🪨

ก้อนหิน A & B — การตกและพุ่งขึ้นแนวดิ่ง

ฟิสิกส์ 3 ม.4 · กลศาสตร์ · การเคลื่อนที่แนวดิ่ง

KP Science simulation

⏱ เวลา

t = 0.00 s
0.5×

🏗️ ตัวแปรปรับได้

A v₀ ความเร็วต้น (ขว้างขึ้น)
m/s
H ความสูงตึก
m
g ความเร่งโน้มถ่วง
m/s²

📊 ค่าปัจจุบัน

ความเร็ว A
—
ความเร็ว B
—
ความสูง A
—
ความสูง B
—
ความเร็วเฉลี่ย Δx/t (A / B) หลังจบ
—
💡 Hint
ลองปรับ v₀ ให้เท่ากับ g·H ต่างๆ แล้วสังเกตว่าเมื่อตกถึงพื้น
ความเร็วของทั้งสองก้อนเป็นอย่างไร?
v กระทบพื้น A: —
v กระทบพื้น B: —
ความเร็วเฉลี่ย (Δx/t) A: —
ความเร็วเฉลี่ย (Δx/t) B: —
อัตราเร็วเฉลี่ย (d/t) A: —
อัตราเร็วเฉลี่ย (d/t) B: —
เวลาตก A: —
เวลาตก B: —

ทฤษฎี การเคลื่อนที่แนวดิ่งภายใต้แรงโน้มถ่วง

ฟิสิกส์ 3 ม.4 · ไม่คิดแรงต้านอากาศ

📋 โจทย์

แดงกับดำยืนอยู่บนตึกสูง ถ้าแดงปาก้อนหิน A ขึ้นไปแนวดิ่งด้วยความเร็วต้น 10 m/s พร้อมกันกับที่ดำปาก้อนหิน B ลงในแนวดิ่งด้วยขนาดความเร็วเท่ากัน ข้อใดต่อไปนี้สรุปได้ถูกต้อง (ไม่ต้องคิดผลของแรงต้านของอากาศ)
ก้อนหิน A 🪨
⬆️
v₀ = +10 m/s

ขว้างขึ้นแนวดิ่ง
จากยอดตึก

⚡
เริ่ม
พร้อมกัน
ก้อนหิน B 🪨
⬇️
v₀ = −10 m/s

ปาลงแนวดิ่ง
จากยอดตึก

🔢 สมการหลัก (ไม่มีแรงต้านอากาศ)

ความเร็ว ณ เวลา t
v(t) = v₀ − g·t
กำหนดแกนบวก = ขึ้น, g = 10 m/s² (เสมอชี้ลง)
ความสูง ณ เวลา t (วัดจากจุดเริ่ม = ยอดตึก)
y(t) = v₀·t − ½·g·t²
ความเร็ว ณ ความสูง y (ใช้พลังงาน)
v² = v₀² + 2·(−g)·Δy
เมื่อตกลงมายังจุดเดิม (Δy = 0) → v = −v₀ (ขนาดเท่ากัน ทิศตรงข้าม)

📈 กราฟ v-t เชิงเปรียบเทียบ

กราฟความเร็ว (v) เทียบเวลา (t) — ความสูงตึก H = 40 m, v₀ = 10 m/s

กราฟตำแหน่ง (y) จากพื้นดิน เทียบเวลา (t)

🔍 การวิเคราะห์

ก้อนหิน A (ขว้างขึ้น)

เมื่อ A ถึงจุดเดิม (ยอดตึก) บนทางลง: v = −10 m/s (ขนาด 10 m/s ลง) จากนั้นมีสภาพเหมือน B ทุกประการ ดังนั้น A ใช้เวลาในการตกนานกว่า B t_A > t_B ระยะทางรวมที่ A เดินทาง ≥ H (มีส่วนที่ขึ้น)

ก้อนหิน B (ปาลง)

B เริ่มต้นที่ยอดตึก ความเร็วต้น −10 m/s (ลง) ตกลงตรงๆ ด้วยความเร่ง g v_B(t) = −10 − g·t ถึงพื้นเร็วกว่า A อย่างชัดเจน

ความเร็วขณะกระทบพื้น (velocity, vector)
v_f² = v₀² + 2g·H  →  v_f = −√(v₀² + 2gH)
A: v₀ = +10 m/s → v_f = −√(100 + 2gH)
B: v₀ = −10 m/s → v_f = −√(100 + 2gH)
∴ v_f ของ A และ B เท่ากัน ทั้งขนาดและทิศทาง ✓
ความเร็วเฉลี่ย (velocity, vector) = การกระจัด / เวลา
v̄ = Δx / t = (−H) / t
การกระจัด A = การกระจัด B = −H (ยอดตึก → พื้น ทิศลง)
แต่ t_A > t_B เพราะ A ขึ้นก่อนแล้วค่อยลง
∴ |v̄_A| = H/t_A  <  |v̄_B| = H/t_B
v̄_A ≠ v̄_B (ไม่เท่ากัน) ✗
อัตราเร็วเฉลี่ย (speed, scalar) = ระยะทาง / เวลา
s̄ = d / t
A: ระยะทาง = s_up + (H + s_up) = 2s_up + H  (มากกว่า H)
B: ระยะทาง = H
ต้องคำนวณตัวเลขจึงจะบอกได้ว่าเท่ากันหรือไม่ (ไม่ใช่ประเด็นในโจทย์)

📐 พิสูจน์ v_f ของ A และ B เท่ากัน

ใช้สมการ v² = v₀² − 2g·Δy  (Δy = −H, a = −g)

ก้อนหิน A: v₀ = +10 m/s
v_A² = (+10)² + 2(−g)(−H) = 100 + 2gH
v_A = −√(100 + 2gH) (ทิศลง)

ก้อนหิน B: v₀ = −10 m/s
v_B² = (−10)² + 2(−g)(−H) = 100 + 2gH
v_B = −√(100 + 2gH) (ทิศลง)

∴ v_A = v_B ทั้งขนาดและทิศ → ข้อ 2 ถูก ✓

หมายเหตุ: ความเร็วเฉลี่ย (Δx/t) ไม่เท่ากัน เพราะ t_A ≠ t_B → ข้อ 3 ผิด ✗

✅ เฉลยและการสรุป

ตรวจสอบแต่ละข้อ

❌
ข้อ 1: ก้อนหิน A มีขนาดของความเร็วเฉลี่ยมากกว่าของก้อนหิน B
ผิด — ความเร็วเฉลี่ย (vector) = Δx/t = −H/t
การกระจัดเท่ากัน (−H) แต่ t_A > t_B ∴ |v̄_A| < |v̄_B| ไม่ใช่มากกว่า
✅
ข้อ 2: ก้อนหินทั้งสองตกกระทบพื้นด้วยความเร็วเท่ากัน
ถูก — v_f² = v₀² + 2gH: A ใช้ v₀ = +10, B ใช้ v₀ = −10
v₀² = 100 เท่ากัน ∴ v_f = −√(100 + 2gH) เท่ากันทั้งขนาดและทิศ
❌
ข้อ 3: ก้อนหินทั้งสองมีความเร็วเฉลี่ยเท่ากัน
ผิด — ความเร็วเฉลี่ย (vector) = Δx/t = −H/t
แม้ Δx = −H เท่ากัน แต่ t_A ≠ t_B ∴ v̄_A ≠ v̄_B
❌
ข้อ 4: มีคำตอบถูกมากกว่า 1 ข้อ
ผิด — มีข้อถูกเพียงข้อเดียวคือข้อ 2
คำตอบที่ถูกต้องคือ
ข้อ 2 เพียงข้อเดียว
ก้อนหินทั้งสองตกกระทบพื้นด้วยความเร็ว (vector) เท่ากัน = −√(v₀² + 2gH)