สี่ประเภทพื้นฐานของการเคลื่อนไหว

ฟิสิกส์ครอบคลุมหัวข้อมากมาย แต่ที่จริงแล้ว มันคือการศึกษาว่าสิ่งต่าง ๆ เคลื่อนไหวอย่างไร ในระดับ "มาโคร" (เกี่ยวกับชีวิตประจำวันและสิ่งที่มองเห็นได้ ตรงข้ามกับ "ไมโคร" หรืออะตอมและอะตอมย่อย ปรากฏการณ์) นักฟิสิกส์และวิศวกรหลายคนแบ่งการเคลื่อนไหวออกเป็นสี่ประเภทพื้นฐาน: เชิงเส้น, หมุน, ลูกสูบและ สั่น เครื่องจักรที่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้แสดงสิ่งเหล่านี้อย่างน้อยหนึ่งอย่าง

จำไว้ว่าสิ่งเหล่านี้อย่าสับสนกับยากเร็ว- กฎหมาย ของการเคลื่อนไหว; พวกเขาได้รับการยอมรับในอนุสัญญาหลายฉบับ แต่ไม่ได้หมายถึงประเภทที่แข็งกระด้าง ตัวอย่างเช่น นักดาราศาสตร์มักพูดถึงการเคลื่อนไหวในแง่ของการปฏิวัติ การหมุนรอบ การขยายตัวของจักรวาล และระบบการโคจร การเคลื่อนไหวทางกลทั้งสี่ประเภทยังคงเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีในการเรียนรู้ว่าสิ่งต่าง ๆ ได้รับจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในอวกาศทางกายภาพด้วยวิธีที่คุ้นเคยอย่างสมบูรณ์

การเคลื่อนที่เชิงเส้นซึ่งบางครั้งเรียกว่าการเคลื่อนที่เชิงแปลเป็นเพียงการขยับวัตถุจากจุดหนึ่งในอวกาศไปยังอีกจุดหนึ่ง แผนผัง บนกราฟทั่วไปที่มีแกน x และ y หากจุดเปลี่ยนจากจุดกำเนิดที่ (0, 0) ถึงจุด (3, 4) ทฤษฎีบทพีทาโกรัสอาจใช้เพื่อแสดงว่าจุดนั้นผ่านการเคลื่อนที่เชิงเส้น 5 หน่วย (รากที่สองของ 3

วัตถุจำนวนมากประสบกับการเคลื่อนไหวมากกว่าหนึ่งประเภทพร้อมๆ กัน โดยใช้รูปแบบเด่นเป็นตัวอธิบายโดยรวม ตัวอย่างเช่น ลูกเบสบอลที่ขว้างจากเหยือกไปยังตัวจับที่อยู่ห่างออกไป 60 ฟุต ได้รับการแปลภาษา เคลื่อนไหว แต่ลูกมีแนวโน้มจะหมุนหลายครั้งตามเส้นทางจากเนินเหยือกถึงบ้าน จาน.

เมื่อบางสิ่งหมุนไป พูดคร่าวๆ มันจะหมุนเป็นวงกลม เด็กยืนอยู่จุดเดียวในสนามเด็กเล่นและหมุนเป็นวงกลมจนกว่าจะถึงที่หมาย จุดเริ่มต้นมีการเคลื่อนไหวแบบหมุน แต่เธอไม่จำเป็นต้องทำให้วงกลมสมบูรณ์จึงจะเป็น จริง; ประเด็นสำคัญคือ ร่างกายของเธอหมุนรอบแกนเรขาคณิตที่กำหนดไว้อย่างดี ในกรณีนี้ แกนหนึ่งวิ่งจากส่วนบนของศีรษะไปที่พื้นที่เท้าของเธอ

การหมุนเป็นรากฐานของการขนส่งยานยนต์ สำหรับรถโดยรวมที่จะแปลจากเมืองนิวยอร์กไปลอสแองเจลิสล้อของมันจะต้องหมุนไปรอบ ๆ เพลาของรถ และชิ้นส่วนภายในจำนวนมากของเครื่องยนต์สันดาปของรถยนต์จะหมุนไปตามการทำงาน โลกหมุนรอบแกนของมันเองระหว่างขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ทุกๆ 24 ชั่วโมง

การเคลื่อนที่แบบลูกสูบเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวรูปแบบอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเคลื่อนที่แบบสั่น ในรูปแบบการเคลื่อนที่นี้ วัตถุจะถูกแปลหรือเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงในทิศทางเดียวแล้วย้อนกลับตามเส้นทางเดิมในทิศทางตรงกันข้ามจนกว่าจะกลับสู่จุดเริ่มต้น วงจรจะทำซ้ำ ตัวอย่างหนึ่งคือเลื่อยไฟฟ้า ตัวอย่างที่ชัดเจนน้อยกว่าคือคนที่ขับรถไปทำงานแล้วขับรถกลับบ้านตามเส้นทางเดิมประมาณแปดชั่วโมงต่อมา และทำซ้ำทุกวัน สิ่งเหล่านี้อาจดูเหมือนเป็นความพยายามที่แตกต่างกันมาก แต่ในความเป็นจริง มันต่างกันแค่มาตราส่วนเวลาและระยะทางเท่านั้น เลื่อยอาจเคลื่อนที่ผ่านแอมพลิจูดเพียงครึ่งเมตรและเดินทางผ่านเส้นทางเข้า-ออกทั้งหมดหลายครั้งต่อวินาที ในขณะที่ผู้โดยสารสามารถเดินทาง 20 ไมล์วันละสองครั้ง

สิ่งต่าง ๆ ที่เคลื่อนไหวในลักษณะตอบสนอง แต่มีองค์ประกอบของการเคลื่อนที่แบบหมุนเช่นการแกว่งไปมาเรียกว่าการแกว่ง ลูกตุ้มซึ่งแกว่งจากจุดยึดคงที่และลากตามส่วนโค้ง เป็นตัวอย่างคลาสสิก สปริงเกลอร์หรือพัดลมแบบสั่นทำสิ่งเดียวกัน ยกเว้นว่าสิ่งเหล่านี้สั่นในระนาบแนวนอนมากกว่าระนาบแนวตั้งและขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์มากกว่าแรงโน้มถ่วง

เพื่อความสมบูรณ์ ลองนึกภาพเครื่องฉีดน้ำประเภทนี้ซึ่งติดตั้งอยู่ที่ด้านหลังของรถซึ่งมีรัศมีโค้ง 120 องศาขณะเคลื่อนที่ไปมาตามรางรถไฟที่ทอดยาว 50 เมตร อุปกรณ์นี้มีรูปแบบการเคลื่อนที่แบบเปลี่ยนทิศทาง หมุน หมุนกลับ และสั่นแบบระบุตัวได้ง่าย และวัตถุที่เคลื่อนไหวในโลกแห่งความเป็นจริงส่วนใหญ่แสดงการเคลื่อนไหวมากกว่าหนึ่งรูปแบบเมื่อเคลื่อนที่