m·กลศาสตร์ ๑–๒สอวน. ค่าย 1 · PHYSICS
กลศาสตร์ 1 · บทที่ 2
CLASSICAL MECHANICS · VOLUME 1 · 2569
02

คำตอบสั้น · การเคลื่อนที่หลายมิติแบบไม่คงเร่ง

2D/3D Non-Uniform Motion

ตรวจผลลัพธ์สำคัญของแต่ละข้อหลังลองทำด้วยตัวเอง ข้อพิสูจน์แสดงเฉพาะข้อสรุป และบางข้อแสดงเฉพาะปริมาณหลัก

กลับบทเรียน →

วิทยาการ: นายสาธิต ศิริวัชน์ (Mr.Satit Siriwach) AKA.COOLNUT

คำตอบ ข้อ 2.1

[v=(1+t2)i+(−2+6t)jms;r=(3+t+t33)i+(1−2t+3t2)jm;r(2)=(233)i+9jm.]\left[v = \left(1 + t^{2}\right) i + \frac{\left(- 2 + 6 t\right) j \mathrm{m}}{\mathrm{s}} ; r = \left(3 + t + \frac{t^{3}}{3}\right) i + \left(1 - 2 t + 3 t^{2}\right) j m ; r \left(2\right) = \left(\frac{23}{3}\right) i + 9 j m .\right]

คำตอบ ข้อ 2.2

[v=(−3sint,3cost,4),a=(−3cost,−3sint,0)v = \left(- 3 \sin t , 3 \cos t , 4\right) , a = \left(- 3 \cos t , - 3 \sin t , 0\right), speed=5ms,v⋅a=0.= \frac{5 \mathrm{m}}{\mathrm{s}} , v \cdot a = 0 .]

คำตอบ ข้อ 2.3

[Δr=2i+(83)j+4km;vavg=i+(43)j+2kms.]\left[\Delta r = 2 i + \left(\frac{8}{3}\right) j + 4 k m ; v_{\mathrm{avg}} = i + \left(\frac{4}{3}\right) j + \frac{2 k \mathrm{m}}{\mathrm{s}} .\right]

คำตอบ ข้อ 2.4

[speed stationary ที่ t=0.600st = 0.600 \mathrm{s} และเป็น minimum; speedmin=65≈2.683ms.\mathrm{speed}_{\mathrm{min}} = \frac{6}{\sqrt{5}} \approx \frac{2.683 \mathrm{m}}{\mathrm{s}} .]

คำตอบ ข้อ 2.5

[เมื่อ ω≠0:v=(a0ω)sin⁡ωti+(a0ω)(1−cosωt)j\omega \ne 0 : v = \left(\frac{a_{0}}{\omega }\right) \sin \omega t i + \left(\frac{a_{0}}{\omega }\right) \left(1 - \cos \omega t\right) j; velocity-space มีศูนย์กลาง (0,a0ω)\left(0 , \frac{a_{0}}{\omega }\right) และรัศมี |a0ω|\left|\frac{a_{0}}{\omega }\right| (เสื่อมเป็นจุดเมื่อ a0=0a_{0} = 0).]

คำตอบ ข้อ 2.6

[speed ที่ x=2mx = 2 \mathrm{m} คือ 25≈4.47ms.2 \sqrt{5} \approx \frac{4.47 \mathrm{m}}{\mathrm{s}} .]

คำตอบ ข้อ 2.7

[v2(x)=v02−kx2v^{2} \left(x\right) = v_{0}^{2} - k x^{2}; turning point แรกทาง +x+ x คือ x=v0k.x = \frac{v_{0}}{\sqrt{k}} .]

คำตอบ ข้อ 2.8

[v(x)=±v12+2Aln⁡(xx1)v \left(x\right) = \pm \sqrt{v_{1}^{2} + 2 A \ln \left(\frac{x}{x_{1}}\right)}; speed =v12+2Aln⁡(xx1)= \sqrt{v_{1}^{2} + 2 A \ln \left(\frac{x}{x_{1}}\right)} ในบริเวณที่วงเล็บไม่ลบ.]

คำตอบ ข้อ 2.9

[speed สูงสุดที่ x=L;vmax2=a0Lx = L ; v_{\mathrm{max}}^{2} = a_{0} L; จุดหยุดถัดไป x=2L.x = 2 L .]

คำตอบ ข้อ 2.10

[ax=vxdvxdxa_{x} = \frac{v_{x} \mathrm{d}v_{x}}{\mathrm{d}x} ใช้กับความเร็วมีเครื่องหมายตามแกนตรง xx บนช่วงที่เขียน vx(x)v_{x} \left(x\right) ได้; ถ้าใช้ระยะตามเส้นโค้ง ss สูตร vdvds\frac{v \mathrm{d}v}{\mathrm{d}s} ให้เฉพาะความเร่งสัมผัส ไม่ใช่เวกเตอร์ความเร่งทั้งหมด.]

คำตอบ ข้อ 2.11

[v(t)=v0e−kt;x−x0=(v0k)(1−e−kt).]\left[v \left(t\right) = v_{0} e^{- k t} ; x - x_{0} = \left(\frac{v_{0}}{k}\right) \left(1 - e^{- k t}\right) .\right]

คำตอบ ข้อ 2.12

[v=v01+cv0t;t1/2=1cv0.]\left[v = \frac{v_{0}}{1 + c v_{0} t} ; t_{1 / 2} = \frac{1}{c v_{0}} .\right]

คำตอบ ข้อ 2.13

[v(t)=(gβ)(1−e−βt)v \left(t\right) = \left(\frac{g}{\beta }\right) \left(1 - e^{- \beta t}\right); terminal speed =gβ.= \frac{g}{\beta } .]

คำตอบ ข้อ 2.14

[v=V+(vi−V)e−a0t/Vv = V + \left(v_{i} - V\right) e^{- a_{0} t / V}; ถ้า vi>Vv_{i} > V จะลดลงแบบ exponential เข้าหา V.V .]

คำตอบ ข้อ 2.15

[t=ln⁡10kt = \frac{\ln 10}{k} เมื่อ k>0k > 0 และ v0≠vcv_{0} \ne v_{c}; ถ้า v0=vcv_{0} = v_{c} ส่วนต่างเป็นศูนย์ตลอด จึงไม่มีเวลาลดเหลือ 10% ที่เฉพาะเจาะจง.]

คำตอบ ข้อ 2.16

[v=L[(2tT2)i+(3t2T3)j];a=L[(2T2)i+(6tT3)j];uv = L \left[\left(\frac{2 t}{T^{2}}\right) i + \left(\frac{3 t^{2}}{T^{3}}\right) j\right] ; a = L \left[\left(\frac{2}{T^{2}}\right) i + \left(\frac{6 t}{T^{3}}\right) j\right] ; u ระบุ geometry, TT เป็น time scale และ LL เป็น length scale.]

คำตอบ ข้อ 2.17

[speed=|ω|a2sin⁡2ωt+b2cos⁡2ωt;max⁡=a|ω|= \left|\omega \right| \sqrt{a^{2} \sin ^{2} \omega t + b^{2} \cos ^{2} \omega t} ; \max = a \left|\omega \right| ที่ ωt=π2,3π2;min⁡=b|ω|\omega t = \frac{\pi }{2} , \frac{3 \pi }{2} ; \min = b \left|\omega \right| ที่ ωt=0,π.\omega t = 0 , \pi .]

คำตอบ ข้อ 2.18

[dsdt=1+4t2+9t4\frac{\mathrm{d}s}{\mathrm{d}t} = \sqrt{1 + 4 t^{2} + 9 t^{4}}; ที่ t=1t = 1 เท่ากับ 14\sqrt{14} (หน่วยความเร็ว).]

คำตอบ ข้อ 2.19

[v0=2i+3j+kms;v(2)=4i+j+kms.]\left[v_{0} = 2 i + 3 j + \frac{k \mathrm{m}}{\mathrm{s}} ; v \left(2\right) = 4 i + j + \frac{k \mathrm{m}}{\mathrm{s}} .\right]

คำตอบ ข้อ 2.20

[สำหรับ t≥0:y(x)=3(1+2x−1)−xt \ge 0 : y \left(x\right) = 3 \left(\sqrt{1 + 2 x} - 1\right) - x และ x(t)x \left(t\right) monotonic increasing ตลอด.]

คำตอบ ข้อ 2.21

[TT และ pp เป็น scalar fields; FF เป็น vector field; speed v(t)v \left(t\right) เป็น trajectory scalar; r(t)r \left(t\right) เป็น trajectory vector.]

คำตอบ ข้อ 2.22

[ทิศตามลำดับคือ +y,−x,−y,+x+ y , - x , - y , + x; pattern เป็นสนามวนทวนเข็มนาฬิกาและตั้งฉากกับ radial direction.]

คำตอบ ข้อ 2.23

[FA=k(i+2j),FB=−2k(i+2j);|FB|=2|FA|.]\left[F_{A} = k \left(i + 2 j\right) , F_{B} = - 2 k \left(i + 2 j\right) ; \left|F_{B}\right| = 2 \left|F_{A}\right| .\right]

คำตอบ ข้อ 2.24

[[α]=Nm−2\left[\alpha \right] = N m^{-2} และ [β]=Nm−1.\left[\beta \right] = N m^{-1} .]

คำตอบ ข้อ 2.25

[a(x)=−(v02L)(1+xL)−3a \left(x\right) = - \left(\frac{v_{0}^{2}}{L}\right) \left(1 + \frac{x}{L}\right)^{-3}; สำหรับ L>0L > 0 และ x>−Lx > - L มี a<0.a < 0 .]

คำตอบ ข้อ 2.26

[a(v)=(Vτ)[1−(vV)2].]\left[a \left(v\right) = \left(\frac{V}{\tau }\right) \left[1 - \left(\frac{v}{V}\right)^{2}\right] .\right]

คำตอบ ข้อ 2.27

[ไม่มี t>0t > 0 ที่ a⟂ra \perp r; สำหรับ t>0t > 0 acceleration มี radial projection ออกเป็นบวกตลอด.]

คำตอบ ข้อ 2.28

[F(r(t))F \left(r \left(t\right)\right) คือค่าสนามแรงตามเส้นทาง ส่วน drdt\frac{\mathrm{d}r}{\mathrm{d}t} คือความเร็วสัมผัสเส้นทาง; เช่น r=(ut,gt22),F=mgjr = \left(u t , \frac{g t^{2}}{2}\right) , F = m g j ให้แรงตั้งฉากกับ vv ที่ t=0t = 0 เมื่อ u≠0.u \ne 0 .]

คำตอบ ข้อ 2.29

[v=(a0ω)(1−cosωt)i+βτ(1−e−t/τ)j+(γ2)t2kv = \left(\frac{a_{0}}{\omega }\right) \left(1 - \cos \omega t\right) i + \beta \tau \left(1 - e^{- t / \tau }\right) j + \left(\frac{\gamma }{2}\right) t^{2} k; near 0 มี v≈βtj+O(t2).v \approx \beta t j + O \left(t^{2}\right) .]

คำตอบ ข้อ 2.30

[d(r2)dt=−2λR2e−2λt<0\frac{d \left(r^{2}\right)}{\mathrm{d}t} = - 2 \lambda R^{2} e^{- 2 \lambda t} < 0 เมื่อ λ>0\lambda > 0; อนุภาค spiral เข้าหา origin ตลอด.]

ไปเรียนด้วยกัน

วิทยาการ: นายสาธิต ศิริวัชน์ (Mr.Satit Siriwach) AKA.COOLNUT