sphere.jpg (89317 bytes)  กายกรรมกับทรงกลม insidegl.jpg (24463 bytes)


จากรูปนักกายกรรมหรือนักแสดงมายากล จะนำหลักฟิสิกส์ไปใช้โดยไม่รู้ตัว เช่นในรถไต่ถัง หรือในการเคลื่อนที่เป็นวงกลมในแนวดิ่ง อย่างรูปที่เรียกว่าทรงกลมแห่งความกลัว ทำด้วยโลหะโตพอที่จะให้รถจักยานยนต์ 1 - 2 คัน วิ่งภายในได้ ผู้ขับรถจักรยานยนต์จะต้องขับด้วยความเร็วสูงพอเพื่อที่จะให้รถจักยานยนต์เคลื่อนที่เป็นวงกลมในแนว ที่ต้องการได้  ความน่ากลัวในการขับรถจักรยานยนต์ดังกล่าวเกินขึ้น 2 ประการ คือ 

ขับรถให้เคลื่อนที่เป็นวงกลมในแนวดิ่ง และขับให้เคลื่อนที่เป็นวงกลมในแนวราบ ได้อย่างปลอดภัย


วงกลมแนวดิ่ง

เมื่อขับรถจักรยานยนต์เป็นวงกลมในแนวดิ่ง จะมีแรงกระทำต่อคนและรถ 3 แรง คือ          

1. แรงเสียดทานระหว่างล้อรถกับผนังภาชนะ 

2. แรงเนื่องจากน้ำหนักของรถและคนขับ

3. แรงปฏิกิริยาในแนวตั้งฉากกับผิวสัมผัส ที่ผนังภาชนะกระทำต่อยางรถจักรยานยนต์

แรงทั้งสามกระทำต่อคนและรถทำใหเกิดแรงลัพธ์กระทำต่อวัตถุในทิศเข้าหาจุดศูนย์กลางของการเคลื่อนที่

รูปแสดง การเคลื่อนที่ของวัตถุเป็นวงกลมในแนวดิ่ง สามารถใช้ลูกศรไป - กลับ ดูแรงที่กระทำต่อวัตถุที่ตำแหน่งต่าง ๆ ได้
  • แรงที่กระทำต่อคนและรถมีดังนี้        
    • w - น้ำหนักของคนและรถ 
    • FN - แรงปฏิกิริยา ในแนวตั้งฉากกับผิวสัมผัส 
    • fsแรงเสียดทาน สถิตย์ระหว่างยางรถกับ ผนังภาชนะ
  • แรงลัพธ์ที่กระทำต่อคนและรถจะมีทิศ เข้าหาจุดศูนย์กลางของการเคลื่อนที่ เรียก   ว่าแรงสู่ศูนย์กลาง (FC)
  • ข้อสังเกต แรงสู่ศูนย์กลาง (FC) ณ ตำแหน่งใด ๆ จะคงเดิมตลอดเวลา 
  • น้ำหนักของวัตถจะคงที่ตลอดเวลา
  • แรงเสียดทานและแรงปฏิกิริยาตั้งฉากเท่านั้น ที่มีขนาดเปลี่ยนแปลงไป 
 

 

จะเกิดอะไรขึ้น ถ้ารถมีความเร็วต่ำ?

topslow.gif (6174 bytes)

ถ้ารถมีความเร็วต่ำกว่าที่ควรจะเป็น เมื่อวัตถุขึ้นถึง      จุดสูงสุดน้ำหนักของคนและรถุ(w)ซึ่งมีค่ามากกว่า แรงสู่ศูนย์กลางที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปตามผนัง ภาชนะได้ ทำให้วัตถุตกลงมา ..it falls!

ถ้า  FC < รถไม่สามารถเคลื่อนที่ครบรอบได้

จะเกิดอะไรขึ้น ถ้ารถมีความเร็วพอดี?

topnough.gif (6423 bytes)

ถ้ารถมีความเร็วพอเหมาะ เมื่อรถขึ้นถึงจุดสูงสุด นำหนักของคนและรถ (w) จะเท่ากับแรงสู่ศูนย์กลาง       ( FC). ที่วัตถุต้องการในการเคลื่อนที่พอดี โดยไม่จำเป็นต้องอาศัยแรงปฏิกิริยาในแนวตั้งฉาก ระหว่างผนังภาชนะกับยางรถเลย จึงทำให้รถเคลื่อนที่ครบรอบได้.

ถ้า FC = w รถจะเคลื่อนที่ครบรอบได้

จะเกิดอะไรขึ้น ถ้ารถมีความเร็วสูง?

topfast.gif (6764 bytes)

ถ้ารถมีความเร็วสูง น้ำหนักของคนและรถ (w) มีไม่เพียงพอต่อการวิ่งไปตามโค้ง จึงต้องอาศัยแรงปฏิกิริยาในแนวตั้งฉาก (FN)            เพื่อให้เกิดแรงสู่ศูนย์กลาง (FC). ตามต้องการ

ถ้า FC > w รถจะเคลื่อนที่ครบรอบได้

 


ขณะรถเคลื่อนที่วงกลมในแนวราบ

horiz.gif (2030 bytes) เมื่อขับรถเป็นวงกลมในแนวราบ จะมีแรง 3 แรงกระทำต่อคนและรถ คือ

1. แรงเนื่องจากน้ำหนักของคนและรถ(w)

2. แรงปฏิกิริยาในแนวตั้งฉากกับผิวสัมผัสระหว่างยางรถกับผนังภาชนะ(FN)

3  แรงเสียดทานสถิตย์ระหว่างยางรถกับผนังภาชนะ(fs)

แรงปฏิกิริยาในแนวตั้งฉาก (FN) จะกระทำต่อมวลในทิศเข้าหาจุดศูนย์กลางของการเคลื่อนที่เสมอ ดังนั้นแรงนี้จึงเป็นแรงสู่ศูนย์กลาง (FC).ด้วย ดังนั้นไม่ว่า วัตถุอยู่ที่จุดใด ๆ แรงสู่ศูนย์กลางจะเท่าเดิมเสมอ หาได้จาก

 

เกิดอะไรขึ้น ถ้า...

...รถวิ่งช้า ๆ?

...รถวิ่งด้วยความเร็วพอดี?

...รถวิ่งด้วยความเร็วสูง?

sideslow.gif (2042 bytes)

sidenuff.gif (2113 bytes)

sidefast.gif (2083 bytes)

ถ้ารถวิ่งด้วยความเร็วต่ำ ๆ     แรงปฏิกิริยาในแนวตั้งฉาก (FN) มีขนาดไม่เพียงพอเพื่อที่จะให้วัตถุสมดุล  เนื่องจาก แรงเสียดทานสถิตย์ (fsmax) กับแรงเนื่องจากน้ำหนัก (w)        จะทำให้รถลื่นไถลลงข้างล่าง ...it  fall!

       ่ไม่ครบรอบถ้า fsmax < w

ถ้ารถวิ่งด้วยความเร็วพอดี     แรงปฏิกิริยาในแนวตั้งฉาก (FN) มีขนาดเพียงพอเพื่อที่จะให้   วัตถุสมดุลเนื่องจาก แรงเสียดทานสถิตย์ (fsmax) กับแรงเนื่องจากน้ำหนัก (w)        จะทำให้รถเคลื่อนที่ครบวงได้ 

    ครบรอบถ้า fsmax = w

ถ้ารถวิ่งด้วยความเร็วมาก ๆ     แรงปฏิกิริยาในแนวตั้งฉาก (FN) มีขนาดมากพอเพื่อที่จะให้   วัตถุสมดุลเนื่องจาก แรงเสียดทานสถิตย์ (fsmax) กับแรงเนื่องจากน้ำหนัก (w)        จะทำให้รถเคลื่อนที่เป็นวงกลมได้

      ครบรอบถ้า fsmax > w

การเคลื่อนที่แบบอื่น ๆ



ขอบคุณที่ท่านให้ความสนใจฟิสิกส์...ครับ

ประเจียด ปฐมภาค     ผู้จัดทำ

ทดลองไม่ได้ให้  Download    Download จากฟิสิกส์ราชมงคล ได้เลยขนาด 8 MB            และ  QuickTime 7. Get a sneak peek.  ไป  setup  ที่เครื่องก่อนจึงจะเล่นได้ครับ

วีดีโอการเรียนการสอน

มอเตอร์ไซด์ในลูกกรงเหล็ก

    นักบิดมอเตอร์ไซด์ต้องการทำลายสถิติโลก  โดยการขับมอเตอร์ในลูกกลมเหล็กเส้นผ่าศูนย์กลาง เมตร ว่าจะเข้าไปขับได้มากที่สุดกี่คัน

คำถาม

    ความเร็วของรถมอเตอร์ไซด์  เพื่อให้คนขับวกขึ้นไปถึงจุดบนสุด ของลูกกรงเหล็กได้

  1. 22  กม./ ชม.
  2. 42  กม./ ชม.
  3. 62  กม./ ชม.

     คำตอบคืออะไร   ขนาด 3.8 MB 

 

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

เรื่องการทดลองเสมือนจริง