ความเร็วและการกระจัด

นี่ฟิลลิป ได้เวลาไปเล่นเทนนิสแล้ว ไม่ใช่เหรอ? เธอต้องขี่รถจากที่นี่ไปอีกไกลไหม? เป็นระยะทางเท่าไหร่? ใช่แล้ว 5 กิโลเมตร ไปดูในแผนที่กันดีไหม นี่คือบ้านของฟิลลิป เขาออกจากบ้าน แล้วมุ่งหน้าไปยังสถานที่เล่นกีฬา แล้วก็มาถึงที่ตรงนั้น ในเครื่องมือจับระยะบอกว่า เขาเดินทางไปทั้งสิ้น 5 กิโลเมตร เราสามารถลากเส้นตรงขึ้นมา โดยเริ่มจากบ้านของฟิลลิปไปยังศูนย์กีฬา ...ตามเส้นทางของนก.... นับเป็นระยะทาง 4 กิโลเมตร แล้วระยะทางจากบ้านถึงศูนย์กีฬา จะเป็นระยะทางเท่าไหร่? จะเป็น 5 หรือว่า 4 กิโลเมตรกันแน่? คำตอบนั้นขึ้นอยู่กับว่า เราต้องการอธิบายชี้แจงเหตุผลอย่างไง ระยะทาง หรือว่าระยะกระจัด ทุกวันนี้มีการใช้ระยะทาง และระยะกระจัด จนดูเหมือนว่า 2 คำนี้ไม่แตกต่างกัน แต่ในทางฟิสิกส์แล้ว ทั้ง 2 คำนี้เป็น ตัวแทนของสิ่งที่ต่างกันอย่างสิ้นเชิง ระยะทางคือเส้นทางที่ฟิลลิปเดินทางผ่าน ซึ่งหมายรวมถึงทางเบี่ยงและทางเลี้ยวต่างๆ และมันก็คือระยะทาง 5 กิโลเมตร ที่เราเห็นกันบนเครื่องวัด แต่ระยะทางกระจัดคือทางที่ตรงที่สุด ระหว่างจุด 2 จุด ที่เราลากเส้นไว้แล้ววัดระยะ ซึ่งก็คือ 4 กิโลเมตร ระยะกระจัดสามารถอธิบาย ได้ 2 อย่าง ก็คือเมตร และทิศทาง โดยจะลากเป็นเส้นตรงจาก จุดเริ่มต้นไปจนถึงจุดสิ้นสุด ขนาด และทิศทาง ระยะทางไม่มีทิศทาง มันเป็นแค่ความยาวง่ายๆที่สามารถ ใช้หาค่าเมตรหรือกิโลเมตรได้ แล้วแต่กรณี ฟิลลิปต้องใช้เวลา 15 นาที ในการขี่รถไปที่ศูนย์กีฬา ซึ่งนับเป็น 1/4 ชั่วโมง ดูเหมือนเรื่องของเวลาเอง ก็มักจะถูกละเลย ไม่ว่าจะเป็นตอนหาระยะทาง หรือหาระยะกระจัดก็ตามที แล้วเราจะหาอัตราเร็วได้ยังไงล่ะ อัตราเร็วก็คือการเอาระยะทาง ไปหารด้วยเวลา นำ 5 ไปหารเวลาคือ 1/4 ชั่วโมง จะได้ออกมาเป็น 20 กิโลเมตรต่อชั่วโมง แต่เดี๋ยวก่อน จะเกิดอะไรขึ้นถ้าระยะกระจัด ถูกนำไปหาร คือนำ 4 กิโลเมตรไปหารด้วยเวลา นั่นจะทำให้เราได้คำตอบอื่นมาไหม ได้อยู่แล้ว นี่คือการหาความเร็วเฉลี่ย อัตราเร็วและความเร็วนั้นแตกต่างกัน ในทางฟิสิกส์ อัตราเร็วคือการเอาระยะทาง หารด้วยเวลา แต่ความเร็วคือการเอาระยะกระจัด หารด้วยเวลา เป็นที่รู้กันว่าการกระจัดมีทิศทาง ความเร็วก็มีทิศทาง ความเร็วจะแสดงออกมาในรูปของตัวเลข และพูดกันติดปากว่ากิโลเมตรต่อชั่วโมง ทั้งยังมีลูกศรแสดงทิศทาง อย่างไรก็ตาม อัตราเร็วและระยะทาง ก็ไม่มีทิศทาง ทีนี้เข้าใจแบบแผนพวกนี้หรือยัง ระยะทางและอัตราเร็วไม่มีทิศทาง แต่การกระจัดและความเร็วมีทิศทาง นี่เธอยังอยู่กับเรารึเปล่าฟิลลิป? แต่นี่ได้เวลาเล่นเทนนิสแล้วไม่ใช่เหรอ? ฟิลลิปเล่นเทนนิสเสร็จแล้ว และเขาก็กำลังกลับบ้าน? ซึ่งเส้นทางที่เขาเลือกใช้ก็คือ ทางเดิมกับตอนมาที่ศูนย์กีฬา สวัสดีฟิลลิป ยินดีต้อนรับกลับบ้านนะ มาทบทวนกันดีไหม? ว่าวันนี้ได้ขี่รถมอเตอร์ไซด์ ไปเป็นระยะทางเท่าไหร่แล้ว มาดูแผนที่กันอีกรอบดีไหม ขี่รถไปศูนย์กีฬา 5 กิโลเมตร และขี่รถกลับบ้านอีก 5 กิโลเมตร ก็เป็น 10 กิโลเมตร แต่ระยะกระจัดล่ะคืออะไร จุดเริ่มต้นอยู่ตรงนี้ และจุดสิ้นสุดก็คือ ใช่แล้ว มันอยู่ตรงนี้ ฟิลลิปอยู่ที่บ้านอีกครั้ง แล้วจะเกิดอะไรขึ้นหากเราลากเส้น จากจุดเริ่มต้นไปจนถึงจุดสิ้นสุด เอ่อ มันชักจะไม่ใช่แล้ว เพราะมันเป็นจุดเดิมเลย ตรงนี้มันต้องไม่มีเส้นสิ ดังนั้น ระยะกระจัดจึงเท่ากับศูนย์ ระยะทางเป็น 10 กิโลเมตร แต่ระยะกระจัดรวมเป็นศูนย์ เขาไปที่ศูนย์กีฬา เล่นเทนนิส แล้วก็กลับบ้าน ทว่าระยะกระจัดก็ยังเป็นศูนย์อยู่ ก็เพราะว่าเขากลับมายังจุดที่เขาเริ่มต้น นี่มันหมายความว่ายังไงใน เรื่องของความเร็วเหรอฟิลลิป ใช่แล้วล่ะ ถ้าได้กลับมาที่จุดเดิมล่ะก็ ระยะกระจัดจะกลายเป็นศูนย์ จากนั้นความเร็วเฉลี่ยก็จะเป็นศูนย์ ไม่ว่าเราจะขี่รถด้วยความเร็วเท่าใดก็ตาม โอ้ว!เธอจะขี่มอเตอร์ไซด์ไปข้างนอกอีกแล้ว แต่เอ๊ะ เหมือนน้ำมันรถจะหมดนะ ก็อย่างที่บอก ถึงแม้ว่าระยะกระจัด จะเป็นศูนย์ไปแล้ว แต่รถก็ยังต้องการน้ำมันอยู่ดี