รถยนต์ที่วิ่งด้วยความเร็ว 100 km/h เบรกด้วยความหน่วงคงที่ 7 m/s² จนหยุด การเบรกใช้เวลานานเท่าใด หา t
v₀ = 100 km/ha = −7 m/s²v = 0
t = s
2.จลนศาสตร์ยาก
ลูกบอล A ถูกปล่อยจากหยุดนิ่งที่ความสูง 30 m ขณะเดียวกันลูกบอล B ถูกขว้างขึ้นตรง ๆ จากพื้นด้านล่างโดยตรงด้วย 18 m/s ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² ลูกบอลพบกันเมื่อใด จงหา t
H = 30 mv0B = 18 m/sg = 9.81 m/s²
t = s
3.กฎของนิวตันปานกลาง
กล่องหนัก 25 kg ถูกดันขึ้นทางลาดที่ทำมุม 40° กับแนวนอนด้วยอัตราเร็วคงที่ โดยแรงขนานกับทางลาด สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์คือ 0.4 ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาแรงดัน F
m = 25 kgθ = 40°μ = 0.4g = 9.81 m/s²
F = N
4.กฎของนิวตันยาก
ก้อนวัตถุสองก้อนบนพื้นราบเชื่อมด้วยเชือกเบาในแนวนอน แรงในแนวนอน 105 N ดึงก้อนหน้าที่หนัก 12 kg ก้อนที่หนัก 8 kg ถูกลากตามหลัง สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์คือ 0.1 สำหรับทั้งสองก้อน ใช้ g = 9.81 m/s² จงหาความเร่ง a ของก้อนวัตถุ
m1 = 8 kgm2 = 12 kgF = 105 Nμ = 0.1g = 9.81 m/s²
a = m/s²
5.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ปานกลาง
เตะลูกบอลจากพื้นราบด้วย 14 m/s ที่มุม 55° เหนือแนวนอนไปทางกำแพงที่ห่าง 8 m ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² ลูกบอลผ่านกำแพงที่ความสูงเท่าใด y
v₀ = 14 m/sθ = 55°x = 8 mg = 9.81 m/s²
y = m
6.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ยาก
ยิงลูกบอลด้วย 12 m/s ที่มุม 30° เหนือแนวนอนจากยอดหน้าผาสูง 15 m ไม่คิดแรงต้านอากาศและใช้ g = 9.81 m/s² ลูกบอลกระทบพื้นที่มุมเท่าใด α ต่ำกว่าแนวนอน
v₀ = 12 m/sθ = 30°h = 15 mg = 9.81 m/s²
α = °
7.การเคลื่อนที่เป็นวงกลมปานกลาง
รถยนต์วิ่งผ่านทางโค้งราบรัศมี 120 m สัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิตระหว่างยางกับถนนคือ 0.4 ใช้ g = 9.81 m/s² หาอัตราเร็วสูงสุด vmax ที่รถผ่านโค้งได้โดยไม่ไถล
r = 120 mμs = 0.4g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.การเคลื่อนที่เป็นวงกลมยาก
ลูกบอลผูกกับเชือกยาว 1.1 m ถูกเหวี่ยงเป็นวงกลมแนวดิ่ง ใช้ g = 9.81 m/s² อัตราเร็วต่ำสุด vmin ที่จุดสูงสุดที่ทำให้เชือกยังตึงอยู่พอดีคือเท่าใด
r = 1.1 mg = 9.81 m/s²
vmin = m/s
9.งานและพลังงานปานกลาง
ก้อนวัตถุเลื่อนลงจากหยุดนิ่งตามพื้นเอียงที่ทำมุม 30° กับแนวนอน สัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์คือ 0.2 หาอัตราเร็ว v หลังจากเลื่อนไปตามพื้นเอียง 15 m
θ = 30°μ = 0.2d = 15 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
10.งานและพลังงานยาก
ก้อนวัตถุมวล 2.5 kg ถูกปล่อยจากหยุดนิ่งที่ความสูง 4 m บนทางลาดเรียบ ที่ด้านล่างมันผ่านแถบแนวนอนขรุขระยาว 2.5 m (μ = 0.15) แล้ววิ่งไปชนสปริง (k = 1000 N/m) บนพื้นผิวเรียบ หาการหดตัวสูงสุด x ของสปริง
m = 2.5 kgh = 4 mL = 2.5 mμ = 0.15k = 1000 N/mg = 9.81 m/s²
x = cm
11.โมเมนตัมและการชนปานกลาง
เลื่อนบนรางมวล 4 kg เคลื่อนที่ด้วย 11 m/s ชนตรง ๆ แบบยืดหยุ่นสมบูรณ์กับเลื่อนมวล 4.5 kg ที่หยุดนิ่งอยู่บนรางไร้แรงเสียดทาน หาความเร็ว v′1 ของเลื่อนตัวแรกหลังการชน (ทิศเดิมของมันเป็นบวก)
m1 = 4 kgm2 = 4.5 kgv1 = 11 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.โมเมนตัมและการชนยาก
ที่ทางแยก รถมวล 1200 kg ที่แล่นไปทางตะวันออกด้วย 14 m/s ชนกับรถมวล 1100 kg ที่แล่นไปทางเหนือด้วย 20 m/s รถทั้งสองคันติดกัน จงหาอัตราเร็ว v′ ของซากรถทันทีหลังการชน
m1 = 1200 kgv1 = 14 m/s (E)m2 = 1100 kgv2 = 20 m/s (N)
v′ = m/s
13.สปริงและลูกตุ้มปานกลาง
ลูกตุ้มอย่างง่ายยาว 0.4 m ใช้ g = 9.81 m/s² หาคาบ T สำหรับการแกว่งเล็ก ๆ
L = 0.4 mg = 9.81 m/s²
T = s
14.สปริงและลูกตุ้มยาก
มวล 4 kg บนสปริงที่ k = 420 N/m ถูกดึงออกจากสมดุล 6 cm แล้วปล่อย หาความเร่งสูงสุด amax
เส้นใยนำแสงมีแกนกลางที่ n₁ = 1.52 และเปลือกหุ้มที่ n₂ = 1.47 จงหาค่ารูรับแสงเชิงตัวเลข NA
n1 = 1.52n2 = 1.47
NA =
3สารละลาย
1.จลนศาสตร์
คำตอบ: t = 3.968 s
การเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² และ v² = v₀² + 2·a·s เลือกสมการที่มีปริมาณสามอย่างที่คุณทราบและหนึ่งอย่างที่ต้องการ และรักษาเครื่องหมายให้สอดคล้องกับทิศทางบวกเพียงทิศเดียว
หน่วย
v₀ = 100/3.6 = 27.78 m/s
เวลาเบรก
0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 27.78/7 = 3.968 s
คำตอบ
t = 3.968 s
2.จลนศาสตร์
คำตอบ: t = 1.667 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.
เวลาที่พบกัน
ทิศขึ้นเป็นบวก พื้นคือ y = 0
30 − ½g·t² = 18·t − ½g·t² → t = 30/18 = 1.667 s
คำตอบ
t = 1.667 s
3.กฎของนิวตัน
คำตอบ: F = 232.8 N
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.
แรงตามแนวพื้นเอียง
อัตราเร็วคงที่: แรงสมดุลกัน
F = m·g·sin θ + μ·m·g·cos θ
แรงดัน
F = 157.6 + 75.15 = 232.8 N
คำตอบ
F = 232.8 N
4.กฎของนิวตัน
คำตอบ: a = 4.269 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.
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 = 14·cos 55° = 8.03 m/s
t = x/vx = 8/8.03 = 0.9963 s
ความสูงขณะนั้น
y = 11.47·0.9963 − ½·9.81·0.9963² = 6.557 m
คำตอบ
y = 6.557 m
ลูกบอลยังกำลังขึ้นอยู่ที่กำแพง
6.การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์
คำตอบ: α = 60.24 °
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 30° = 10.39 m/s
vy0 = 12·sin 30° = 6 m/s
อัตราเร็วในแนวดิ่งขณะกระทบ
พลังงาน หรือ v² = v₀² + 2as ในแนวดิ่ง
vy = √(6² + 2·9.81·15) = 18.17 m/s
มุมที่กระทบ
tan α = vy/vx = 18.17/10.39 → α = 60.24°
คำตอบ
α = 60.24°
7.การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
คำตอบ: vmax = 21.7 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) = √(0.4·9.81·120) = 21.7 m/s
คำตอบ
vmax = 21.7 m/s (78.12 km/h)
8.การเคลื่อนที่เป็นวงกลม
คำตอบ: vmin = 3.285 m/s
การเคลื่อนที่เป็นวงกลมอย่างสม่ำเสมอ: วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว v บนวงกลมรัศมี r มีความเร่งเข้าหาศูนย์กลาง a = v²/r จึงต้องมีแรงลัพธ์ชี้เข้าด้านใน F = m·v²/r แรงนี้มาจากสิ่งที่มีอยู่จริง เช่น แรงเสียดทาน แรงตึง แรงโน้มถ่วง หรือแรงแนวฉาก
แรงตึงเป็นศูนย์ที่จุดสูงสุด
m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9.81·1.1) = 3.285 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
คาบของลูกตุ้ม
T = 2π·√(0.4/9.81) = 1.269 s
คำตอบ
T = 1.269 s
14.สปริงและลูกตุ้ม
คำตอบ: amax = 6.3 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 = √(420/4) = 10.25 rad/s
ความเร่งสูงสุด
amax = A·ω² = 0.06·10.25² = 6.3 m/s²
คำตอบ
amax = 6.3 m/s²
15.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์
คำตอบ: θc = 67.81 °
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
การหักเหที่ 90°
sin θc = n₂/n₁ = 1.50/1.62 = 0.9259
มุมวิกฤต
θc = arcsin(0.9259) = 67.81°
คำตอบ
θc = 67.81°
16.คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์
คำตอบ: NA = 0.3867
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