ไขข้อสงสัยความเร็วกับความเร่งต่างกันอย่างไร

ความเร็วและความเร่งคือแนวคิดหลักสองอย่างเมื่อทำการศึกษาเรื่องการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีเวลาเข้ามาเกี่ยวข้อง ความเร็วคือการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เคลื่อนที่ในทิศทางใดทิศทางหนึ่งในขณะที่ความเร่งคือการเปลี่ยนแปลงของความเร็ววัตถุเมื่อเทียบกับเวลา เมื่อใดก็ตามที่คุณผู้อ่านเดิน วิ่ง หรือขับขี่ยานพาหนะ คุณกำลังเคลื่อนไหวหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วและความเร่งที่สามารถวัดค่าได้ เช่นเดียวกันกับการบินของนก การว่ายน้ำของปลา การไหลของน้ำในแม่น้ำ การตกลงมาของใบไม้จากต้นไม้ การหมุนรอบตัวเองของโลกและการที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ เหล่านี้ล้วนเป็นการกระทำหรือปรากฏการณ์ที่มีความเร็วและความเร่งมาเกี่ยวข้องทั้งสิ้น ซึ่งถ้าหากเราต้องการแบ่งแยกสองสิ่งนี้ออกจากกันจะต้องพิจารณาเปรียบเทียบเป็นเรื่อง ๆ จะเข้าใจได้ง่ายยิ่งขึ้น

เรามาดูควาแตกต่างเบื้องต้นที่ควรทำความเข้าใจเกี่ยกับความแตกต่างระหว่างความเร็วกับความเร่งกันบ้าง

ความเร็ว คือ อัตราการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของวัตถุเมื่อเทียบกับเวลา ส่วนความเร่ง คือ อัตราการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว

ความเร็ว คือ อัตราส่วนระหว่างระยะทางที่เคลื่อนที่ไปได้กับเวลา ส่วนความเร่ง คือ อัตราส่วนระหว่างความเร็วและเวลา

ความเร็ว มีหน่วยคือ เมตร ต่อ วินาที ส่วนความเร่ง มีหน่วยคือ เมตร ต่อ วินาทีกำลังสอง

ความหมายของความเร็วในทางวิทยาศาสตร์

ในทางวิทยาศาสตร์เรานิยามความเร็วด้วยการบอกว่ามันคือ ปริมาณเวกเตอร์ ที่มีทั้งขนาดที่แสดงถึงความเร็วและต้องมีทิศทางบอกด้วยว่ากำลังไปในทิศทางใด [อีกปริมาณหนึ่งคือ ปริมาณสเกลาร์ ที่มีแค่ขนาดเพียงอย่างเดียว] ความเร็วเป็นปริมาณทางกายภาพที่อธิบายถึงอัตราการเคลื่อนที่ของวัตถุพร้อมกับทิศทาง ความเร็วช่วยแสดงอัตราการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของมนุษย์หรือวัตถุใด ๆ เทียบกับเวลาที่ใช้ เช่น รถยนต์ความเร็ว 100 กิโลเมตรต่อชั่วโมง หมายความว่า ในอีก 1 ชั่วโมงถ้ารถยนต์คันนี้ยังรักษาความเร็วได้อย่างคงที่จะสามารถเคลื่อนที่ไปได้ระยะทาง 100 กิโลเมตร

ความหมายของความเร่งในทางวิทยาศาสตร์

การวัดการเปลี่ยนแปลงของความเร็วโดยเทียบกับเวลา นี่คือคำนิยามอีกวิธีหนึ่งของความเร่ง เมื่อใดก็ตามที่วัตถุมีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว เมื่อนั้นก็จะมีความเร่งเกิดขึ้น โดยถ้าความเร็วเพิ่มขึ้นจากเดิม เราก็จะเรียกว่าวัตถุมีความเร่ง แต่ถ้าวัตถุมีความเร็วลดลงจากเดิมเราจะเรียกว่าวัตถุนั้นมีความหน่วง ส่วนความเร่งนั้นเป็นปริมาณเวกเตอร์เหมือนกันกับความเร็วคือต้องมีทั้งขนาดและทิศทาง ซึ่งทำให้เราสามารถพิจารณาแนวคิดความสัมพันธ์เกี่ยวกับความเร็วและความเร่งได้โดยใช้การเปรียบเทียบทิศทางของปริมาณทั้งสอง

กรณีที่ 1 ความเร่งและความเร็วมีทิศไปในทางเดียวกันหรือขนานกัน วัตถุจะมีความเร็วเพิ่มขึ้น

กรณีที่ 2 ความเร่งและความเร็วทำมุมตรงข้ามกัน วัตถุจะมีความเร็วลดลง

กรณีที่ 3 ความเร่งและความเร็วทำมุมตั้งฉากกัน วัตถุจะมีการเปลี่ยนแปลงทิศทางการเคลื่อนที่

ซึ่งความเร่งนั้นจะมี 2 ประเภท

Centripetal acceleration หรือ ความเร่งสู่ศูนย์กลาง เมื่อวัตถุใด ๆ มีการเคลื่อนที่รูปแบบวงกลม มีการเปลี่ยนแปลงทิศทางไปเรื่อย ๆ ตลอดที่เกิดการเคลื่อนที่ เหมือนการโคจรของดาวเคราะห์ในอวกาศ จะเกิดความเร่งเข้าสู่ศูนย์กลางขึ้น

Tangential acceleration หรือ ความเร่งในแนวสัมผัส ก็คือความเร่งที่เกิดขึ้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงแค่เฉพาะความเร็วเทียบกับเวลา ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของทิศทาง วัตถุมุ่งไปยังทิศเดิมเสมอ

นอกจากจะมีความเร็วแล้วยังมีอัตราเร็วด้วย

อัตราเร็ว คือ ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่จริงในหนึ่งหน่วยเวลา เป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที เช่น รถยนต์กำลังแล่นบนถนนด้วยอัตราเร็ว 15 กิโลเมตรต่อชั่วโมง หมายความว่า ใน 1 ชั่วโมง รถยนต์คันนี้จะสามารถวิ่งได้เป็นระยะทาง 15 กิโลเมตร โดยไม่ได้คำนึงถึงทิศทางที่วิ่ง

ความเร็ว คือ การกระจัดของวัตถุในหนึ่งหน่วยเวลา เป็นปริมาณเวกเตอร์ มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที เช่น เครื่องบินกำลังบินด้วยความเร็ว 500 ไมล์ทะเลต่อชั่วโมง ไปทางทิศเหนือ หมายความว่า ใน 1 ชั่วโมง เครื่องบินจะสามารถบินได้ระยะทาง 500 ไมล์ทะเล โดยมุ่งตรงไปยังทิศเหนือ

ความเร่งและอัตราเร่งก็ต่างกัน

อัตราเร่ง คือ อัตราเร็วที่เปลี่ยนแปลงไปในหนึ่งหน่วยเวลา เป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที2 เช่น เรือยอชต์แล่นบนทะเลด้วยอัตราเร่ง 2 กิโลเมตรต่อชั่วโมง2 หมายความว่า ทุก ๆ 1 ชั่วโมง เรือยอชต์จะแล่นไปด้วยอัตราเร็วที่เพิ่มขึ้น 2 กิโลเมตรต่อชั่วโมง โดยไม่ได้คำนึงถึงทิศทางที่วิ่ง

ความเร่ง คือ ความเร็วที่เปลี่ยนแปลงไปในหนึ่งหน่วยเวลา เป็นปริมาณเวกเตอร์ มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที2 เช่น นักปั่นจักรยานปั่นด้วยอัตราเร่ง 0.5 กิโลเมตรต่อชั่วโมง2 ไปทางทิศตะวันออกเฉียงใต้ หมายความว่า ทุก ๆ 1 ชั่วโมง จักรยานจะมีความเร็วที่เพิ่มขึ้น 2 กิโลเมตรต่อชั่วโมง โดยมุ่งตรงไปทางทิศตะวันออกเฉียงใต้

ดังนั้นเเล้วความหมายของ ความเร็ว เเละ ความเร่งจึงแตกต่างกัน

ความเร็ว คือระยะทางที่เปลี่ยนในหนึ่งหน่วยเวลา

ความเร่ง คือความเร็วที่เปลี่ยนในหนึ่งหน่วยเวลา นั่นเอง

แหล่งที่มา https://www.scimath.org/article-physics/item/11222-2019-12-19-04-51-40