1
ความเป็นไปได้ทั่วไปของวงกลมและมิติในการอธิบาย
PHYS1002C-PEP-CNLesson 2
00:00

การเคลื่อนที่แบบวงกลมเป็นรูปแบบการเคลื่อนที่ตามเส้นโค้งที่พบได้ทั่วไปที่สุดในธรรมชาติ และมีความสมมาตรอย่างสวยงาม ลักษณะสำคัญคือแรงรวมที่กระทำต่อวัตถุไม่ขนานกับทิศทางความเร็ว และมีทิศทางชี้เข้าหาจุดศูนย์กลางเสมอเราเรียกการเคลื่อนที่เชิงกลที่มีเส้นทางเป็นวงกลมหรือเส้นโค้งวงกลมบางส่วนว่า การเคลื่อนที่แบบวงกลม (circular motion)

จุดศูนย์กลาง Oรัศมี rความเร็วเชิงเส้น v

การเปลี่ยนมิติในการอธิบาย

เนื่องจากเส้นทางการเคลื่อนที่มีลักษณะปิดและสมมาตร จึงทำให้การใช้ระบบพิกัดคาร์ทีเซียนดั้งเดิมในการอธิบายการเคลื่อนที่แบบวงกลมซับซ้อนเกินไป ดังนั้น ฟิสิกส์จึงนำมิติการอธิบายที่ครอบคลุมทั้งการเคลื่อนที่แบบเลื่อนและหมุนมาใช้:

  • ความเร็วเชิงเส้น (v)เป็นปริมาณทางฟิสิกส์ที่อธิบายความเร็วในการเคลื่อนที่ตามเส้นโค้งของอนุภาค โดย $v = \frac{\Delta s}{\Delta t}$ และทิศทางอยู่ตามแนวเส้นสัมผัสของวงกลม
  • ความเร็วเชิงมุม (ω)เป็นปริมาณทางฟิสิกส์ที่อธิบายความเร็วในการหมุนของรัศมี โดย $\omega = \frac{\Delta \theta}{\Delta t}$ หน่วยคือ ราด/วินาที (rad/s)
  • ลักษณะเป็นรอบการเคลื่อนที่แบบวงกลมมีลักษณะเป็นรอบ ระยะเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ครบหนึ่งรอบเรียกว่า คาบ $T$ จำนวนรอบที่หมุนได้ต่อนาทีเรียกว่า ความเร็วรอบ $n$
การคิดอย่างลึกซึ้ง: หอคอยลอนดอน (London Eye)
เมื่อนักท่องเที่ยวนั่งอยู่ในรถโดยสารที่เคลื่อนขึ้นช้าๆ แม้ว่าระยะทางจากจุดศูนย์กลาง (รัศมี) จะคงที่ แต่ตำแหน่งในพื้นที่จะเปลี่ยนแปลงต่อเนื่องไปตามเวลา ลักษณะการเคลื่อนที่นี้ประกอบด้วยการเลื่อนตำแหน่งเชิงเส้นและรวมถึงการเบี่ยงเบนเชิงมุมเมื่อเทียบกับจุดศูนย์กลางการเบี่ยงเบนเชิงมุมซึ่งแสดงถึงลักษณะสำคัญของการเคลื่อนที่แบบวงกลมที่ทิศทางเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาอย่างสมบูรณ์