รถคันหนึ่งขับเร็วด้วยอัตราเร็วคงที่ 22 m/s ผ่านรถตำรวจที่จอดนิ่ง ขณะนั้นรถตำรวจเริ่มออกตัวและเร่งอย่างสม่ำเสมอด้วย 3.5 m/s² รถตำรวจใช้เวลานานเท่าใดจึงจะตามทัน จงหา t
vcar = 22 m/sapolice = 3.5 m/s²v0,police = 0
t = s
2.จลนศาสตร์ยาก
โยนลูกบอลขึ้นตรง ๆ ด้วยความเร็ว 13 m/s จากขอบหลังคาที่สูงจากพื้น 25 m ไม่คิดแรงต้านอากาศ และใช้ g = 9.81 m/s² หาความสูงสูงสุด hmax เหนือพื้น
v₀ = 13 m/sh₀ = 25 mg = 9.81 m/s²
hmax = m
3.กฎของนิวตันปานกลาง
ก้อนวัตถุมวล 13 kg เลื่อนลงตามพื้นเอียงที่ทำมุม 20° กับแนวนอน สัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์คือ 0.3 ใช้ g = 9.81 m/s² หาความเร่ง a ของก้อนวัตถุตามแนวพื้นเอียง
m = 13 kgθ = 20°μ = 0.3g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.กฎของนิวตันยาก
ก้อนวัตถุมวล 10 kg บนโต๊ะแนวนอนเชื่อมด้วยเชือกเบาผ่านรอกไร้แรงเสียดทานกับมวลที่ห้อยอยู่ 5 kg สัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ระหว่างก้อนวัตถุกับโต๊ะคือ 0.3 ใช้ g = 9.81 m/s² หาแรงตึง T ในเชือก
m1 = 10 kgm2 = 5 kgμ = 0.3g = 9.81 m/s²
T = N
5.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ปานกลาง
ยิงลูกบอลจากพื้นราบที่มุม 40° เหนือแนวนอนและตกห่างออกไป 105 m ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² จงหาอัตราเร็วต้น v0
θ = 40°R = 105 mg = 9.81 m/s²
v0 = m/s
6.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ยาก
ยิงลูกบอลด้วย 14 m/s ที่มุม 25° เหนือแนวนอนจากยอดหน้าผาสูง 35 m ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² จงหาความสูงมากที่สุด H เหนือพื้นที่เชิงหน้าผา
v₀ = 14 m/sθ = 25°h = 35 mg = 9.81 m/s²
H = m
7.การเคลื่อนที่เป็นวงกลมปานกลาง
รถมวล 1200 kg ขับข้ามยอดเนินบนถนนด้วย 25 m/s ยอดเนินเป็นส่วนโค้งวงกลมรัศมี 100 m ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาแรงตั้งฉาก N ของถนนที่กระทำต่อรถที่จุดสูงสุด
m = 1200 kgv = 25 m/sr = 100 mg = 9.81 m/s²
N = N
8.การเคลื่อนที่เป็นวงกลมยาก
รถเข็นมวล 1.5 kg ถูกปล่อยจากหยุดนิ่งที่ความสูง 8.6 m บนรางไร้แรงเสียดทาน และวิ่งผ่านลูปแนวดิ่งรัศมี 2 m ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาแรงตั้งฉาก Nbottom ของรางที่กระทำต่อรถเข็นที่จุดต่ำสุดของลูป
m = 1.5 kgh = 8.6 mR = 2 mg = 9.81 m/s²
Nbottom = N
9.งานและพลังงานปานกลาง
ก้อนวัตถุมวล 5 kg เลื่อนลงไป 8 m ตามพื้นเอียงที่ทำมุม 40° กับแนวนอน โดยมีสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ 0.3 หางาน Wf ที่ทำต้านแรงเสียดทาน
m = 5 kgθ = 40°μ = 0.3d = 8 mg = 9.81 m/s²
Wf = J
10.งานและพลังงานยาก
สปริงที่มีค่าคงตัว 5000 N/m ที่ฐานของเนินลาด 15° ถูกกด 10 cm กับก้อนวัตถุ 1 kg แล้วปล่อย สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์ระหว่างก้อนวัตถุกับเนินคือ 0.3 ก้อนวัตถุเคลื่อนที่ขึ้นเนินจากจุดปล่อยไกลเท่าใด d ก่อนหยุด (ไม่ต้องคิดระยะสั้น ๆ ที่สปริงดัน คือให้คิดแรงเสียดทานและแรงโน้มถ่วงตลอดระยะ d)
เลื่อนบนรางมวล 1 kg เคลื่อนที่ด้วย 10 m/s ชนตรง ๆ แบบยืดหยุ่นสมบูรณ์กับเลื่อนมวล 3 kg ที่หยุดนิ่งอยู่บนรางไร้แรงเสียดทาน หาความเร็ว v′1 ของเลื่อนตัวแรกหลังการชน (ทิศเดิมของมันเป็นบวก)
m1 = 1 kgm2 = 3 kgv1 = 10 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.โมเมนตัมและการชนยาก
ที่ทางแยก รถมวล 2000 kg ที่แล่นไปทางตะวันออกด้วย 9 m/s ชนกับรถมวล 1800 kg ที่แล่นไปทางเหนือด้วย 12 m/s รถทั้งสองคันติดกัน จงหาทิศทาง θ ของซากรถทันทีหลังการชน วัดจากทิศตะวันออกไปทางเหนือ
m1 = 2000 kgv1 = 9 m/s (E)m2 = 1800 kgv2 = 12 m/s (N)
θ = °
13.สปริงและลูกตุ้มปานกลาง
ลูกตุ้มอย่างง่ายยาว 0.9 m ใช้ g = 9.81 m/s² หาคาบ T สำหรับการแกว่งเล็ก ๆ
L = 0.9 mg = 9.81 m/s²
T = s
14.สปริงและลูกตุ้มยาก
มวล 1 kg บนสปริงที่ k = 210 N/m ถูกดึงออกจากสมดุล 13 cm แล้วปล่อย หาพลังงานรวม E ของการสั่น
m = 1 kgk = 210 N/mA = 13 cm
E = J
15.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์ปานกลาง
วัตถุสูง 4 cm อยู่หน้าเลนส์กระจายแสงบาง 18 cm ซึ่งมีความยาวโฟกัส 25 cm จงหาความสูงของภาพ hi (เป็นลบสำหรับภาพหัวกลับ)
ho = 4 cmdo = 18 cmf = −25 cm
hi = cm
16.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์ยาก
วัตถุอยู่หน้ากระจกเว้า 40 cm ซึ่งมีรัศมีความโค้ง 10 cm จงหาระยะภาพ di เป็นบวกสำหรับภาพที่อยู่หน้ากระจก (ภาพจริง) และเป็นลบสำหรับภาพที่อยู่หลังกระจก (ภาพเสมือน)
do = 40 cmR = 10 cm
di = cm
3สารละลาย
1.จลนศาสตร์
คำตอบ: t = 12.57 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.
ระยะทางเท่ากัน
v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·22/3.5 = 12.57 s
คำตอบ
t = 12.57 s
ขณะนั้นรถตำรวจเคลื่อนที่ด้วย 2v = 44 m/s
2.จลนศาสตร์
คำตอบ: hmax = 33.61 m
การเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² และ v² = v₀² + 2·a·s เลือกสมการที่มีปริมาณสามอย่างที่คุณทราบและหนึ่งอย่างที่ต้องการ และรักษาเครื่องหมายให้สอดคล้องกับทิศทางบวกเพียงทิศเดียว
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.
แก้สูตรพิสัยหา v₀
v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9.81·105/sin 80°) = 32.34 m/s
คำตอบ
v0 = 32.34 m/s
6.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์
คำตอบ: H = 36.78 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 = 14·sin 25° = 5.917 m/s
ความสูงที่ขึ้นเหนือหน้าผา
Δh = vy²/(2g) = 5.917²/(2·9.81) = 1.784 m
ความสูงเหนือพื้น
H = 35 + 1.784 = 36.78 m
คำตอบ
H = 36.78 m
7.การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
คำตอบ: N = 4272 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.
แรงที่จุดสูงสุด
ทิศเข้าหาศูนย์กลาง (ลง) เป็นบวก
m·g − N = m·v²/r
N = 1200·9.81 − 1200·25²/100 = 11772 − 7500 = 4272 N
คำตอบ
N = 4272 N
รถรู้สึกเบาลง: ถนนดันขึ้นน้อยกว่าน้ำหนักของรถ
8.การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
คำตอบ: Nbottom = 141.3 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.
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.
องค์ประกอบของโมเมนตัม
px = 2000·9 = 18000 kg·m/s
py = 1800·12 = 21600 kg·m/s
ทิศทาง
tan θ = py/px = 1.2 → θ = 50.19°
คำตอบ
θ = 50.19°
13.สปริงและลูกตุ้ม
คำตอบ: T = 1.903 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·√(0.9/9.81) = 1.903 s
คำตอบ
T = 1.903 s
14.สปริงและลูกตุ้ม
คำตอบ: E = 1.775 J
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 = √(210/1) = 14.49 rad/s
พลังงาน
E = ½·k·A² = ½·210·0.13² = 1.775 J
คำตอบ
E = 1.775 J
15.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์
คำตอบ: hi = 2.326 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/(−25) − 1/18
di = −10.47 cm
กำลังขยายและความสูง
m = −(−10.47)/18 = 0.5814
hi = 0.5814·4 = 2.326 cm
คำตอบ
hi = 2.326 cm
16.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์
คำตอบ: di = 5.714 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