ้นได้อย่างไร

12. หากความยาวของสายลูกตุ้มอย่างง่ายเป็น 40.0 ± 0.2 เซนติเมตร ค่าของคาบที่คำนวณได้จากสูตร  T=2π√‾(l/g)จะมีค่าเท่าใด ±  เท่าใด(  g = 10 m/s²)

 13. ปริมาตรของแท็งก์น้ำที่เป็นรูปลูกบาศก์ มีด้านยาวด้านละ 1.20 ± 0.1 เมตร จะเป็นเท่าใด และคลาดเคลื่อนเท่าใด ความคลาดเคลื่อนคิดเป็นกี่เปอร์เซ็นต์

14. หินทรงกลมมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 1.00 ± 0.01 เมตร จะมีปริมาตรที่อาจคลาดเคลื่อนได้กี่เปอร์เซ็นต์

 15. ในการหาระยะของต้นไม้ที่ระยะไกลต้นหนึ่ง เมื่อเลื่อนตำแหน่งที่มองไปด้านข้าง 5.0 เมตร ทิศที่เห็นต้นไม้เปลี่ยนไปเป็นมุมที่มีค่า tangent เป็น (8 mm/500 mm ) ต้อนไม้นั้นอยู่ไกลเท่าใด

16. ในการวัดความหนาของแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียม (Aluminum foil ) ด้วยเครื่องมือดังที่กล่าวถึงในกิจกรรม ถ้าระยะระหว่างเข็มหมุดและขอบที่วัดความหนาเป็น  20 ±1 มิลลิเมตรและระยะระหว่างกระจกถึงสเกล 500 ± 2 มิลลิเมตร สังเกตแนวแสงบนสเกลเลื่อน 2.0 ± 0.2 มิลลิเมตร ความหนาของแผ่นฟอยล์จะเป็นเท่าใด และมีความคลาดเคลื่อนเท่าใด ความคลาดเคลื่อนคิดเป็นกี่เปอร์เซ็นต์ ความคลาดเคลื่อนเป็นเปอร์เซ็นต์นี้ใกล้เคียงกับความคลาดเคลื่อนของข้อมูลตัวใด

17. หากจะวัดความหนาของแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียมโดยใช้เวอร์เนียคาลิปเปอร์ หรือไม้บรรทัดธรรมดา ท่านควรจะใช้วิธีอย่างใดจึงจะได้ค่าที่ละเอียดดีพอ

18. เลขนัยสำคัญในโจทย์ข้อ 16 ของเลข 20 ,500 และ 2.0 มิลลิเมตร แต่ละจำนวน มีเลข 1,150 มีเลขนัยสำคัญกี่ตัว

19. หากกล่าวว่าระยะทางระหว่างกรุงเทพฯ และนราธิวาสเป็น 1,150 กิโลเมตรท่านคิดว่า 1,150 มีเลขนัยสำคัญกี่ตัว

20. ถ้าระบุว่าค่า g ที่กรุงเทพฯ เป็น 9.783 เมตรต่อวินาที² ค่านี้มีเลขนัยสำคัญกี่ตัว และตามตัวเลขนี้มีความไม่แน่นอนได้อย่างมากกี่เปอร์เซ็นต์