Home
Education
Classroom
Knowledge
Blog
TV
ธรรมะ
กิจกรรม
โครงการทรูปลูกปัญญา

ลูกข่างกระดก (Tippe Top)

Posted By Ram Tiwari | 01 ธ.ค. 60
3,470 Views

  Favorite

ลูกข่างกระดก (Tippe Top หรือ Thomson Top) มีความมหัศจรรย์กว่าลูกข่างทั่วไป รวมทั้งของเล่นทางวิทยาศาสตร์อื่น ๆ เนื่องจากการแสดงลีลาของลูกข่างชนิดนี้ย้อนแย้งกับธรรมชาติของแรงโน้มถ่วง โดยมันสามารถหมุนแล้วกระดกตั้งขึ้นมาเป็นเหตุให้ศูนย์กลางมวล (cm) มีตำแหน่งสูงขึ้นจากเดิม เป็นการยืนขึ้นต้านแรงดึงดูดของโลกและทำให้พลังงานศักย์สูงขึ้น ซึ่งเป็นการกระทำที่มหัศจรรย์ยิ่ง

 

ของเล่นชิ้นนี้เกิดจากความสนใจของ Sir William Thomson (ต่อมาเปลี่ยนชื่อเป็นลอร์ด เคลวิน) และ Hugh Blackburn ที่นำหินรูปทรงไข่จากชายหาดมาหมุนเล่นและได้พบความมหัศจรรย์ของมัน ทำให้ ลอร์ด เคลวิน สนใจศึกษาปัญหานี้ในประเด็นการเคลื่อนที่สูงขึ้นของศูนย์กลางมวลของก้อนหินรูปทรงไข่ ซึ่งต่อมาพบว่าแม้กระทั่งหินศิวลึงค์จากแม่น้ำนัรมาฎา (Narmada) ที่เป็นบ่อเกิดของพระศิวะเทวศักดิ์สิทธิ์จากประเทศอินเดีย ก็หมุนแล้วตั้งได้เช่นกัน

 

ต่อมา J.H. Jellett ศึกษาปัญหานี้โดยทดลองใช้ไข่หมุนก็ ได้ผลแบบเดียวกันคือเมื่อหมุนไข่รอบแกนรอง (minor axis) ของวงรี ไข่จะค่อย ๆตั้งขึ้นแล้วหมุนรอบแกนหลัก (major axis) ของวงรีได้ ซึ่งต่อมามีการพัฒนามาสร้างลูกข่างกระดกหรือ Tippe Top ในรูปแบบปัจจุบัน ลูกข่างชนิดนี้จึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว่าลูกข่างของ Thomson

ภาพ : Ram Tiwari

 

ภาพ : Ram Tiwari
ภาพ : Ram Tiwari
ภาพ : Ram Tiwari
ภาพ : Ram Tiwari

แล้วมันแสดงวิทยากลแบบนั้นได้อย่างไร

 

เมื่อนำเชือกพันลูกข่างทั่วไปแล้วโยน จะเป็นการออกแรงโดยแรงตึงเชือกที่คลายตัวจากการพันลูกข่างแล้วปั่นให้ลูกข่างหมุน เมื่อลูกข่างหมุนจะทำให้ตั้งตัวอยู่ในแนวดิ่งได้ ในขณะเดียวกันก็ควงรอบแกนหมุนในแนวดิ่ง เรียกว่า การหมุนแบบไจโรสโคป (gyroscope)

 

ขณะที่แรงดึงในเส้นเชือก  ปั่นให้ลูกข่างหมุน จะเกิดทอร์ก ( ) และ นี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเชิงมุมจึงทำให้ลูกข่างทั่วไปหมุนแล้วตั้งได้พร้อมทั้งควงได้

 

ทั้งนี้ สำหรับลูกข่างกระดกหลักการที่มหัศจรรย์ในการแสดงกายกรรมคือ เมื่อหมุนโดยนำดอกเห็ดหงายขึ้นจับตรงก้านแล้วหมุน ลูกข่างจะค่อย ๆ เอียงแล้วท้ายสุดก้านเห็ดจะจิ้มลงและดอกเห็ดจะชูขึ้นด้านบน เป็นผลของแรงเสียดทานที่พื้นกระทำกับดอกเห็ดของลูกข่าง จากการทดลองถ้าพื้นลื่น มีแรงเสียดทานไม่พอ ลูกข่างจะกระดกไม่ขึ้น รวมทั้งรูปทรงกลมมนเป็นรูปไข่ก็เป็นตัวแสดงร่วมที่ทำให้ลูกข่างกระดกขึ้น

ภาพ : Ram Tiwari

 

แรงเสียดทานทั่วไปจะมีค่าดังนี้

= µ            Newton

= แรงเสียดทาน
µ = สัมประสิทธิ์ความเสียดทานระหว่างผิวสัมผัส

= แรงปฏิกิริยาตั้งฉากที่พื้นกระทำต่อวัตถุ

ส่วนงาน ( work : W ) จะมีค่าเท่ากับ

W = .                       Joule
เมื่อ = การกระจัดจากการเคลื่อนที่

และจากกฎการอนุรักษ์ของพลังงานจะได้ว่า งานของแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจะทำให้พลังงานศักย์ของลูกข่างกระดกเพิ่มขึ้น ตามสมการ

 

และนี่คือหัวใจสำคัญที่ทำให้ลูกข่างกระดกแสดงวิทยากล โดยการกระดกให้ศูนย์ถ่วงสูงขึ้น ทำให้พลังงานศักย์เพิ่มขึ้น และเป็นเหตุการณ์ที่มหัศจรรย์ที่แรงเสียดทานทำงานให้เพิ่มพลังงานศักย์ ในขณะที่ปกติทั่วไป แรงเสียดทานจะทำให้สูญเสียพลังงานทั้งสิ้น

 

 

เว็บไซต์ทรูปลูกปัญญาดอทคอมเป็นเพียงผู้ให้บริการพื้นที่เผยแพร่ความรู้เพื่อประโยชน์ของสังคม ข้อความและรูปภาพที่ปรากฏในบทความเป็นการเผยแพร่โดยผู้ใช้งาน หากพบเห็นข้อความและรูปภาพที่ไม่เหมาะสมหรือละเมิดลิขสิทธิ์ กรุณาแจ้งผู้ดูแลระบบเพื่อดำเนินการต่อไป
Tags
  • Posted By
  • Ram Tiwari
  • 1 Followers
  • Follow