คนขับที่ขับด้วย 90 km/h เห็นสิ่งกีดขวาง เวลาตอบสนองของเธอคือ 1.2 s หลังจากนั้นรถเบรกด้วยความหน่วงคงที่ 6.5 m/s² จงหาระยะหยุดทั้งหมด d นับจากขณะที่เธอเห็นสิ่งกีดขวาง
v₀ = 90 km/htr = 1.2 sa = −6.5 m/s²
d = m
2.จลนศาสตร์ยาก
รถรางเริ่มจากหยุดนิ่งและเร่งด้วย 2 m/s² เป็นเวลา 5 s จากนั้นวิ่งด้วยอัตราเร็วคงที่ 29 s และสุดท้ายเบรกด้วย 4 m/s² จนหยุด จงหาเวลาเดินทางรวม t
a1 = 2 m/s²t1 = 5 st2 = 29 sa3 = −4 m/s²
t = s
3.กฎของนิวตันปานกลาง
กล่องไถลไปบนพื้นราบด้วยอัตราเร็วต้น 8 m/s และหยุดหลังไป 8.2 m ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์ μ
v₀ = 8 m/sd = 8.2 mg = 9.81 m/s²
μ =
4.กฎของนิวตันยาก
ก้อนวัตถุมวล 9.5 kg บนโต๊ะแนวนอนเชื่อมด้วยเชือกเบาผ่านรอกไร้แรงเสียดทานกับมวลที่ห้อยอยู่ 3.5 kg โต๊ะไร้แรงเสียดทาน ใช้ g = 9.81 m/s² หาแรงตึง T ในเชือก
m1 = 9.5 kgm2 = 3.5 kgμ = 0g = 9.81 m/s²
T = N
5.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ปานกลาง
ลูกบอลถูกยิงออกไปทำมุม 25° เหนือแนวนอน จากพื้นราบ ไม่คิดแรงต้านอากาศ หาระยะทางในแนวนอน x ที่ลูกบอลเคลื่อนที่ก่อนกระทบพื้น
v0 = 14 m/sθ = 25°g = 9.81 m/s²
x = m
6.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ยาก
ยิงลูกบอลด้วย 31 m/s ที่มุม 55° เหนือแนวนอนจากยอดหน้าผาสูง 25 m ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² จงหาความสูงมากที่สุด H เหนือพื้นที่เชิงหน้าผา
v₀ = 31 m/sθ = 55°h = 25 mg = 9.81 m/s²
H = m
7.การเคลื่อนที่เป็นวงกลมปานกลาง
ลูกบอลเล็กบนเชือกยาว 0.3 m เคลื่อนที่เป็นวงกลมแนวนอนโดยเชือกทำมุมคงที่ 25° กับแนวดิ่ง (ลูกตุ้มกรวย) ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาอัตราเร็ว v ของลูกบอล
L = 0.3 mθ = 25°g = 9.81 m/s²
v = m/s
8.การเคลื่อนที่เป็นวงกลมยาก
ทางโค้งรัศมี 270 m เอียง 30° และสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตระหว่างยางกับถนนคือ 0.4 ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาอัตราเร็วสูงสุด vmax ที่รถผ่านทางโค้งได้โดยไม่ไถลขึ้นและออกนอกทาง
r = 270 mθ = 30°μs = 0.4g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
9.งานและพลังงานปานกลาง
ก้อนวัตถุมวล 0.5 kg เลื่อนลงไป 9 m ตามพื้นเอียงที่ทำมุม 30° กับแนวนอน โดยมีสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ 0.4 หางาน Wf ที่ทำต้านแรงเสียดทาน
m = 0.5 kgθ = 30°μ = 0.4d = 9 mg = 9.81 m/s²
Wf = J
10.งานและพลังงานยาก
ก้อนวัตถุ 4 kg วางบนโต๊ะแนวนอนขรุขระ (μ = 0.4) เชือกเบาพาดจากก้อนวัตถุนั้นผ่านรอกเรียบที่ขอบโต๊ะไปยังก้อนวัตถุ 5 kg ที่แขวนอยู่ ระบบถูกปล่อยจากหยุดนิ่ง จงหาอัตราเร็ว v ของก้อนวัตถุทั้งสองหลังก้อนที่แขวนตกลงมา 2 m
m1 = 4 kgm2 = 5 kgμ = 0.4d = 2 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
11.โมเมนตัมและการชนปานกลาง
กระสุน 12 g ถูกยิงในแนวนอนเข้าไปในก้อนไม้หนัก 1.5 kg ที่แขวนด้วยเชือกเบา และฝังอยู่ในนั้น ก้อนไม้แกว่งขึ้นจนสูงกว่าตอนเริ่มต้น 13 cm ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาอัตราเร็ว v ของกระสุนก่อนชน
m = 12 gM = 1.5 kgh = 13 cmg = 9.81 m/s²
v = m/s
12.โมเมนตัมและการชนยาก
ลูกบอลมวล 0.35 kg กระทบผนังด้วย 20 m/s และกระดอนกลับตรง ๆ ด้วย 18 m/s การสัมผัสใช้เวลา 40 ms หาขนาดของอิมพัลส์ J ที่ผนังให้แก่ลูกบอล
m = 0.35 kgvin = 20 m/svout = 18 m/sΔt = 40 ms
J = N·s
13.สปริงและลูกตุ้มปานกลาง
ลูกตุ้มอย่างง่ายยาว 1.4 m ใช้ g = 9.81 m/s² หาคาบ T สำหรับการแกว่งเล็ก ๆ
L = 1.4 mg = 9.81 m/s²
T = s
14.สปริงและลูกตุ้มยาก
มวล 1.8 kg บนสปริงที่ k = 150 N/m ถูกดึงออกจากสมดุล 20 cm แล้วปล่อย หาอัตราเร็วสูงสุด vmax
m = 1.8 kgk = 150 N/mA = 20 cm
vmax = m/s
15.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์ปานกลาง
เส้นเชือกที่ตรึงปลายทั้งสองข้าง ต้องมีฮาร์มอนิกที่ 2ที่ 133 Hz คลื่นเคลื่อนที่บนนั้นด้วย 200 m/s จงหาความยาว L
Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.
หน่วย
v₀ = 90/3.6 = 25 m/s
ระยะตอบสนอง
d1 = v₀·tr = 25·1.2 = 30 m
ระยะเบรก
d2 = v₀²/(2a) = 25²/(2·6.5) = 48.08 m
รวม
d = 30 + 48.08 = 78.08 m
คำตอบ
d = 78.08 m
2.จลนศาสตร์
คำตอบ: t = 36.5 s
Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.
อัตราเร็วสูงสุด
v = a1·t1 = 2·5 = 10 m/s
เวลาเบรก
t3 = v/a3 = 10/4 = 2.5 s
เวลารวม
t = 5 + 29 + 2.5 = 36.5 s
คำตอบ
t = 36.5 s
3.กฎของนิวตัน
คำตอบ: μ = 0.3978
Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.
การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์: เมื่อไม่มีแรงต้านอากาศ x = vxt และ y = h + vyt − ½gt² ทั้งสองทิศทางเป็นอิสระต่อกัน ยกเว้นว่าใช้เวลาเดียวกัน
แยกความเร็วต้น
ความเร็วในแนวนอนคงที่ การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งมีความเร่งคงที่ g = 9.81 m/s² ลงด้านล่าง
vx = v0·cos θ = 14·cos 25° = 12.69 m/s
vy = v0·sin θ = 14·sin 25° = 5.917 m/s
เวลาที่อยู่ในอากาศ
เริ่มต้นและตกลงที่ความสูงเท่ากัน: t = 2vy/g
t = 2·5.917/9.81 = 1.206 s
ระยะทางในแนวนอน
x = vx·t = 12.69·1.206 = 15.31 m
คำตอบ
x = 15.31 m
6.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์
คำตอบ: H = 57.87 m
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.
อัตราเร็วต้นในแนวดิ่ง
vy = 31·sin 55° = 25.39 m/s
ความสูงที่ขึ้นเหนือหน้าผา
Δh = vy²/(2g) = 25.39²/(2·9.81) = 32.87 m
ความสูงเหนือพื้น
H = 25 + 32.87 = 57.87 m
คำตอบ
H = 57.87 m
7.การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
คำตอบ: v = 0.7616 m/s
Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.
รัศมีของวงกลม
r = L·sin θ = 0.3·sin 25° = 0.1268 m
อัตราเร็ว
แรงตึงและแรงโน้มถ่วงรวมกันให้แรงเข้าด้านใน: tan θ = v²/(r·g)
v = √(r·g·tan θ) = √(0.1268·9.81·tan 25°) = 0.7616 m/s
คำตอบ
v = 0.7616 m/s
8.การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
คำตอบ: vmax = 58.02 m/s
Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.
½(m₁ + m₂)v² = 66.71 → v = √(2·66.71/9) = 3.85 m/s
คำตอบ
v = 3.85 m/s
11.โมเมนตัมและการชน
คำตอบ: v = 201.2 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) = √(2·9.81·0.13) = 1.597 m/s
การชน
m·v = (m + M)·V → v = (0.012 + 1.5)·1.597/0.012 = 201.2 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
คาบของลูกตุ้ม
T = 2π·√(1.4/9.81) = 2.374 s
คำตอบ
T = 2.374 s
14.สปริงและลูกตุ้ม
คำตอบ: vmax = 1.826 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 = √(150/1.8) = 9.129 rad/s
อัตราเร็วสูงสุด
vmax = A·ω = 0.2·9.129 = 1.826 m/s
คำตอบ
vmax = 1.826 m/s
15.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์
คำตอบ: L = 1.504 m
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|
ความยาวคลื่น
λ = v/f = 200/133 = 1.504 m
ความยาว
L = nλ/2 = 2·1.504/2 = 1.504 m
คำตอบ
L = 1.504 m
16.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์
คำตอบ: fb = 2287 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|