การเคลื่อนที่แนวดิ่งมีอะไรบ้าง

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์

 กาลิเลโอ เป็นคนแรกที่อธิบายการเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ได้อย่างละเอียด 
เขาได้อธิบายว่าถ้าจะศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุแบบโพรเจกไทด์ได้อย่างละเอียดนั้น 
ต้องแยกศึกษาส่วนประกอบในแนวราบ และ ในแนวดิ่งอย่างอิสระไม่เกี่ยวข้องกัน
ในสมัยกรีกโบราณเชื่อตามทฤษฎีของอริสโตเติลที่ว่าถ้ายิงวัตถุจากปืนใหญ่ วัตถุจะเคลื่อนที่
เป็นเส้นตรงตามแนวที่ยิง และวัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ให้จนกระทั่งความเร็วนั้นค่อย ๆ
ลดลง จนเป็นศูนย์ แล้ววัตถุจะตกลงมาอย่างรวดเร็วที่ตำแหน่งนั้นต่อมาจากการสังเกตอย่างละเอียดของ Niccolo Tartagliaพบว่าอันที่จริงแล้วการ
เคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์นั้น แนวการเคลื่อนที่เป็นรูปโค้ง ในขณะนั้นไม่มีใครสามารถ
อธิบายได้ว่าเป็นเพราะอะไร ต่อมากาลิเลโอได้อธิบายว่า การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ 
เป็นการเคลื่อนที่ที่ประกอบด้วยการเคลื่อนที่ในสองแนวไม่ใช่แนวเดียว โดยในแนวดิ่งจะมี
แรงเนื่องจากแรงดึงดูดของโลกกระทำต่อวัตถุให้เคลื่อนที่ลงด้วยความเร่ง  หลักความเฉื่อยของกาลิเลโอ Galilao's pricipal Inertia )เขาแสดงให้เห็นว่า
โพรเจกไทล์นั้นได้ จะประกอบด้วยการเคลื่อนที่ 2 แนว พร้อม ๆกัน โดยในแต่ละแนวนั้นจะเคลื่อนที่อย่างอิสระไม่เกี่ยวข้องกัน    และยังพบว่าเส้นทางการเคลื่อนที่ของโพรเจกไทล์
จะเป็นรูปเรขาคณิต ที่เรียกว่า "พาราโบลา"

      โพรเจกไทล์ (projectile) คือ วัตถุที่เคลื่อนที่แบบเสรีโดยมีความเร็วในแนวราบ
การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์(projectile motion) เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุ
โดยมีแนวการเคลื่อนที่เป็นแนวโค้ง

      การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์เป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุในอากาศที่มีแนวการเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งถ้าไม่คิดแรงต้านของอากาศจะเป็นเส้นโค้งพาราโบลา เช่น การทุ่มน้ำหนัก การพุ่งแหลน การเคลื่อนที่ของสัมภาระที่ถูกปล่อยจากเครื่องบินที่กำลังบินตามแนวระดับอยู่ในอากาศ เป็นต้น

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ การเคลื่อนที่ 2 แนวตั้งฉากกัน และเกิดขึ้นในเวลาเดียวกัน ได้แก่ การเคลื่อนที่แนวระดับ และการเคลื่อนที่แนวดิ่ง

ความเร็วของโพรเจกไทล์ มี 2 แนวประกอบกัน คือ ความเร็วแนวระดับและความเร็วแนวดิ่ง

ความเร็วแนวระดับ มีค่าคงตัวตลอดการเคลื่อนที่ และมีค่าเท่ากับความเร็วจุดเริ่มต้น ดังนั้น
ถ้าวัตถุเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเริ่มต้น(แนวระดับ)มีค่ามาก ก็จะเคลื่อนที่ไปได้ไกล

ความเร็วแนวดิ่ง มีค่าเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เพราะเป็นการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก

การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ อาจจำแนกโพรเจกไทล์เป็น 3 แบบ คือ

1. โพรเจกไทล์ที่มีความเร็วเริ่มต้นในแนวราบ (ไม่เป็นศูนย์) และความเร็วต้นในแนวดิ่งเป็นศูนย์เช่น ก้อนหินที่ถูกปาไปในแนวขนานกับพื้น ลูกปิงปองที่กลิ้งตกจากโต๊ะ

2. โพรเจกไทล์ที่มีความเร็วต้นในแนวราบและความเร็วต้นในแนวดิ่งไม่เป็นศูนย์ โดยมีความเร็วต้นทำมุมกับแนวราบในทิศขึ้นหรือทิศลงก็ได้เช่น ลูกขนไก่ที่ถูกตีขึ้นไปในอากาศ หรือลูกเหล็กที่ถูกปาลงจากบันไดชั้นบน

3. โพรเจกไทล์ที่มีความเร็วต้นในแนวราบและความเร็วต้นในแนวดิ่งไม่เป็นศูนย์เหมือน
แบบที่ 2 แต่ตำแหน่งเริ่มต้นและตำแหน่งสุดท้ายอยู่ในระดับเดียวกัน เช่น ลูกบอลที่ถูกเตะ
ขึ้นจากพื้นจะเคลื่อนที่ไปตกลงที่พื้นซึ่งอยู่ในระดับเดียวกัน

ข้อควรรู้

1.    เวลาเคลื่อนที่ตามแนวโพรเจกไทล์ เท่ากับเวลาตามแนวระดับ เท่ากับเวลาตามแนวดิ่ง

2.    ยิงวัตถุด้วยมุมยิงเท่ากัน แต่ความเร็วเริ่มต้นต่างกัน ความเร็วเริ่มต้นมากวัตถุจะขึ้นไปได้สูงกว่า และไปได้ไกลกว่า

3.    ยิงวัตถุด้วยความเร็วเริ่มต้นเท่ากัน แต่มุมยิงต่างกัน มุมยิง 45 องศา วัตถุไปได้ไกลที่สุด

จากรูป   เมื่อพิจารณาการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง  ซึ่งเป็นการตกแบบเสรี  วัตถุจะเคลื่อนที่ลงด้วยความเร่ง  g  ความเร็วของวัตถุในแนวดิ่งที่ตำแหน่ง  A,B,C  จึงไม่เท่ากัน  เราสามารถหาความเร็วในแนวดิ่ง  ที่ตำแหน่ง  B  คือ  ได้จากสมการv = u + at และเนื่องจากความเร็วในตอนเริ่มต้นการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งเป็นศูนย์  จึงได้

Vy    =   gt

ส่วนการกระจัดในแนวดิ่งที่ตำแหน่ง  B คือSy  หาได้จากสมการ    Sy  =   gt2ื  
เป็น    s  =  ut + at2

ขอขอบคุณที่มา : หนังสือเรียนวิชาฟิสิกส์มัธยมปลาย,

การเคลื่อนที่แบบแนวดิ่งมีอะไรบ้าง

การเคลื่อนที่แนวราบมีอะไรบ้าง

การเคลื่อนที่แนวเส้นตรง มีอะไรบ้าง

การเคลื่อนที่แนวตรงมีกี่แบบ