p2ึ9

การหมุน

 

    การทดลองนี้เป็นการหาโมเมนต์ความเฉื่อยโดยการหมุนมวล  คุณสามารถวางมวลบนกลางโต๊ะ  หรือมุมของโต๊ะก็ย่อมได้     และทำการทดลองหาความเร่งของระบบ   เมื่อได้ความเร่งแล้ว  นำไปหาโมเมนต์ความเฉื่อยได้จากสูตร

m  =   มวลที่ใช้แขวนในระบบ

R  =   คือรัศมีของโต๊ะหมุน    ในห้องทดลองเสมือนจริงนี้  R  =  0.25  เมตร

     เมื่อคำนวณหาโมเมนต์ความเฉื่อยได้แล้ว  ให้นำค่า  0.03  kg.m2   ซึ่งก็คือโมเมนต์ความเฉื่อยของโต๊ะ  ลบออก  ค่าที่ได้ก็คือโมเมนต์ความเฉื่อยของมวลที่นำไปหมุน

ใบบันทึกผลการทดลอง

กำหนดให้   m  =  200   กรัม   วางมวลไว้กลางโต๊ะ

  a (m/s2) I kg.m2
วงแหวน    
ทรงกลมตัน    
ทรงกลมกลวง    

กดที่รูปภาพหรือที่นี่เพื่อเข้าสู่การทดลอง

 


          โมเมนตัมเเชิงมุม กับโมเมนตัมเชิงเส้นมีลักษณะเหมือนกันอยู่ประการหนึ่งคือ  ปริมาณทั้งสองเป็นปริมาณเวกเตอร์   เมื่อเรากล่าวถึงกฎการอนุรักษ์ปริมาณทางเวกตอร์  ไม่ว่าจะเป็นโมเมนตัมเชิงเส้นหรือเชิงมุมก็ตาม  เราหมายความว่า ทั้งขนาดและทิศทางนั้นจะต้องคงที่  มีตัวอย่างหลายกรณีที่น่าสนใจ  แต่ก่อนอื่นเราจะต้องหาทิศทางของโมเมนตัมเชิงมุมเสียก่อน   โดยทิศทางนั้นหาได้จากกฎของมือขวา  ให้กำมือขวาไว้นิ้วหัวแม่โป้งชี้ขึ้น  หมุนมือไปในทิศทางของการหมุน  หัวนิ้วโป้งจะชี้ไปในทิศทางของการหมุน  ดังรูป  ซึ่งก็คือทิศทางของโมเมนตัมเชิงมุมด้วย

รูป  ให้คุณกำมือ และหมุนไปในทิศของการหมุน หัวนิ้วโป้งจะชี้ไปในทิศของโมเมนตัมเชิงมุม

รูป  สังเกตที่หัวจุกซึ่งเป็นแกนหมุนของจานไจโรสโคป จะไม่เปลี่ยนทิศทางแม้ว่าโครงของไจโรโคปจะถูกจับให้หมุน เหตุผลเพราะไม่แรงบิดไปกระทำกับจานหมุน

         เมื่อแมวตกลงจากที่สูง  มันมีความสามารถที่จะลงบนพื้นโดยใช้เท้าได้  ทั้งๆที่ตอนเริ่มต้นตกมันหงายท้องเก๋งลงมา  การถ่ายภาพความเร็วสูงเป็นช๊อตๆในปัจจุบันช่วยให้เราเห็นขั้นตอนต่างๆขณะที่แมวกำลังตกลงมาได้  

อ่านต่อครับ    


ความเสถียรภาพของไจโรสโคป

การควงของมวลอาจจะมีได้หลายรูปแบบ  ดังรูปข้างล่าง


 ล้อหมุนอยู่ในแนวระดับและก็หมุนควงรอบแกนในแนวดิ่ง  ทำให้ดูเหมือนว่า  มันลอยอยู่ สังเกตจากรูปภาพมีทอร์กกระทำห่างจากจุดหมุน  ทำให้เกิดการหมุนควงได้       การควงไม่ได้จำกัดอยู่แค่ลูกข่างเท่านั้น   ล้อจักรยาน  และล้อมอเตอร์ไซด์ ทำให้เกิดการควงได้ทั้งสิ้น   เมื่อคุณหักแฮนด์ ของมอเตอร์ไซด์เพื่อจะเลี้ยว  ขณะที่คุณเอียงตัว  คุณจะได้สัมผัสของการควง ไม่เชื่อทดลองดูด้วยตนเอง      อ่านต่อครับ


 

 

a )  ยานอวกาศในอุดมคติประกอบด้วยล้อขนาดใหญ่   ถ้าล้อขนาดใหญ่หมุนตามเข็มนาฬิกาดังรูป   ยานอวกาศก็จะหมุนทวนเข็มนาฬิกา  b)  ถ้าเบรกล้อให้หยุดหมุน  ยานอวกาศก็จะหยุดหมุนด้วยเหตุผลนั้นเป็นเพราะ  เฉลย

การปรับแต่งตำแหน่งของยานอวกาศ  โดยอาศัยหลักการของโมเมนตัมเชิงมุม    เพราะว่า ยานอากาศกับล้อขนาดใหญ่ เป็นระบบอิสระ ไม่มีแรงหรือแรงบิดภายนอกมากระทำกับระบบ    เพราะฉะนั้นโมเมนตัมเชิงมุมรวมของระบบจึงเป็นศูนย์   ทั้งยานอวกาศและล้อจึงไม่หมุน   แต่เมื่อต้องการจะเปลี่ยนตำแหน่งหรือมุมของยานอวกาศ  ก็บังคับมอเตอร์ไปหมุนล้อดังรูป  a   ซึ่งจะทำให้ยานอวกาศหมุนในทิศตรงกันข้าม  เพื่อให้โมเมนตัมเชิงมุมรวมของระบบรวมยังคงเป็นศูนย์    แต่เมื่อ  ล้อหยุดหมุน  ดังรูป  b   ยานอวกาศก็จะหยุดหมุนด้วย  

    สำหรับยานอวกาศวอยเยอร์เจอร์  2  ซึ่งขึ้นไปสำรวจดาวเคราะห์ยูเรนัส ตั้งแต่ปี  1986   ต้องคำนึงถึงการหมุนชองล้อด้วย  ซึ่งเกิดมาจากการหมุนของเทปในตลับ  เพราะจะทำให้ยานอากาศเปลี่ยนมุมได้  เพื่อจะทำให้ยานอวกาศมุ่งไปในทิศทางที่ถูกต้อง  ยานอวกาศจะต้องมีแรงขับจากแก๊สของตัวยานอวกาศเอง ที่จะคอยปรับแต่งผลของการหมุนที่เกิดจากเทปบันทึกภายในที่อยู่ในตัวยานด้วย

ตัวอย่าง   รูป  a   เป็นรูปนักศึกษานั่งอยู่บนเก้าอี้หมุน    ตอนแรกนักศึกษานั่งนิ่งอยู่ กำลังถือล้อจักรยานที่กำลังหมุนอยู่  ให้ล้อจักรยานมีโมเมนต์ความเฉื่อย  Iwh  รอบแกนกลางเท่ากับ  1.2  kg.m2  และหมุนด้วยความเร็วเชิงมุม wwh = 3.9  รอบต่อวินาที  เป็นการหมุนแบบทวนเข็มนาฬิกา     เพราะแกนของล้อตั้งอยู่ในแนวดิ่ง  ดังนั้น  โมเมนตัมเชิงมุม  Lwh  จึงมีทิศชี้ขึ้นข้างบน  ถ้านักศึกษากลับทิศทางการหมุนของล้อดังรูป  b   โมเมนตัมเชิงมุมจะกลับทิศทางชี้ลงข้างล่าง  -Lwh ผลของการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเชิงมุมมีค่าเท่ากับ 2 Lwhทำให้เกิดแรงบิดบนเก้าอี้หมุนขึ้น  หมุนเก้าอี้ด้วยความเร็วเชิงมุม  wb  จงหาขนาดของความเร็วเชิงมุมนี้  กำหนดให้  โมเมนต์ความเฉื่อยรอบแกนหมุนรวมทั้งหมด  Iเท่ากับ  6.8 kg.m2   เฉลย

วิธีทำ   จากหลักการคงตัวของโมเมนตัมเชิงมุมจะได้

Ibwb  =     2Iwh wwh

wb   =     2Iwh wwh/Ib  =     (2)(1.2 kg.m2)(3.9 rev/s)/6.8  kg.m2    =   1.5  รอบ/วินาที

เครื่องหมายบวกแสดงว่านักศึกษาหมุนทวนเข็มนาฬิกา


ไจโรทำงานอย่างไร

        ไจโรสโคปเป็นอุปกรณ์ที่น่าพิศวงงงงวยเป็นอย่างยิ่ง   เพราะการหมุนของมันค่อนข้างแปลก   และคล้ายกับว่า  มันท้าท้ายกับแรงโน้มถ่วงได้  คุณสมบัติอันพิเศษนี้ สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ตั้งแต่รถจักรยาน  จนถึงยานขนส่งอวกาศ   เครื่องบินโดยสารทุกประเภทมีไจโรสโคป  ไว้สำหรับทำเป็นเข็มทิศ   และระบบนำร่องอัตโนมัติ   สถานีอวกาศ Mir  ของรัสเซีย  ใช้ไจโรสโคปจำนวน  11  อัน เพื่อบังคับให้แผงโซลาร์เซลล์หันไปในทิศทางเดียวกับดวงอาทิตย์ตลอดเวลา  การหมุนแบบไจโร  จะเกิดกับมวลทุกชนิดในโลกที่มีการหมุน  ฟิสิกส์ราชมงคลจะไขปริศนานี้ให้   โดยจะโยงให้คุณได้ทราบเหตุและผลที่เกิดจากการหมุนแบบนี้   ซึ่งจะทำให้คุณยิ่งมหัศจรรย์เพิ่มขึ้นไปอีก  เพราะการประยุกต์ของไจโรมีมากมายนับไม่ถ้วน  ทั้งๆที่ความรู้พื้นฐานนั้น ง่ายแสนจะง่าย

กดที่รูปภาพหรือที่นี่  เพื่อดูวีดีโอการควงของล้อจักรยาน  เป็นเวลา  30  วินาที  (ขนาด  1.7 MB)    กดที่นี่เพื่อดูรายละเอียดทั้งหมด

 


  หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ 

ฟิสิกส์ 1(ภาคกลศาสตร์) 

 ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)

ฟิสิกส์ 2  กลศาสตร์เวกเตอร์
โลหะวิทยาฟิสิกส์ เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1
ฟิสิกส์  2 (บรรยาย) แก้ปัญหาฟิสิกส์ด้วยภาษา c  
ฟิสิกส์พิศวง สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
ทดสอบออนไลน์ วีดีโอการเรียนการสอน
หน้าแรกในอดีต  

   การทดลองเสมือน 

บทความพิเศษ  ตารางธาตุ(ไทย1)   2  (Eng)
พจนานุกรมฟิสิกส์ 

 ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์

ธรรมชาติมหัศจรรย์ 

 สูตรพื้นฐานฟิสิกส์

การทดลองมหัศจรรย์  ดาราศาสตร์ราชมงคล

  แบบฝึกหัดกลาง 

แบบฝึกหัดโลหะวิทยา  

 แบบทดสอบ

ความรู้รอบตัวทั่วไป 

 อะไรเอ่ย ?

ทดสอบ(เกมเศรษฐี) 

คดีปริศนา

ข้อสอบเอนทรานซ์ เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์
คำศัพท์ประจำสัปดาห์  

  ความรู้รอบตัว

การประดิษฐ์แของโลก ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์เทศ นักวิทยาศาสตร์ไทย
ดาราศาสตร์พิศวง  การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ  

กลับเข้าหน้าแรก

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

ภาพประจำสัปดาห์