การเคลื่อนที่แบบวงกลม

การเคลื่อนที่แบบวงกลมจัดเป็นการเคลื่อนที่กี่มิติ?

• 1 มิติ

• 2 มิติ

• 3 มิติ

• 4 มิติ

"วัตถุที่เคลื่อนที่แบบวงกลม แสดงว่าวัตถุนั้นจะต้องมีการเคลื่อนแบบความเร็วไม่คงที่เสมอ"

คำกล่าวอ้างนี้ ถูกต้อง หรือ ไม่ถูกต้อง ?

• ถูกต้อง

• ไม่ถูกต้อง

Answer explanation

ความเร็วของวัตถุไม่คงที่

เนื่องจากมีการเปลี่ยนทิศทางของการเคลื่อนที่ตลอดเวลา

ซึ่งเมื่อวัตถุที่มีการเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่แสดงว่า วัตถุนี้ต้องมีองค์ประกอบของแรงมากระทำในทิศทางที่ตั้งฉากกับเส้นทางการ เคลื่อนที่ด้วย

"วัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลม จะมีแรงกระทำต่อวัตถุ ซึ่งจะมีทิศเข้าหาจุดศูนย์กลางการเคลื่อนที่นั้น" เราเรียกแรงดังกล่าวนี้ว่าอะไร?

• แรงโน้มถ่วงของโลก

• แรงดึงดูดระหว่างมวล

• แรงสู่ศูนย์กลาง

• แรงหนีศูนย์กลาง

Answer explanation

แรงสู่ศูนย์กลาง

(Centripetal Force)

วัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลม จะมีแรงกระทำต่อวัตถุ ซึ่งจะมีทิศเข้าหาจุดศูนย์กลางการเคลื่อนที่นั้นเสมอ

โดยขนาดของแรงจะขึ้นอยู่กับอัตราเร็วของวัตถุ

"วัตถุที่เคลื่อนที่แบบวงกลม แสดงว่าวัตถุนั้นจะต้องมีความเร่งสู่ศูนย์กลางเสมอ"

คำกล่าวอ้างนี้ ถูกต้อง หรือ ไม่ถูกต้อง ?

• ถูกต้อง

• ไม่ถูกต้อง

Answer explanation

เนื่องจากแรงมีความสัมพันธ์กับความเร่ง

โดยจะมีทิศทางเดียวกันเสมอ

ดังนั้น เมื่อวัตถุที่เคลื่อนที่แบบวงกลม แสดงว่าวัตถุนั้นจะต้องมีความเร่งสู่ศูนย์กลางเสมอ

ข้อความดังกล่าวจึง ถูกต้อง

จากการทดลอง การเคลื่อนที่แบบวงกลม

ความเร็วของวัตถุนั้นจะทำมุมตั้งฉากกับค่าปริมาณต่าง ๆ มากมาย

ยกเว้น ข้อใด?

• แรงสู่ศูนย์กลาง

• แรงหนีศูนย์กลาง

• แรงตึงเชือก

• แนวการเคลื่อนที่

  ของวัตถุ

Answer explanation

จากการทดลอง

การเคลื่อนที่แบบวงกลม

ความเร็วของวัตถุจะไม่ทำมุมตั้งฉากกับแนวทางการเคลื่อนที่ แต่จะอยู่ในแนวเส้นสัมผัสของแนวการเคลื่อนที่ของวัตถุนั้น

แรงสู่ศูนย์กลางของรถยนต์ที่กำลังเลี้ยวโค้งบนถนนราบ

มาจากแรงใด?

• แรงโน้มถ่วงของโลก

• แรงเสียดทานระหว่างล้อกับพื้นถนน

• แรงปฏิกิริยาของ

  พื้นถนน

• ไม่มีข้อใดถูก

Answer explanation

ขณะรถเลี้ยวโค้ง บนถนนโค้งราบ

ซึ่งมีแนวทางการเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้งของวงกลมดังรูป

ดังนั้น ต้องมีแรงสู่ศูนย์กลางกระทำต่อวัตถุ เมื่อพิจารณาแรงที่กระทำต่อรถในแนวระดับ พบว่าขณะรถเลี้ยว รถพยายามที่จะไถล ออกจากโค้ง จึงมีแรงเสียดทานที่พื้นกระทำต่อล้อในทิศทางพุ่งเข้าในแนวผ่านศูนย์กลางความโค้ง

กล่องใบหนึ่งวางอยู่บนโต๊ะที่หมุนรอบแนวดิ่งได้ ห่างจากกึ่งกลางของโต๊ะเป็นระยะ R เมื่อโต๊ะหมุนด้วยอัตราเร็วค่าหนึ่งและไม่ทำให้กล่องร่วงลงไป เมื่อพื้นโต๊ะกับกล่องใบนี้มีความฝืด ข้อใดคือแรงเข้าสู่ศูนย์กลางของการเคลื่อนที่แบบวงกลมของกล่องใบนี้

• แรงปฏิกิริยาที่โต๊ะกระทำกับกล่อง

• น้ำหนักของกล่อง

• แรงตึงเชือก

• แรงเสียดทานสถิตระหว่างกล่องกับพื้นโต๊ะ

Answer explanation

จากภาพ

จะได้ว่า แรงเข้าสู่ศูนย์กลาง

คือ แรงเสียดทานสถิตระหว่างกล่องกับพื้นโต๊ะ

จากรูป เมื่อลูกบอลวิ่งเป็นวงกลมในแนวราบรอบถังภายในรูปครึ่งทรงกลมที่ตำแหน่ง ดังรูป ข้อใดคือแรงเข้าสู่ศูนย์กลาง เมื่อถังรูปครึ่งทรงกลมมีรัศมีเป็น R

• น้ำหนัก

• แรงปฏิกิริยาที่ผนังของถังกระทำต่อลูกบอล

• แรงเสียดทานสถิต

• แรงตึงเชือก

Answer explanation

จากรูป ลูกบอลที่อยู่ระดับกึ่งกลางของทรงกลม ทำให้แรงปฏิกิริยาอยู่ในแนวราบพอดี จะได้ว่าแรงปฏิกิริยาที่ผนังของถังกระทำกับลูกบอล (N) คือ แรงเข้าสู่ศูนย์กลาง

ถ้าดาวเทียมเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบโลกให้พิจารณาว่าในข้อต่อไปนี้ข้อใดบ้างที่เป็นจริง

1. ความเร่งของดาวเทียมมีค่าคงที่

2. ดาวเทียมมีความเร่งสู่โลกเสมอ

3. เวลาที่ดาวเทียมเคลื่อนที่ครบรอบคงที่

• ข้อ 1 และ 2

• ข้อ 2 และ 3

• ข้อ 2 เท่านั้น

• เป็นจริงทุกข้อ

Answer explanation

ข้อใด ไม่ใช่ การเคลื่อนที่แบบวงกลม?

• การเคลื่อนที่ของเครื่องเล่นไวกิ้ง

• การเคลื่อนที่ของชิงช้าสวรรค์

• การขับรถยนต์ข้ามสะพานโค้ง

• ดาวเทียมโคจรรอบโลก

Answer explanation

การเคลื่อนที่ของเครื่องเล่นไวกิ้งส์

จะคล้ายกับการแกว่งตัวของลูกตุ้มนาฬิกา คือ มีความเร็วสูงสุด เมื่อมันอยู่ในตำแหน่งที่ต่ำสุด และจะหยุดนิ่งเมื่อมันอยู่ในตำแหน่งที่สูงสุดของการแกว่ง หรือกล่าวได้ว่า เป็นการเคลื่อนที่แบบ Simple Harmonic