ภาพประจำสัปดาห์ ฟิสิกส์ราชมงคล

การทดลองนี้เป็นการหาโมเมนต์ความเฉื่อยโดยการหมุนมวล คุณสามารถวางมวลบนกลางโต๊ะ หรือมุมของโต๊ะก็ย่อมได้ และทำการทดลองหาความเร่งของระบบ เมื่อได้ความเร่งแล้ว นำไปหาโมเมนต์ความเฉื่อยได้จากสูตร

R = คือรัศมีของโต๊ะหมุน ในห้องทดลองเสมือนจริงนี้ R = 0.25 เมตร

เมื่อคำนวณหาโมเมนต์ความเฉื่อยได้แล้ว ให้นำค่า 0.03 kg.m² ซึ่งก็คือโมเมนต์ความเฉื่อยของโต๊ะ ลบออก ค่าที่ได้ก็คือโมเมนต์ความเฉื่อยของมวลที่นำไปหมุน

กำหนดให้ m = 200 กรัม วางมวลไว้กลางโต๊ะ

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

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 I_wh รอบแกนกลางเท่ากับ 1.2 kg.m² และหมุนด้วยความเร็วเชิงมุม w_wh = 3.9 รอบต่อวินาที เป็นการหมุนแบบทวนเข็มนาฬิกา เพราะแกนของล้อตั้งอยู่ในแนวดิ่ง ดังนั้น โมเมนตัมเชิงมุม L_wh จึงมีทิศชี้ขึ้นข้างบน ถ้านักศึกษากลับทิศทางการหมุนของล้อดังรูป b โมเมนตัมเชิงมุมจะกลับทิศทางชี้ลงข้างล่าง -L_wh ผลของการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเชิงมุมมีค่าเท่ากับ 2 L_whทำให้เกิดแรงบิดบนเก้าอี้หมุนขึ้น หมุนเก้าอี้ด้วยความเร็วเชิงมุม w_b จงหาขนาดของความเร็วเชิงมุมนี้ กำหนดให้ โมเมนต์ความเฉื่อยรอบแกนหมุนรวมทั้งหมด I_bเท่ากับ 6.8 kg.m² เฉลย

วิธีทำ จากหลักการคงตัวของโมเมนตัมเชิงมุมจะได้

w_b= 2I_wh w_wh/I_b = (2)(1.2 kg.m²)(3.9 rev/s)/6.8 kg.m² = 1.5 รอบ/วินาที

เครื่องหมายบวกแสดงว่านักศึกษาหมุนทวนเข็มนาฬิกา

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

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