เครื่องบินเริ่มจากหยุดนิ่งและเร่งอย่างสม่ำเสมอด้วย 3 m/s² ตามทางวิ่ง จงหาอัตราเร็ว v หลังวิ่งไป 1500 m
v₀ = 0a = 3 m/s²s = 1500 m
v = m/s
2.จลนศาสตร์ยาก
จรวดจำลองถูกยิงขึ้นตรง ๆ จากหยุดนิ่ง เครื่องยนต์ให้ความเร่งขึ้นคงที่ 32 m/s² เป็นเวลา 2 s หลังจากนั้นเครื่องยนต์หยุดและจรวดเคลื่อนที่อย่างอิสระ ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² จงหาความสูงมากที่สุด hmax ที่จรวดขึ้นไปถึง
a = 32 m/s²t1 = 2 sg = 9.81 m/s²
hmax = m
3.กฎของนิวตันปานกลาง
เลื่อนหนัก 20 kg ถูกดึงไปบนหิมะราบด้วยเชือกที่ทำมุม 15° เหนือแนวนอนด้วยแรง 140 N สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์คือ 0.1 ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาความเร่ง a ของเลื่อน
m = 20 kgF = 140 Nθ = 15°μ = 0.1g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.กฎของนิวตันยาก
ก้อนวัตถุมวล 2.5 kg บนโต๊ะแนวนอนเชื่อมด้วยเชือกเบาผ่านรอกไร้แรงเสียดทานกับมวลที่ห้อยอยู่ 3.5 kg โต๊ะไร้แรงเสียดทาน ใช้ g = 9.81 m/s² หาความเร่ง a ของระบบ
m1 = 2.5 kgm2 = 3.5 kgμ = 0g = 9.81 m/s²
a = m/s²
5.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ปานกลาง
ลูกบอลถูกยิงออกไปทำมุม 60° เหนือแนวนอน จากพื้นราบ ไม่คิดแรงต้านอากาศ หาระยะทางในแนวนอน x ที่ลูกบอลเคลื่อนที่ก่อนกระทบพื้น
v0 = 26 m/sθ = 60°g = 9.81 m/s²
x = m
6.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ยาก
ยิงลูกบอลด้วย 12 m/s ที่มุม 55° เหนือแนวนอนจากยอดหน้าผาสูง 10 m ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² ลูกบอลกระทบพื้นที่มุมเท่าใด α ต่ำกว่าแนวนอน
v₀ = 12 m/sθ = 55°h = 10 mg = 9.81 m/s²
α = °
7.การเคลื่อนที่เป็นวงกลมปานกลาง
ลูกบอลเล็กบนเชือกยาว 1.9 m เคลื่อนที่เป็นวงกลมแนวนอนโดยเชือกทำมุมคงที่ 15° กับแนวดิ่ง (ลูกตุ้มกรวย) ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาเวลา T ที่ใช้ต่อหนึ่งรอบ
L = 1.9 mθ = 15°g = 9.81 m/s²
T = s
8.การเคลื่อนที่เป็นวงกลมยาก
รถเข็นมวล 2 kg ถูกปล่อยจากหยุดนิ่งที่ความสูง 10.75 m บนรางไร้แรงเสียดทาน และวิ่งผ่านลูปแนวดิ่งรัศมี 2.5 m ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาแรงตั้งฉาก Ntop ของรางที่กระทำต่อรถเข็นที่จุดสูงสุดของลูป
m = 2 kgh = 10.75 mR = 2.5 mg = 9.81 m/s²
Ntop = N
9.งานและพลังงานปานกลาง
ก้อนวัตถุมวล 1 kg เลื่อนลงไป 20 m ตามพื้นเอียงที่ทำมุม 20° กับแนวนอน โดยมีสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ 0.25 หางาน Wf ที่ทำต้านแรงเสียดทาน
m = 1 kgθ = 20°μ = 0.25d = 20 mg = 9.81 m/s²
Wf = J
10.งานและพลังงานยาก
ก้อนวัตถุมวล 1 kg ถูกปล่อยจากหยุดนิ่งที่ความสูง 3.5 m บนทางลาดเรียบ ที่ด้านล่างมันผ่านแถบแนวนอนขรุขระยาว 3 m (μ = 0.1) แล้ววิ่งไปชนสปริง (k = 2500 N/m) บนพื้นผิวเรียบ หาการหดตัวสูงสุด x ของสปริง
m = 1 kgh = 3.5 mL = 3 mμ = 0.1k = 2500 N/mg = 9.81 m/s²
x = cm
11.โมเมนตัมและการชนปานกลาง
รถมวล 1400 kg เคลื่อนที่ด้วย 6 m/s ชนรถมวล 1700 kg ที่จอดอยู่ และทั้งสองคันติดกัน พลังงานจลน์เดิมสูญเสียไปกี่เปอร์เซ็นต์ ΔK/K
m1 = 1400 kgv1 = 6 m/sm2 = 1700 kgv2 = 0
ΔK/K = %
12.โมเมนตัมและการชนยาก
ลูกบอลมวล 0.15 kg กระทบผนังด้วย 21 m/s และกระดอนกลับตรง ๆ ด้วย 5 m/s การสัมผัสใช้เวลา 5 ms หาขนาดของอิมพัลส์ J ที่ผนังให้แก่ลูกบอล
m = 0.15 kgvin = 21 m/svout = 5 m/sΔt = 5 ms
J = N·s
13.สปริงและลูกตุ้มปานกลาง
ลูกตุ้มอย่างง่ายยาว 2.1 m ใช้ g = 9.81 m/s² หาคาบ T สำหรับการแกว่งเล็ก ๆ
L = 2.1 mg = 9.81 m/s²
T = s
14.สปริงและลูกตุ้มยาก
มวล 1.8 kg บนสปริงที่ k = 200 N/m ถูกดึงออกจากสมดุล 14 cm แล้วปล่อย หาความเร่งสูงสุด amax
m = 1.8 kgk = 200 N/mA = 14 cm
amax = m/s²
15.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์ปานกลาง
ท่อปลายเปิดทั้งสองข้าง ต้องมีความถี่มูลฐาน (ฮาร์มอนิกที่หนึ่ง)ที่ 343 Hz อัตราเร็วเสียงคือ 343 m/s จงหาความยาว L ของท่อ
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.
อัตราเร็วหลังเคลื่อนที่ไปตามระยะทาง
v = √(2·a·s) = √(2·3·1500) = 94.87 m/s
คำตอบ
v = 94.87 m/s
(341.5 km/h)
2.จลนศาสตร์
คำตอบ: hmax = 272.8 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.
ช่วงที่มีแรงขับ
v₁ = 32·2 = 64 m/s
h₁ = ½·32·2² = 64 m
บินอิสระขึ้น
ที่จุดสูงสุดความเร็วเป็นศูนย์
Δh = v₁²/(2g) = 64²/(2·9.81) = 208.8 m
hmax = 64 + 208.8 = 272.8 m
คำตอบ
hmax = 272.8 m
3.กฎของนิวตัน
คำตอบ: a = 5.962 m/s²
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 = 26·cos 60° = 13 m/s
vy = v0·sin θ = 26·sin 60° = 22.52 m/s
เวลาที่อยู่ในอากาศ
เริ่มต้นและตกลงที่ความสูงเท่ากัน: t = 2vy/g
t = 2·22.52/9.81 = 4.591 s
ระยะทางในแนวนอน
x = vx·t = 13·4.591 = 59.68 m
คำตอบ
x = 59.68 m
6.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์
คำตอบ: α = 68.09 °
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.
แยกความเร็วต้น
vx = 12·cos 55° = 6.883 m/s
vy0 = 12·sin 55° = 9.83 m/s
อัตราเร็วในแนวดิ่งขณะกระทบ
พลังงาน หรือ v² = v₀² + 2as ในแนวดิ่ง
vy = √(9.83² + 2·9.81·10) = 17.11 m/s
มุมที่กระทบ
tan α = vy/vx = 17.11/6.883 → α = 68.09°
คำตอบ
α = 68.09°
7.การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
คำตอบ: T = 2.718 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 = 1.9·sin 15° = 0.4918 m
อัตราเร็ว
แรงตึงและแรงโน้มถ่วงรวมกันให้แรงเข้าด้านใน: tan θ = v²/(r·g)
v = √(r·g·tan θ) = √(0.4918·9.81·tan 15°) = 1.137 m/s
คาบ
T = 2π·r/v = 2π·0.4918/1.137 = 2.718 s
คำตอบ
T = 2.718 s
8.การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
คำตอบ: Ntop = 70.63 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.
½kx² = 31.39 → x = √(2·31.39/2500) = 0.1585 m = 15.85 cm
คำตอบ
x = 15.85 cm
11.โมเมนตัมและการชน
คำตอบ: ΔK/K = 54.84 %
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
คาบของลูกตุ้ม
T = 2π·√(2.1/9.81) = 2.907 s
คำตอบ
T = 2.907 s
14.สปริงและลูกตุ้ม
คำตอบ: amax = 15.56 m/s²
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 = √(200/1.8) = 10.54 rad/s
ความเร่งสูงสุด
amax = A·ω² = 0.14·10.54² = 15.56 m/s²
คำตอบ
amax = 15.56 m/s²
15.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์
คำตอบ: L = 0.5 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 = 343/343 = 1 m
ความยาว
L = nλ/2 = 1·1/2 = 0.5 m
คำตอบ
L = 0.5 m
16.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์
คำตอบ: f″ = 26502 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|