m·กลศาสตร์ ๑–๒สอวน. ค่าย 1 · PHYSICS
กลศาสตร์ 1 · บทที่ 4
CLASSICAL MECHANICS · VOLUME 1 · 2569
04

คำตอบสั้น · กรอบอ้างอิงเฉื่อยและการเคลื่อนที่สัมพัทธ์

Inertial Frames and Relative Motion

ตรวจผลลัพธ์สำคัญของแต่ละข้อหลังลองทำด้วยตัวเอง ข้อพิสูจน์แสดงเฉพาะข้อสรุป และบางข้อแสดงเฉพาะปริมาณหลัก

กลับบทเรียน →

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

คำตอบ ข้อ 4.1

[vA/B=18i−12jmsv_{A / B} = 18 i - \frac{12 j \mathrm{m}}{\mathrm{s}}, ขนาด≈21.63ms\approx \frac{21.63 \mathrm{m}}{\mathrm{s}}, ทิศ 33.69° ต่ำกว่า +x.+ x .]

คำตอบ ข้อ 4.2

[vrain/person=−6i−8jmsv_{\mathrm{rain} / \mathrm{person}} = - 6 i - \frac{8 j \mathrm{m}}{\mathrm{s}}; speed 10ms\frac{10 \mathrm{m}}{\mathrm{s}}; เอียง 36.87° จากแนวดิ่งไปทาง −x.- x .]

คำตอบ ข้อ 4.3

[เรือต้องเล็ง 36.87° ไปทาง upstream จากทิศตรงข้ามฝั่ง; ground speed ข้ามฝั่ง =4.0ms.= \frac{4.0 \mathrm{m}}{\mathrm{s}} .]

คำตอบ ข้อ 4.4

[heading≈14.48° west of north; ground speed≈193.65kmh.\approx \frac{193.65 \mathrm{km}}{\mathrm{h}} .]

คำตอบ ข้อ 4.5

[arel=0a_{\mathrm{rel}} = 0 และ rrel=rrel,0+vreltr_{\mathrm{rel}} = r_{\mathrm{rel}} , 0 + v_{\mathrm{rel}} t เป็นเส้นตรงในเวลา.]

คำตอบ ข้อ 4.6

[closest approach ที่ t=6029≈2.069s;dmin=529≈0.928m.t = \frac{60}{29} \approx 2.069 \mathrm{s} ; d_{\mathrm{min}} = \frac{5}{\sqrt{29}} \approx 0.928 \mathrm{m} .]

คำตอบ ข้อ 4.7

[r=(t2+5t)i+tj,v=(2t+5)i+j,a=2i.]\left[r = \left(t^{2} + 5 t\right) i + t j , v = \left(2 t + 5\right) i + j , a = 2 i .\right]

คำตอบ ข้อ 4.8

[vA/B′=vA/Bv'_{A / B} = v_{A / B}; relative velocity invariant ภายใต้ constant Galilean boost.]

คำตอบ ข้อ 4.9

[U=2.0msU = \frac{2.0 \mathrm{m}}{\mathrm{s}} ไป +x;v′(3)=6jms.+ x ; v' \left(3\right) = \frac{6 j \mathrm{m}}{\mathrm{s}} .]

คำตอบ ข้อ 4.10

[x′=(v0x−U)t,y′=v0yt−(12)gt2x' = \left(v_{0 x} - U\right) t , y' = v_{0 y} t - \left(\frac{1}{2}\right) g t^{2}; trajectory อาจกว้าง/แคบหรือกลายเป็นแนวดิ่ง แต่ a′=−gja' = - g j เหมือนเดิม.]

คำตอบ ข้อ 4.11

[ตัวอย่าง v=10i,U=3iv = 10 i , U = 3 i ให้ v′=7iv' = 7 i แต่ a=a′=0a = a' = 0; ดังนั้นข้อกล่าวผิด.]

คำตอบ ข้อ 4.12

[a=a′+Aia = a' + A i หรือ a′=a−Ai.a' = a - A i .]

คำตอบ ข้อ 4.13

[a′=−2i+4jms2a' = - 2 i + \frac{4 j \mathrm{m}}{\mathrm{s}^{2}}; เป็น kinematic transformation ไม่ใช่การเพิ่มแรง.]

คำตอบ ข้อ 4.14

[พื้น: a=−gja = - g j; ลิฟต์: a′=−(g+A)j.a' = - \left(g + A\right) j .]

คำตอบ ข้อ 4.15

[v=U0+At+btj;a=A+bj.]\left[v = U_{0} + A t + b t j ; a = A + b j .\right]

คำตอบ ข้อ 4.16

[x=ct+(A2)t2,y=(B2)t2x = c t + \left(\frac{A}{2}\right) t^{2} , y = \left(\frac{B}{2}\right) t^{2}; สำหรับ B≠0B \ne 0 และ c≠0c \ne 0 ได้ [x−(AB)y]2=(2c2B)y\left[x - \left(\frac{A}{B}\right) y\right]^{2} = \left(\frac{2 c^{2}}{B}\right) y เป็นพาราโบลา โดยต้องเลือกสาขาเวลาจริง; ถ้า c=0c = 0 หรือ B=0B = 0 เส้นทางเสื่อมเป็นเส้น/จุด.]

คำตอบ ข้อ 4.17

[ต้องระวังเพราะ derivative ของ basis vectors เกิด term x′i̇′+y′j̇′x' \dot{i}' + y' \dot{j}'; สูตร v=U+v′v = U + v' ใช้ตรง ๆ ได้เฉพาะ basis ไม่หมุน.]

คำตอบ ข้อ 4.18

[di′dt=ω(−sinωti+cosωtj)\frac{\mathrm{d}i'}{\mathrm{d}t} = \omega \left(- \sin \omega t i + \cos \omega t j\right) และ i′⋅di′dt=0.\frac{i' \cdot \mathrm{d}i'}{\mathrm{d}t} = 0 .]

คำตอบ ข้อ 4.19

[r=a(cosωti+sinωtj),v=aω(−sinωti+cosωtj)≠0r = a \left(\cos \omega t i + \sin \omega t j\right) , v = a \omega \left(- \sin \omega t i + \cos \omega t j\right) \ne 0 โดยทั่วไป.]

คำตอบ ข้อ 4.20

[ไปถึงตรงข้ามพอดีใช้ t=Wu2−c2t = \frac{W}{\sqrt{u^{2} - c^{2}}}; ว่ายตั้งฉากไม่ชดเชยใช้ Wu\frac{W}{u} แต่ drift downstream และเร็วกว่า.]

คำตอบ ข้อ 4.21

[tt_{}round=2Luu2−w2>2Lu.= \frac{2 L u}{u^{2} - w^{2}} > \frac{2 L}{u} .]

คำตอบ ข้อ 4.22

[ไม่ชนกันภายใต้ velocities คงที่.]

คำตอบ ข้อ 4.23

[tt_{}closest=7.5s;dmin=52≈7.07m.= 7.5 \mathrm{s} ; d_{\mathrm{min}} = 5 \sqrt{2} \approx 7.07 \mathrm{m} .]

คำตอบ ข้อ 4.24

[v=20i+2jmsv = 20 i + \frac{2 j \mathrm{m}}{\mathrm{s}}, speed≈20.10ms,5.71∘\approx \frac{20.10 \mathrm{m}}{\mathrm{s}} , 5.71 {}^\circ north of east; a=0.a = 0 .]

คำตอบ ข้อ 4.25

[t+=Lv+u,t−=Lv−ut_{+} = \frac{L}{v + u} , t_{-} = \frac{L}{v - u}; สวนกลับใช้เวลามากกว่า.]

คำตอบ ข้อ 4.26

[vA−vBv_{A} - v_{B} คงที่ เพราะ derivative ของมันเป็นศูนย์.]

คำตอบ ข้อ 4.27

[เมื่อ r0≠0:r0⋅vrel<0r_{0} \ne 0 : r_{0} \cdot v_{\mathrm{rel}} < 0 คือเข้าใกล้, >0> 0 คือห่าง; =0= 0 และ vrel≠0v_{\mathrm{rel}} \ne 0 คือใกล้สุดสำหรับความเร็วสัมพัทธ์คงที่; ถ้า vrel=0v_{\mathrm{rel}} = 0 ระยะคงที่ และถ้า r0=0r_{0} = 0 อยู่จุดเดียวกันแล้ว.]

คำตอบ ข้อ 4.28

[TT หาได้จาก (vB2−u2)T2+2(r0⋅vB)T+r02=0\left(v_{B}^{2} - u^{2}\right) T^{2} + 2 \left(r_{0} \cdot v_{B}\right) T + r_{0}^{2} = 0; heading n=r0+vBTuT.n = \frac{r_{0} + v_{B} T}{u T} .]

คำตอบ ข้อ 4.29

[x′(t)=x0+v0t−(12)At2;v′=v0−At;a′=−A.]\left[x' \left(t\right) = x_{0} + v_{0} t - \left(\frac{1}{2}\right) A t^{2} ; v' = v_{0} - A t ; a' = - A .\right]

คำตอบ ข้อ 4.30

[v=v″+W+Uv = v'' + W + U; composite boost =U+W= U + W และการประกอบเป็น associative.]

ไปเรียนด้วยกัน

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