การเคลื่อนที่แบบวงกลม

     วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่เป็นวงกลม จะต้องมีแรงกระทำต่อวัตถุในทิศเข้าหาศูนย์กลางของวงกลม เรียกว่า แรงสู่ศูนย์กลาง(centripetal force) แรงนี้จะทำให้วัตถุเปลี่ยนทิศของความเร็วซึ่งอยู่ในแนวเส้นสัมผัสของวงกลมทำให้วัตถุวิ่งเป็นวงกลมอยู่ได้ หากไม่มีแรงสู่ศูนย์กลางกระทำต่อวัตถุ วัตถุจะไม่เคลื่อนที่เป็นวงกลมแต่จะวิ่งไปในแนวเส้นสัมผัสแรงที่ทำหน้าที่เป็นแรงสู่ศูนย์กลางอาจเป็นแรงเสียดทานที่กระทำต่อวัตถุเมื่อวัตถุสัมผัสกับพื้น หรือเป็นแรงที่พื้นกระทำต่อวัตถุซึ่งแยกแรงมาอยู่ในแนวเข้าสู่ศูนย์กลางได้ กรณีผูกด้วยเชือกแล้วแกว่งเป็นวงกลมในแนวระดับ แรงดึงของเชือกก็จะทำหน้าที่เป็นแรงสู่ศูนย์กลาง เป็นต้น

     การเคลื่อนที่แบบวงกลมมีลักษณะเฉพาะ โดยมีการเคลื่อนที่เป็นรอบ จำนวนรอบที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ใน 1 หน่วยเวลา เรียกว่า ความถี่ (frequency) ใช้สัญลักษณ์ f มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาทีหรือ เฮิรตซ์ (Hz) และถ้าวัตถุกำลังเคลื่อนที่เป็นวงกลมที่มีรัศมี r ด้วยอัตราสม่ำเสมอ อัตราเร็วของวัตถุ v จะหาได้จากสมการ

     ขณะวัตถุกำลังเคลื่อนที่เป็นวงกลม แรงที่ทำหน้าที่เป็นแรงสู่ศูนย์กลาง (Fc) จะต้องมีขนาดเท่าใดนั้น จะสัมพันธ์กับมวลของวัตถุ (m) อัตราเร็วของวัตถุ (v) และรัศมีการเคลื่อนที่ (r) ตามสมการ

     เครื่องเล่น Tagada Disco ของสยามพาร์คซิตี้ ใช้การหมุนของจานหมุนขนาดใหญ่ให้ผู้เล่นที่นั่งอยู่ขอบจานเคลื่อนที่เป็นวงกลม ระนาบของการหมุนเอียงเล็กน้อยและมีการเขย่าด้วยลูกสูบลมเพื่อให้รู้สึกตื่นเต้น จานหมุนจะมีราวเหล็กและพนักพิงอยู่โดยรอบ ขณะผู้เล่นเคลื่อนที่เป็นวงกลมไปพร้อมจานหมุน ก็จะถูกเหวี่ยงให้อัดตัวเข้ากับพนักพิง เกิดแรงที่พนักพิงดันผู้เล่นในทิศเข้าหาศูนย์กลาง และแรงเสียดทานที่เบาะที่นั่งกระทำต่อผู้เล่นก็มีทิศเข้าหาศูนย์กลางเช่นกัน แรงทั้งสองจึงทำหน้าที่เป็นแรงสู่ศูนย์กลาง

การเคลื่อนที่เป็นแนวโค้งแบบวงกลม   ถ้าเรานำเชือกผูกติดกับวัตถุแล้วแกว่ง เราจะเห็นว่าวัตถุนั้นเคลื่อนที่โค้งเป็นแนววงกลม หรือเห็นการแสดงมอเตอร์ไซด์ไต่ถัง รถไฟเหาะ  หรือเล่นสเกตในลานสเกตที่โค้งเป็นวงกลม  การเคลื่อนที่เช่นนี้ เป็นการเคลื่อนที่เป็นแบบวงกลม  

ดังนั้นการเคลื่อนที่ ต้องระวังการใช้อัตราเร็วให้เป็นไปตามที่กำหนดไว้จึงจะปลอดภัย ในการออกแบบก่อสร้างถนน  จะต้องสร้างให้ถนนเอียงเข้าหาศูนย์กลางของความโค้ง เพื่อช่วยเพิ่มแรงสู่ศูนย์กลางที่กระทำกับรถ ทำให้มีความปลอดภัยในการขับขี่มากขึ้น

เซอร์ไอแซค  นิวตัน ได้เสนอกฎแรงดึงดูดระหว่างมวล (Law of gravity) ซึ่งมีใจความว่า วัตถุทุกชนิดในเอกภพจะส่งแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน โดยขนาดของแรงดึงดูดระหว่างมวลจะแปรผันตรงกับผลคูณระหว่างมวลของวัตถุทั้งสอง ดังนั้นจึงมีแรงดึงดูดระหว่างดวงอาทิตย์กับโลก นั่นคือขณะที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์จะมีแรงโน้มถ่วงที่ดวงอาทิตย์ดึงดูดโลกซึ่งมีทิศสู่ศูนย์กลาง

การเคลื่อนที่แบบวงกลมของวัตถุทั้งหมดนี้ มีลักษณะเฉพาะคือเป็นการเคลื่อนที่ที่วัตถุจะเคลื่อนที่กลับมาซ้ำทางเดิมเสมอ ช่วงเวลาที่วัตถุใช้ในการเคลื่อนที่ครบ 1 รอบ เรียกว่า คาบ(period) ซึ่งมีหน่วยเป็น วินาที  และจำนวนรอบที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ใน 1 หน่วยเวลา เรียกว่า ความถี่ (frequency ) ซึ่งมีหน่วยเป็น รอบต่อวินาที  หรือ เฮิรตซ์ (hertz)

ความสัมพันธ์ของความถี่กับคาบเป็นดังนี้

                                     f=1/T     หรือ    T=1/f  

เมื่อ      f              คือ  ความถี่  มีหน่วยเป็น  รอบต่อวินาที

             T             คือ  คาบ      มีหน่วยเป็น  วินาที


แบบฝึกหัดก่อนเรียน : 
แบบฝึกหัดหลังเรียน :