เครื่องบินต้องใช้อัตราเร็ว 180 km/h เพื่อบินขึ้น และทางวิ่งที่ใช้ได้ยาว 2300 m เริ่มจากหยุดนิ่ง ต้องใช้ความเร่งคงที่ a เท่าใด
v₀ = 0v = 180 km/hs = 2300 m
a = m/s²
2.จลนศาสตร์ยาก
ลูกบอล A ถูกปล่อยจากหยุดนิ่งที่ความสูง 25 m ขณะเดียวกันลูกบอล B ถูกขว้างขึ้นตรง ๆ จากพื้นด้านล่างโดยตรงด้วย 15 m/s ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² ลูกบอลพบกันที่ความสูง y เหนือพื้นเท่าใด
H = 25 mv0B = 15 m/sg = 9.81 m/s²
y = m
3.กฎของนิวตันปานกลาง
กล่องไถลไปบนพื้นราบด้วยอัตราเร็วต้น 2 m/s และหยุดหลังไป 0.82 m ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์ μ
v₀ = 2 m/sd = 0.82 mg = 9.81 m/s²
μ =
4.กฎของนิวตันยาก
ก้อนวัตถุมวล 3.5 kg บนโต๊ะแนวนอนเชื่อมด้วยเชือกเบาผ่านรอกไร้แรงเสียดทานกับมวลที่ห้อยอยู่ 5.5 kg สัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ระหว่างก้อนวัตถุกับโต๊ะคือ 0.2 ใช้ g = 9.81 m/s² หาแรงตึง T ในเชือก
m1 = 3.5 kgm2 = 5.5 kgμ = 0.2g = 9.81 m/s²
T = N
5.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ปานกลาง
ยิงลูกบอลจากพื้นราบด้วย 36 m/s และต้องตกห่างออกไป 85 m ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² จงหามุมยิง θ ที่น้อยกว่าในสองค่าที่เป็นไปได้
v₀ = 36 m/sR = 85 mg = 9.81 m/s²
θ = °
6.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ยาก
ยิงลูกบอลด้วย 16 m/s ที่มุม 55° เหนือแนวนอนจากยอดหน้าผาสูง 45 m ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² จงหาความสูงมากที่สุด H เหนือพื้นที่เชิงหน้าผา
v₀ = 16 m/sθ = 55°h = 45 mg = 9.81 m/s²
H = m
7.การเคลื่อนที่เป็นวงกลมปานกลาง
รถยนต์วิ่งผ่านทางโค้งราบรัศมี 20 m สัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิตระหว่างยางกับถนนคือ 0.8 ใช้ g = 9.81 m/s² หาอัตราเร็วสูงสุด vmax ที่รถผ่านโค้งได้โดยไม่ไถล
r = 20 mμs = 0.8g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.การเคลื่อนที่เป็นวงกลมยาก
ลูกบอลมวล 1.6 kg บนเชือกเบายาว 1 m ถูกเหวี่ยงเป็นวงกลมแนวดิ่ง ที่จุดต่ำสุดอัตราเร็วของมันคือ 8 m/s ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² จงหาแรงตึง Ttop ในเชือกที่จุดสูงสุด
m = 1.6 kgr = 1 mvbottom = 8 m/sg = 9.81 m/s²
Ttop = N
9.งานและพลังงานปานกลาง
ลูกบอล 0.2 kg แขวนบนเชือกเบายาว 2 m ดึงไปด้านข้างจนเชือกทำมุม 60° กับแนวดิ่งแล้วปล่อยจากหยุดนิ่ง จงหาแรงตึง T ในเชือกเมื่อลูกบอลผ่านจุดต่ำสุด
m = 0.2 kgL = 2 mθ = 60°g = 9.81 m/s²
T = N
10.งานและพลังงานยาก
รถเข็น 10 kg ถูกปล่อยจากหยุดนิ่งที่ความสูง 7 m บนรางเรียบที่นำเข้าสู่ลูปวงกลมแนวดิ่งรัศมี 2 m จงหาอัตราเร็ว v ของรถเข็นที่จุดสูงสุดของลูป
m = 10 kgh = 7 mR = 2 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
11.โมเมนตัมและการชนปานกลาง
กระสุน 15 g ถูกยิงในแนวนอนเข้าไปในก้อนไม้หนัก 5 kg ที่แขวนด้วยเชือกเบา และฝังอยู่ในนั้น ก้อนไม้แกว่งขึ้นจนสูงกว่าตอนเริ่มต้น 22 cm ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาอัตราเร็ว v ของกระสุนก่อนชน
m = 15 gM = 5 kgh = 22 cmg = 9.81 m/s²
v = m/s
12.โมเมนตัมและการชนยาก
รถมวล 800 kg ชนรถที่จอดอยู่มวล 1700 kg ซากรถติดกันและไถลไป 7.5 m ก่อนหยุด สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์ระหว่างยางกับถนนคือ 0.8 ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาอัตราเร็ว v1 ของรถคันแรกก่อนชน
ลูกตุ้มอย่างง่ายต้องยาวเท่าใดจึงจะมีคาบ 1.1 s ใช้ g = 9.81 m/s² หา L
T = 1.1 sg = 9.81 m/s²
L = m
14.สปริงและลูกตุ้มยาก
มวล 3.2 kg บนสปริงที่ k = 380 N/m ถูกดึงออกจากสมดุล 14 cm แล้วปล่อย หาอัตราเร็วสูงสุด vmax
m = 3.2 kgk = 380 N/mA = 14 cm
vmax = m/s
15.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์ปานกลาง
วัตถุอยู่หน้าเลนส์รวมแสงบาง 10 cm ซึ่งมีความยาวโฟกัส 8 cm จงหาระยะภาพ di ใช้ข้อตกลงเครื่องหมาย 1/f = 1/do + 1/di (f < 0 สำหรับเลนส์กระจายแสง, di < 0 สำหรับภาพเสมือน)
do = 10 cmf = 8 cm
di = cm
16.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์ยาก
วัตถุอยู่หน้ากระจกนูน 50 cm ซึ่งมีรัศมีความโค้ง 60 cm จงหาระยะภาพ di เป็นบวกสำหรับภาพที่อยู่หน้ากระจก (ภาพจริง) และเป็นลบสำหรับภาพที่อยู่หลังกระจก (ภาพเสมือน)
do = 50 cmR = 60 cm
di = cm
3สารละลาย
1.จลนศาสตร์
คำตอบ: a = 0.5435 m/s²
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
v = 180/3.6 = 50 m/s
ความเร่ง
a = v²/(2s) = 50²/(2·2300) = 0.5435 m/s²
คำตอบ
a = 0.5435 m/s²
2.จลนศาสตร์
คำตอบ: y = 11.37 m
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.
เวลาที่พบกัน
ทิศขึ้นเป็นบวก พื้นคือ y = 0
25 − ½g·t² = 15·t − ½g·t² → t = 25/15 = 1.667 s
ความสูงที่พบกัน
y = 15·1.667 − ½·9.81·1.667² = 11.37 m
คำตอบ
y = 11.37 m
3.กฎของนิวตัน
คำตอบ: μ = 0.2486
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.
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.
สูตรพิสัย
R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9.81·85/36² = 0.6434
มุม
2θ = 40.05° → θ = 20.02°
คำตอบ
θ = 20.02°
คำตอบอีกค่าหนึ่งคือ 90° − θ = 69.98°
6.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์
คำตอบ: H = 53.76 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 = 16·sin 55° = 13.11 m/s
ความสูงที่ขึ้นเหนือหน้าผา
Δh = vy²/(2g) = 13.11²/(2·9.81) = 8.755 m
ความสูงเหนือพื้น
H = 45 + 8.755 = 53.76 m
คำตอบ
H = 53.76 m
7.การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
คำตอบ: vmax = 12.53 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) = √(0.8·9.81·20) = 12.53 m/s
คำตอบ
vmax = 12.53 m/s (45.1 km/h)
8.การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
คำตอบ: Ttop = 23.92 N
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.
รถเข็นผ่านลูปไปได้พอดีเมื่อ h = 2.5R ซึ่งที่จุดสูงสุด N = 0
11.โมเมนตัมและการชน
คำตอบ: v = 694.6 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 = (0.015 + 5)·2.078/0.015 = 694.6 m/s
คำตอบ
v = 694.6 m/s
12.โมเมนตัมและการชน
คำตอบ: v1 = 33.91 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.
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·(1.1/2π)² = 0.3007 m
คำตอบ
L = 0.3007 m
14.สปริงและลูกตุ้ม
คำตอบ: vmax = 1.526 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 = √(380/3.2) = 10.9 rad/s
อัตราเร็วสูงสุด
vmax = A·ω = 0.14·10.9 = 1.526 m/s
คำตอบ
vmax = 1.526 m/s
15.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์
คำตอบ: di = 40 cm
ทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต: ที่รอยต่อ n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (กฎของสเนลล์) โดยวัดมุมจากเส้นแนวฉากและ n = c/v เมื่อเข้าสู่ตัวกลางที่ช้ากว่า รังสีหักเหเข้าหาเส้นแนวฉาก จากตัวกลางที่หนาแน่นกว่า (n₁ > n₂) เกินมุมวิกฤต θc = arcsin(n₂/n₁) แสงทั้งหมดจะสะท้อนกลับ: การสะท้อนกลับหมด เลนส์บางและกระจกทรงกลมเป็นไปตาม 1/f = 1/do + 1/di โดยกำลังขยาย m = −di/do ข้อตกลงเครื่องหมาย: f > 0 สำหรับเลนส์รวมแสงและกระจกเว้า (f = R/2), f < 0 สำหรับเลนส์กระจายแสงและกระจกนูน; di > 0 สำหรับภาพจริง, di < 0 สำหรับภาพเสมือน และ m < 0 สำหรับภาพหัวกลับ
สมการเลนส์บาง
1/di = 1/f − 1/do = 1/8 − 1/10
di = 40 cm
แผนภาพรังสี
ภาพจริง อยู่อีกด้านหนึ่งของเลนส์
คำตอบ
di = 40 cm
16.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์
คำตอบ: di = −18.75 cm
ทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต: ที่รอยต่อ n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (กฎของสเนลล์) โดยวัดมุมจากเส้นแนวฉากและ n = c/v เมื่อเข้าสู่ตัวกลางที่ช้ากว่า รังสีหักเหเข้าหาเส้นแนวฉาก จากตัวกลางที่หนาแน่นกว่า (n₁ > n₂) เกินมุมวิกฤต θc = arcsin(n₂/n₁) แสงทั้งหมดจะสะท้อนกลับ: การสะท้อนกลับหมด เลนส์บางและกระจกทรงกลมเป็นไปตาม 1/f = 1/do + 1/di โดยกำลังขยาย m = −di/do ข้อตกลงเครื่องหมาย: f > 0 สำหรับเลนส์รวมแสงและกระจกเว้า (f = R/2), f < 0 สำหรับเลนส์กระจายแสงและกระจกนูน; di > 0 สำหรับภาพจริง, di < 0 สำหรับภาพเสมือน และ m < 0 สำหรับภาพหัวกลับ