รถยนต์ที่วิ่งด้วยความเร็ว 108 km/h เบรกด้วยความหน่วงคงที่ 8 m/s² จนหยุด หาระยะเบรก s
v₀ = 108 km/ha = −8 m/s²v = 0
s = m
2.จลนศาสตร์ยาก
โยนลูกบอลขึ้นตรง ๆ ด้วยความเร็ว 11 m/s จากขอบหลังคาที่สูงจากพื้น 25 m ไม่คิดแรงต้านอากาศ และใช้ g = 9.81 m/s² ลูกบอลกระทบพื้นหลังจากโยนไปนานเท่าใด หา t
v₀ = 11 m/sh₀ = 25 mg = 9.81 m/s²
t = s
3.กฎของนิวตันปานกลาง
ก้อนวัตถุมวล 15 kg เลื่อนลงตามพื้นเอียงที่ทำมุม 30° กับแนวนอน สัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์คือ 0.3 ใช้ g = 9.81 m/s² หาความเร่ง a ของก้อนวัตถุตามแนวพื้นเอียง
m = 15 kgθ = 30°μ = 0.3g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.กฎของนิวตันยาก
ก้อนวัตถุมวล 3 kg บนโต๊ะแนวนอนเชื่อมด้วยเชือกเบาผ่านรอกไร้แรงเสียดทานกับมวลที่ห้อยอยู่ 1.5 kg สัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ระหว่างก้อนวัตถุกับโต๊ะคือ 0.1 ใช้ g = 9.81 m/s² หาแรงตึง T ในเชือก
m1 = 3 kgm2 = 1.5 kgμ = 0.1g = 9.81 m/s²
T = N
5.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ปานกลาง
เตะลูกบอลจากพื้นราบด้วย 28 m/s ที่มุม 25° เหนือแนวนอนไปทางกำแพงที่ห่าง 12 m ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² ลูกบอลผ่านกำแพงที่ความสูงเท่าใด y
v₀ = 28 m/sθ = 25°x = 12 mg = 9.81 m/s²
y = m
6.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ยาก
ลูกบอลถูกยิงออกไปทำมุม 55° เหนือแนวนอน จากยอดหน้าผาสูง 20 m ไม่คิดแรงต้านอากาศ หาเวลาเคลื่อนที่ t จนกระทั่งลูกบอลกระทบพื้น
v0 = 23 m/sθ = 55°h = 20 mg = 9.81 m/s²
t = s
7.การเคลื่อนที่เป็นวงกลมปานกลาง
รถยนต์วิ่งผ่านทางโค้งราบรัศมี 30 m สัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิตระหว่างยางกับถนนคือ 0.3 ใช้ g = 9.81 m/s² หาอัตราเร็วสูงสุด vmax ที่รถผ่านโค้งได้โดยไม่ไถล
r = 30 mμs = 0.3g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.การเคลื่อนที่เป็นวงกลมยาก
ลูกบอลมวล 0.9 kg ผูกกับเชือกยาว 1.1 m ถูกเหวี่ยงเป็นวงกลมแนวดิ่ง ที่จุดต่ำสุดมันเคลื่อนที่ด้วย 6 m/s ใช้ g = 9.81 m/s² หาแรงตึง T ในเชือกที่จุดต่ำสุด
m = 0.9 kgr = 1.1 mv = 6 m/sg = 9.81 m/s²
T = N
9.งานและพลังงานปานกลาง
ก้อนวัตถุมวล 4 kg เลื่อนลงไป 14 m ตามพื้นเอียงที่ทำมุม 30° กับแนวนอน โดยมีสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ 0.15 หางาน Wf ที่ทำต้านแรงเสียดทาน
m = 4 kgθ = 30°μ = 0.15d = 14 mg = 9.81 m/s²
Wf = J
10.งานและพลังงานยาก
ก้อนวัตถุมวล 10 kg ถูกปล่อยจากหยุดนิ่งที่ความสูง 4 m บนทางลาดเรียบ ที่ด้านล่างมันผ่านแถบแนวนอนขรุขระยาว 1.5 m (μ = 0.15) แล้ววิ่งไปชนสปริง (k = 4000 N/m) บนพื้นผิวเรียบ หาการหดตัวสูงสุด x ของสปริง
m = 10 kgh = 4 mL = 1.5 mμ = 0.15k = 4000 N/mg = 9.81 m/s²
x = cm
11.โมเมนตัมและการชนปานกลาง
กระสุน 12 g ถูกยิงในแนวนอนเข้าไปในก้อนไม้หนัก 1 kg ที่แขวนด้วยเชือกเบา และฝังอยู่ในนั้น ก้อนไม้แกว่งขึ้นจนสูงกว่าตอนเริ่มต้น 22 cm ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาอัตราเร็ว v ของกระสุนก่อนชน
m = 12 gM = 1 kgh = 22 cmg = 9.81 m/s²
v = m/s
12.โมเมนตัมและการชนยาก
ลูกบอลมวล 0.4 kg กระทบผนังด้วย 13 m/s และกระดอนกลับตรง ๆ ด้วย 4 m/s การสัมผัสใช้เวลา 20 ms หาแรงเฉลี่ย Favg ที่ผนังกระทำต่อลูกบอล
m = 0.4 kgvin = 13 m/svout = 4 m/sΔt = 20 ms
Favg = N
13.สปริงและลูกตุ้มปานกลาง
ลูกตุ้มอย่างง่ายต้องยาวเท่าใดจึงจะมีคาบ 1.4 s ใช้ g = 9.81 m/s² หา L
T = 1.4 sg = 9.81 m/s²
L = m
14.สปริงและลูกตุ้มยาก
มวล 2.8 kg บนสปริงที่ k = 200 N/m ถูกดึงออกจากสมดุล 3 cm แล้วปล่อย หาอัตราเร็วสูงสุด vmax
m = 2.8 kgk = 200 N/mA = 3 cm
vmax = m/s
15.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์ปานกลาง
ผู้สังเกตเคลื่อนที่ด้วย 10 m/s ออกจากแหล่งกำเนิด 1200 Hz ที่อยู่นิ่ง อัตราเร็วเสียงคือ 343 m/s จงหาความถี่ f′ ที่ผู้สังเกตได้ยิน
Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.
เวลาที่ถึงกำแพง
vx = 28·cos 25° = 25.38 m/s
t = x/vx = 12/25.38 = 0.4729 s
ความสูงขณะนั้น
y = 11.83·0.4729 − ½·9.81·0.4729² = 4.499 m
คำตอบ
y = 4.499 m
ลูกบอลยังกำลังขึ้นอยู่ที่กำแพง
6.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์
คำตอบ: t = 4.707 s
การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์: เมื่อไม่มีแรงต้านอากาศ x = vxt และ y = h + vyt − ½gt² ทั้งสองทิศทางเป็นอิสระต่อกัน ยกเว้นว่าใช้เวลาเดียวกัน
แยกความเร็วต้น
ความเร็วในแนวนอนคงที่ การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งมีความเร่งคงที่ g = 9.81 m/s² ลงด้านล่าง
vx = v0·cos θ = 23·cos 55° = 13.19 m/s
vy = v0·sin θ = 23·sin 55° = 18.84 m/s
เวลาที่อยู่ในอากาศ
แก้ y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 หาค่ารากที่เป็นบวก
0 = 20 + 18.84·t − 4.905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (18.84 + √(355 + 392.4))/9.81 = 4.707 s
คำตอบ
t = 4.707 s
7.การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
คำตอบ: vmax = 9.396 m/s
การเคลื่อนที่เป็นวงกลมอย่างสม่ำเสมอ: วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว v บนวงกลมรัศมี r มีความเร่งเข้าหาศูนย์กลาง a = v²/r จึงต้องมีแรงลัพธ์ชี้เข้าด้านใน F = m·v²/r แรงนี้มาจากสิ่งที่มีอยู่จริง เช่น แรงเสียดทาน แรงตึง แรงโน้มถ่วง หรือแรงแนวฉาก
แรงเสียดทานเป็นแรงสู่ศูนย์กลาง
m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0.3·9.81·30) = 9.396 m/s
คำตอบ
vmax = 9.396 m/s (33.83 km/h)
8.การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
คำตอบ: T = 38.28 N
การเคลื่อนที่เป็นวงกลมอย่างสม่ำเสมอ: วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว v บนวงกลมรัศมี r มีความเร่งเข้าหาศูนย์กลาง a = v²/r จึงต้องมีแรงลัพธ์ชี้เข้าด้านใน F = m·v²/r แรงนี้มาจากสิ่งที่มีอยู่จริง เช่น แรงเสียดทาน แรงตึง แรงโน้มถ่วง หรือแรงแนวฉาก
แรงที่จุดต่ำสุด
ทิศเข้าหาศูนย์กลาง (ขึ้น) เป็นบวก
T − m·g = m·v²/r
T = 0.9·9.81 + 0.9·6²/1.1 = 8.829 + 29.45 = 38.28 N
½kx² = 370.3 → x = √(2·370.3/4000) = 0.4303 m = 43.03 cm
คำตอบ
x = 43.03 cm
11.โมเมนตัมและการชน
คำตอบ: v = 175.2 m/s
Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.
การแกว่งหลังการชน
V = √(2·g·h) = √(2·9.81·0.22) = 2.078 m/s
การชน
m·v = (m + M)·V → v = (0.012 + 1)·2.078/0.012 = 175.2 m/s
การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย: มวล m บนสปริงที่มีค่าความแข็ง k สั่นด้วยความถี่เชิงมุม ω = √(k/m) และคาบ T = 2π/ω = 2π·√(m/k) ลูกตุ้มอย่างง่ายยาว L มี T = 2π·√(L/g) เมื่อแอมพลิจูดคือ A อัตราเร็วสูงสุดคือ A·ω ความเร่งสูงสุดคือ A·ω² และพลังงานคือ ½·k·A²
แก้หาความยาว
L = g·(T/2π)² = 9.81·(1.4/2π)² = 0.487 m
คำตอบ
L = 0.487 m
14.สปริงและลูกตุ้ม
คำตอบ: vmax = 0.2535 m/s
การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย: มวล m บนสปริงที่มีค่าความแข็ง k สั่นด้วยความถี่เชิงมุม ω = √(k/m) และคาบ T = 2π/ω = 2π·√(m/k) ลูกตุ้มอย่างง่ายยาว L มี T = 2π·√(L/g) เมื่อแอมพลิจูดคือ A อัตราเร็วสูงสุดคือ A·ω ความเร่งสูงสุดคือ A·ω² และพลังงานคือ ½·k·A²
ความถี่เชิงมุม
ω = √(200/2.8) = 8.452 rad/s
อัตราเร็วสูงสุด
vmax = A·ω = 0.03·8.452 = 0.2535 m/s
คำตอบ
vmax = 0.2535 m/s
15.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์
คำตอบ: f′ = 1165 Hz
คลื่นนิ่งและปรากฏการณ์ดอปเพลอร์: เส้นเชือกที่ตรึงปลายทั้งสองข้างหรือท่อที่เปิดปลายทั้งสองข้างมีความยาวพอดีกับจำนวนเต็มเท่าของครึ่งความยาวคลื่น: L = nλ/2, fn = n·v/(2L), n = 1, 2, 3, … ท่อปลายปิดข้างหนึ่งมีบัพที่ปลายปิดและปฏิบัพที่ปลายเปิด: L = nλ/4 เฉพาะ n ที่เป็นเลขคี่ fn = n·v/(4L) เมื่อแหล่งกำเนิดหรือผู้สังเกตเคลื่อนที่ตามแนวเส้นตรงระหว่างกัน f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs): ใช้เครื่องหมายบนสำหรับการเคลื่อนที่เข้าหากัน คลื่นสองคลื่นที่มีความถี่ใกล้เคียงกันเกิดบีตที่ |f₁ − f₂|