การเคลื่อนที่ (ฟิสิกส์)

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

การเคลื่อนที่ในฟิสิกส์ หมายถึง การเปลี่ยนตำแหน่งของวัตถุในช่วงเวลาหนึ่ง ถูกอธิบายด้วย การกระจัด ระยะทาง ความเร็ว ความเร่ง เวลา และอัตราเร็ว การเคลื่อนที่ของวัตถุจะถูกสังเกตได้โดยผู้สังเกตที่เป็นส่วนหนึ่งของกรอบอ้างอิง ทำการวัดการเปลี่ยนตำแหน่งของวัตถุเทียบกับกรอบอ้างอิงนั้น

ถ้าตำแหน่งของวัตถุไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับกรอบอ้างอิง อาจกล่าวได้ว่าวัตถุนั้นอยู่นิ่งหรือตำแหน่งคงที่ (ระบบมีพลวัตแบบเวลายง) การเคลื่อนที่ของวัตถุจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ เว้นเสียแต่มีแรงมากระทำ

โมเมนตัมคือปริมาณที่ใช้ในการวัดการเคลื่อนที่ของวัตถุ โมเมนตัมของวัตถุเกี่ยวข้องกับมวลและความเร็วของวัตถุ และโมเมนตัมทั้งหมดของวัตถุทั้งหมดในระบบโดดเดี่ยว (อย่างใดอย่างหนึ่งไม่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอก) ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลาตามที่อธิบายไว้ในกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม

เนื่องจากไม่มีกรอบอ้างอิงที่แน่นอนดังนั้นจึงไม่สามารถระบุการเคลื่อนที่แบบสัมบูรณ์ได้[1] ดังนั้นทุกสิ่งทุกอย่างในจักรวาลจึงสามารถเคลื่อนที่ได้[2]:20–21

การเคลื่อนที่ใช้ได้กับวัตถุ อนุภาค การแผ่รังสี อนุภาคของรังสี อวกาศ ความโค้ง และปริภูมิ-เวลาได้ อนึ่งยังสามารถพูดถึงการเคลื่อนที่ของรูปร่างและขอบเขต ดังนั้นการเคลื่อนที่หมายถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในการกำหนดค่าของระบบทางกายภาพ ตัวอย่างเช่นเราสามารถพูดถึงการเคลื่อนที่ของคลื่นหรือการเคลื่อนที่ของอนุภาคควอนตัมซึ่งการกำหนดค่านี้ประกอบด้วยความน่าจะเป็นในการครอบครองตำแหน่งที่เฉพาะเจาะจง

การเคลื่อนที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนตำแหน่ง เช่น ภาพนี้เป็นรถไฟใต้ดินออกจากสถานีด้วยความเร็ว

กฎการเคลื่อนที่[แก้]

ดูบทความหลักที่: กลศาสตร์

ในวิชาฟิสิกส์อธิบายการเคลื่อนที่ผ่านกฎของกลศาสตร์สองชุดที่ดูขัดแย้งกัน การเคลื่อนที่ของวัตถุใหญ่และวัตถุที่คล้ายกันในเอกภพ (เช่น ขีปนาวุธ ดาวเคราะห์ เซลล์และมนุษย์) อธิบายด้วยกลศาสตร์ดั้งเดิม ขณะที่การเคลื่อนที่ของวัตถุระดับอะตอมและอนุภาคย่อยของอะตอมถูกอธิบายด้วยกลศาสตร์ควอนตัม

กลศาสตร์ดั่งเดิม[แก้]

กลศาสตร์ดั่งเดิมถูกใช้อธิบายการเคลื่อนที่วัตถุมหภาค ตั้งแต่ขีปนาวุธไปจนถึงชิ้นส่วนของเครื่องจักร เช่นเดียวกับวัตถุทางดาราศาสตร์ เช่น ยานอวกาศ ดาวเคราะห์และกาแลคซี ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำมากในการอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุเหล่านี้ และเป็นหนึ่งในวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมและเทคโนโลยีที่เก่าแก่และใหญ่ที่สุด

กลศาสตร์ดั่งเดิมมีรากฐานมาจากกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎเหล้าอธิบายถึงความสัมพันธ์ระหว่างแรงที่มากระทำต่อวัตถุกับการเคลื่อนที่ของวัตถุนั้น โดยการรวบรวมของไอแซก นิวตัน ในหนังสือ Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ซึ่งตีพิมพ์ครั้งแรกเมื่อ 5 กรกฎาคม ค.ศ. 1687 โดยกฎการเคลื่อนที่มีดังนี้

กฎข้อที่หนึ่ง: ทุกวัตถุจะรักษาภวะหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอในแนวเส้นตรง เว้นแต่จะมีแรงมากระทำให้เปลี่ยนภาวะนั้นไป
กฎข้อที่สอง: ความเร่งของวัตถุจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่มากระทำ และมีทิศทางอยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกับแรงที่มากระทำนั้น
กฎข้อที่สาม: ทุกแรงกิริยาจะมีแรงปฏิกิริยาที่มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้ามกันเสมอ

กฎการเคลื่อนที่ทั้งสามข้อของนิวตันนี้ เป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์แรก สำหรับการทำความเข้าใจการโคจรของวัตถุในอวกาศ ซึ่งเป็นการอธิบายภาพรวมการเคลื่อนที่ของเทห์ฟ้าและการเคลื่อนที่ของวัตถุบนผิวโลก

กลศาสตร์ดั่งเดิมได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ โดยสัมพัทธภาพพิเศษเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีความเร็วสูงเข้าใกล้ความเร็วของแสง ส่วนทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปใช้เพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ภายใต้แรงโน้มถ่วงในระดับลึก

เคลื่อนที่แบบสม่ำเสมอ

เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ในทิศทางใด ๆ เป็นระยะ ๆ ปกติจะเรียกว่า "การเคลื่อนที่แบบสม่ำเสมอ" ตัวอย่างเช่นจักรยานเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงโดยมีความเร็วคงที่

สมการของเคลื่อนที่แบบสม่ำเสมอ

ถ้า คือ ความเร็วสุดท้าย คือ ความเร็วเริ่มต้น คือ ความเร่ง คือ เวลา คือ การกระจัด

ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่นั้นหมายความว่าความเร็วเริ่มต้นเป็นศูนย์จะได้ว่า

กลศาสตร์ควอนตัม[แก้]

ดูบทความหลักที่: กลศาสตร์ควอนตัม

กลศาสตร์ควอนตัมคือชุดของหลักการที่อธิบายถึงความจริงทางกายภาพในระดับอะตอมของสสาร (โมเลกุลและอะตอม) และอนุภาคย่อยของอะตอม (อิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอนและแม้แต่อนุภาคมูลฐานที่เล็กกว่าเช่นควาร์ก) คำอธิบายเหล่านี้รวมถึงพฤติกรรมที่เหมือนคลื่นและเหมือนอนุภาคของทั้งสสารและการแผ่รังสีตามที่อธิบายไว้ในความเป็นทวิภาคของคลื่น–อนุภาค[ต้องการอ้างอิง]

ในกลศาสตร์ดั่งเดิม การวัดและการทำนายสถานะของวัตถุสามารถคำนวณได้อย่างแม่นยำ เช่น ตำแหน่ง และ ความเร็ว ในกลศาสตร์ควอนตัมเนื่องจากหลักความไม่แน่นอน สถานะที่สมบูรณ์ของอนุภาคย่อย เช่น ตำแหน่งและความเร็วไม่สามารถกำหนดได้พร้อม ๆ กัน[ต้องการอ้างอิง]

นอกจากการอธิบายการเคลื่อนที่ในระดับอะตอมแล้วกลศาสตร์ควอนตัมยังเป็นประโยชน์ในการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ที่มีขนาดใหญ่เช่น ของไหลยวดยิ่ง สภาพนำยวดยิ่ง และระบบชีวภาพรวมทั้งการทำงานของเซลล์รับกลิ่นและโครงสร้างของโปรตีน[ต้องการอ้างอิง]

รายชื่อการเคลื่อนที่ที่มนุษย์ไม่สามารถสังเกตเห็น[แก้]

มนุษย์และสิ่งต่าง ๆ ในจักรวาลล้วนกำลังเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอ[2]:8–9 อย่างไรก็ตามนอกเหนือจากการเคลื่อนที่ที่เห็นได้ชัดเจนของวัตถุต่าง ๆ และการเคลื่อนที่ของมนุษย์แล้ว ยังมีการเคลื่อนที่ที่เป็นเรื่องยากที่มนุษญ์ยากที่จะรับรู้ได้ด้วยเหตุผลสองประการคือ 1) กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน (โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเฉื่อย) ซึ่งทำให้มนุษย์ไม่รู้สึกถึงการเคลื่อนที่ของมวลที่อยู่ติดกัน 2) การขาดกรอบอ้างอิงที่ชัดเจนซึ่งจะช่วยให้สังเกตเห็นการเคลื่อนที่ได้ง่ายขึ้น[3]

จักรวาล[แก้]

ปริภูมิ-เวลาที่กำลังขยายตัว โดยทั่วไปแล้วทุกสิ่งในจักรวาล เป็นของที่ยืดได้คล้ายกับแถบยาง การเคลื่อนที่นี้คลุมเครือมากที่สุดเพราะไม่ใช่การเคลื่อนที่ของวัตถุทั่วไป แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงในธรรมชาติของจักรวาลเอง ซึ่งเอ็ดวิน ฮับเบิล แสดงให้เห็นว่ากาแลคซีทั้งหมดและวัตถุทางดาราศาสตร์กำลังเคลื่อนที่ห่างออกไปตามกฎของฮับเบิล[4]

กาแล็กซี่[แก้]

ทางช้างเผือกกำลังเคลื่อนที่ไปในอวกาศ นักดาราศาสตร์หลายคนเชื่อว่าทางช้างเผือกกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 600 กิโลเมตรต่อวินาที ของกาแลคซีที่อยู่ใกล้เคียง กรอบอ้างอิงอีกชุดหนึ่งคือรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล กรอบอ้างอิงนี้ชี้ให้เห็นว่าทางช้างเผือกกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 582 กิโลเมตรต่อวินาที[5]

ดวงอาทิตย์และระบบสุริยะ[แก้]

ทางช้างเผือกกำลังหมุนรอบศูนย์กลางความหนาแน่นของกาแล็กซี ดังนั้นดวงอาทิตย์กำลังเคลื่อนที่เป็นวงกลมภายใต้แรงโน้มถ่วงของกาแล็กซี ซึ่งอยู่ห่างจากศูนย์กลางออกมาทางขอบด้านนอก โดยความเร็วโดยรวมของดาวฤกษ์อยู่ระหว่าง 210 ถึง 240 กิโลเมตรต่อวินาที[6]ซึ่งดาวเคราะห์และดวงจันทร์ก็กำลังเคลื่อนที่ไปกับดวงอาทิตย์ด้วย นั้นหมายความว่าระบบสุริยะกำลังเคลื่อนที่อยู่ไปด้วย

โลก[แก้]

  • โลกกำลังหมุนหรือหมุนรอบแกน ผลที่เกิดตามมาก็คือกลางวันและกลางคืน โดยโลกหมุนรอบแกนหมุนไปทางทิศตะวันออกด้วยความเร็วที่เส้นศูนย์สูตรเป็น 0.4651 กิโลเมตรต่อวินาที (1040 ไมล์ต่อชั่วโมง)[7]
  • โลกกำลังโคจรรอบดวงอาทิตย์ในวงโคจรที่สมบูรณ์รอบดวงอาทิตย์ใช้เวลาหนึ่งปีหรือประมาณ 365 วัน ด้วยความเร็วประมาณ 30 กิโลเมตรต่อวินาที (67,000 ไมล์ต่อชั่วโมง)[8]

ทวีป[แก้]

ทฤษฎีการแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาคบอกเราว่าทวีปลอยอยู่บนกระแสการพาความร้อนภายในเนื้อโลก ทำให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ไปบนผิวของดาวเคราะห์ ด้วยความเร็วประมาณ 1 นิ้ว (2.54 เซนติเมตร) ต่อปี[9][10]อย่างไรก็ตามความเร็วของการเคลื่อนที่กำลังเพิ่มขึ้นอย่างมาก โดยแผ่นที่เคลื่อนที่เร็วที่สุดคือแผ่นมหาสมุทรแผ่นโคโคสที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 75 มิลลิเมตรต่อปี[11] (3 นิ้วต่อปี) และแผ่นแปซิฟิกที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 52 - 69 มิลลิเมตรต่อปี (2.1 - 2.7 นิ้วต่อปี) ส่วนแผ่นที่เคลื่อนที่ช้าที่สุดคือ แผ่นยูเรเชีย ที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 21 มิลลิเมตรต่อปี (0.8 นิ้วต่อปี)

วัตถุภายในร่างกาย[แก้]

  • หัวใจของมนุษย์กำลังเต้นอยู่ตลอดเวลาเพื่อสูบฉีดเลือดไปยังส่วนต่าง ๆ ของร่างกายผ่านหลอดเลือดดำขนาดใหญ่และหลอดเลือดแดงในร่างกาย พบว่าเลือดไหลไปด้วยความเร็วประมาณ 0.33 เมตรต่อวินาที แม้ว่าจะมีการแปรผันอย่างมากและมีการไหลสูงสุดในหลอดเลือดเวนาคาวา ซึ่งอยู่ระหว่าง 0.1 - 0.45 เมตรต่อวินาที[12]
  • กล้ามเนื้อเรียบของอวัยวะภายใน ที่คุ้นเคยกันที่สุดคือ เพอริสทอลซิส ซึ่งเป็นการที่อาหารที่ถูกย่อยแล้วถูกบีบให้เคลื่อนที่ไปตลอดระบบทางเดินอาหาร ถึงแม้ว่าอาหารที่แตกต่างกันจะเดินเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่างกันแต่โดยเฉลี่ยแล้วความเร็วเฉลี่ยผ่านลำไส้เล็กของมนุษย์คือ 2.16 เมตรต่อชั่วโมง (0.036 เมตรต่อวินาที)[13]
  • โดยปกติเสียงบางเสียงจะได้ยินได้ก็ต่อเมื่อเมื่อมีการสั่นสะเทือนของคลื่นเสียงเหล่านี้ไปถึงแก้วหูจึงจะสามารถได้ยินเสียงได้
  • ระบบน้ำเหลืองจะมีการเคลื่อนย้ายของเหลวส่วนเกิน ไขมัน และระบบภูมิคุ้มกันที่เกี่ยวข้องทั่วร่างกาย พบว่าน้ำเหลืองเคลื่อนที่ผ่านท่อน้ำเหลืองของผิวหนังด้วยความเร็ว 0.0000097 เมตรต่อวินาที[14]

เซลล์[แก้]

เซลล์ของร่างกายมนุษย์มีโครงสร้างมากมายที่เคลื่อนที่ไปทั่วทั้งร่างกาย

อนุภาค[แก้]

ตามกฎของอุณหพลศาสตร์ อนุภาคทั้งหมดของสสารมีการเคลื่อนที่แบบสุ่มคงที่ตราบใดที่อุณหภูมิอยู่เหนือศูนย์สัมบูรณ์ ดังนั้นโมเลกุลและอะตอมที่ทำให้ร่างกายมนุษย์มีการสั่นสะเทือน การชนและการเคลื่อนที่ การเคลื่อนที่นี้สามารถตรวจจับได้ว่าเป็นอุณหภูมิที่สูงขึ้นซึ่งเป็นตัวแทนของพลังงานจลน์ที่มากขึ้นในอนุภาคทำให้รู้สึกอบอุ่นกับมนุษย์ที่รู้สึกถึงพลังงานความร้อนที่ถ่ายโอนจากวัตถุที่สัมผัสกับเส้นประสาทของพวกเขา ในทำนองเดียวกันเมื่อสัมผัสวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำลงจะรู้สึกได้ว่ามีการถ่านเทความร้อนออกจากร่างกายทำให้รู้สึกเย็น[18]

อนุภาคย่อยของอะตอม[แก้]

แสง[แก้]

ดูบทความหลักที่: อัตราเร็วของแสง

แสงพุ่งออกไปด้วยอัตราเร็ว 299,792,458 เมตรต่อวินาที โดยประมาณ หรือ 299,792 กิโลเมตรต่อวินาที หรือ 186,282 ไมล์ต่อวินาที อัตราเร็วของแสง (หรือ ) คือ อัตราเร็วของอนุภาคที่ไม่มีมวลและสนามที่สัมพันธ์กันในสูญญากาศ และเป็นขีดจำกัดของความเร็วที่วัตถุและข้อมูลสามารถเคลื่อนที่ได้ ดังนั้นอัตราเร็วแสงจึงเป็นขีดจำกัดทางกายภาพ

นอกจากนี้อัตราเร็วแสงยังเป็นปริมาณที่คงที่ มีค่าเท่ากันโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งหรือความเร็วของผู้สังเกต คุณสมบัตินี้ทำให้ความเร็วของแสง เป็นหน่วยวัดตามธรรมชาติสำหรับความเร็ว

ประเภทของการเคลื่อนที่[แก้]

การเคลื่อนที่พื้นฐาน[แก้]

ดูเพิ่ม[แก้]

อ้างอิง[แก้]

  1. Wahlin, Lars (1997). "9.1 Relative and absolute motion". The Deadbeat Universe. Boulder, CO: Coultron Research. pp. 121–129. ISBN 0-933407-03-3. สืบค้นเมื่อ 25 January 2013. 
  2. 2.0 2.1 Tyson, Neil de Grasse; Charles Tsun-Chu Liu; Robert Irion (2000). The universe : at home in the cosmos. Washington, DC: National Academy Press. ISBN 0-309-06488-0. 
  3. Safkan, Yasar. "Question: If the term 'absolute motion' has no meaning, then why do we say that the earth moves around the sun and not vice versa?". Ask the Experts. PhysLink.com. สืบค้นเมื่อ 25 January 2014. 
  4. Hubble, Edwin, "A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae" (1929) Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Volume 15, Issue 3, pp. 168–173 (Full article, PDF)
  5. Kogut, A.; Lineweaver, C.; Smoot, G. F.; Bennett, C. L.; Banday, A.; Boggess, N. W.; Cheng, E. S.; de Amici, G.; Fixsen, D. J.; Hinshaw, G.; Jackson, P. D.; Janssen, M.; Keegstra, P.; Loewenstein, K.; Lubin, P.; Mather, J. C.; Tenorio, L.; Weiss, R.; Wilkinson, D. T.; Wright, E. L. (1993). "Dipole Anisotropy in the COBE Differential Microwave Radiometers First-Year Sky Maps". Astrophysical Journal 419: 1. Bibcode:1993ApJ...419....1K. arXiv:astro-ph/9312056. doi:10.1086/173453. 
  6. Imamura, Jim (August 10, 2006). "Mass of the Milky Way Galaxy". University of Oregon. Archived from the original on 2007-03-01. สืบค้นเมื่อ 2007-05-10. 
  7. Ask an Astrophysicist. NASA Goodard Space Flight Center.
  8. Williams, David R. (September 1, 2004). "Earth Fact Sheet". NASA. สืบค้นเมื่อ 2007-03-17. 
  9. Staff. "GPS Time Series". NASA JPL. สืบค้นเมื่อ 7 ธันวาคม ค.ศ. 2017. 
  10. Huang, Zhen Shao (2001). "Speed of the Continental Plates". In Glenn Elert. The Physics Facebook. สืบค้นเมื่อ 7 ธันวาคม ค.ศ. 2017. 
  11. Meschede, M.; Udo Barckhausen, U. (November 20, 2000). "Plate Tectonic Evolution of the Cocos-Nazca Spreading Center". Proceedings of the Ocean Drilling Program. Texas A&M University. สืบค้นเมื่อ 7 ธันวาคม ค.ศ. 2017. 
  12. Wexler, L.; D H Bergel; I T Gabe; G S Makin; C J Mills (1 September 1968). "Velocity of Blood Flow in Normal Human Venae Cavae". Circulation Research 23 (3): 349–359. doi:10.1161/01.RES.23.3.349. 
  13. Bowen, R (27 May 2006). "Gastrointestinal Transit: How Long Does It Take?". Pathophysiology of the digestive system. Colorado State University. สืบค้นเมื่อ 7 ธันวาคม ค.ศ. 2017. 
  14. M. Fischer; U. K. Franzeck; I. Herrig; U. Costanzo; S. Wen; M. Schiesser; U. Hoffmann; A. Bollinger (1 January 1996). "Flow velocity of single lymphatic capillaries in human skin". Am J Physiol Heart Circ Physiol 270 (1): H358–H363. PMID 8769772. สืบค้นเมื่อ 7 ธันวาคม ค.ศ. 2017. 
  15. "cytoplasmic streaming - biology". Encyclopædia Britannica. 
  16. "Microtubule Motors". rpi.edu. 
  17. Hill, David; Holzwarth, George; Bonin, Keith (2002). "Velocity and Drag Forces on motor-protein-driven Vesicles in Cells". American Physical Society, the 69th Annual Meeting of the Southeastern. abstract. #EA.002. Bibcode:2002APS..SES.EA002H. 
  18. Temperature and BEC. Physics 2000: Colorado State University Physics Department
  19. "Classroom Resources - Argonne National Laboratory". anl.gov. 
  20. Chapter 2, Nuclear Science- A guide to the nuclear science wall chart. Berkley National Laboratory.