Home
Education
Classroom
Knowledge
Blog
TV
ธรรมะ
กิจกรรม
โครงการทรูปลูกปัญญา

เฮลิคอปเตอร์ลูกโป่ง

Posted By Ram Tiwari | 18 ม.ค. 61
2,659 Views

  Favorite

ธรรมชาติเป็นสถาปนิกผู้ออกแบบและพัฒนาสิ่งต่าง ๆ โดยผ่านกระบวนการคัดเลือกอย่างชาญฉลาด เราเห็นลูกยางชนิดต่าง ๆ มีใบปีกที่บิดเป็นมุม ทำให้ลูกยางที่ร่วงหล่นจากต้นหมุนและตกช้าลง เพื่อที่ลมจะได้พัดพาไปตกไกลต้นและกำเนิดเป็นต้นใหม่ หลีกเลี่ยงวลีที่ว่าลูกไม้หล่นไม่ไกลต้น เนื่องจากต้นยางมีขนาดใหญ่ ถ้าลูกยางหล่นใกล้ต้นเดิม มันจะงอกเป็นต้นใหม่ได้ยากและมีปัญหาขาดแสงแดดกับสารอาหารจากดินและน้ำได้ ซึ่งมนุษย์ได้นำธรรมชาติมาใช้เป็นบทเรียนและแรงบันดาลใจในการสร้างของเล่น ของใช้ รวมทั้งพัฒนาเทคโนโลยีในระดับต่าง ๆ

ภาพ : Ram Tiwari

 

ภาพ : Ram Tiwari

 

ลูกโป่งเป็นของเล่นที่เราทุกคนเคยสนุกกับมันในวัยเด็ก มีวิธีสัมผัสความสุขที่ได้รับจากลูกโป่งหลากหลายแบบ ไม่ว่าจะเป่าแล้วบิดเป็นรูปต่าง ๆ ลูกโป่งสวรรค์ และอื่น ๆ

ภาพ : Ram Tiwari

 

ภาพ : Ram Tiwari


ถ้าเป่าลูกโป่งด้วยปากเราจะสัมผัสได้ถึงความยากลำบากของการเป่าให้มันโป่งออกมา บางคนจะเป่าไม่ออก เหตุผลที่เป็นเช่นนั้นเพราะรอบตัวเรามีอากาศที่มีความดันบรรยากาศประมาณหนึ่งแสนปาสคาล (pascal) บวกกับการเป่าลูกโป่งออกต้องต่อสู้กับความยืดหยุ่นของยางที่ใช้ทำลูกโป่งนั้น หมายความว่าเมื่อเราเป่าลูกโป่งออกไปได้ ความดันของอากาศในลูกโป่งต้องมีความดันสูง และนั่นคือเหตุผลว่า ทำไมเมื่อลูกโป่งแตกจึงทำให้เกิดเสียงดังมาก เสียงที่ดังนั้นเกิดจากคลื่นกระแทก (Shock Wave) จากการที่ความดันในลูกโป่งแผ่ออกมาทันทีทันใด

 

เมื่อเป่าลูกโป่งแล้วจับปากลูกโป่งปล่อยออกไปลูกโป่งจะเคลื่อนที่แบบไร้ทิศทาง เนื่องจากปากลูกโป่งถูกสะบัดไปในทิศทางต่าง ๆ แล้วพ่นลมออกมาเป็นแรงกิริยา (Action) ลมที่ถูกพ่นออกมาจะออกแรงปฏิกิริยา (Reaction) กระทำต่อลูกโป่ง ทำให้ลูกโป่งเคลื่อนที่ออกไปในทิศทางตรงข้ามตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน เป็นหลักการเคลื่อนที่ของจรวดลูกโป่ง

ภาพ : Ram Tiwari

 

ภาพ : Ram Tiwari

 

ภาพ : Ram Tiwari

 

ปกติการเคลื่อนที่ของจรวดลูกโป่ง ถึงจะมีเชือกนำก็จะมีการสะบัดแล้วทำให้เกิดการหมุนรอบเชือกที่วิ่งไปด้วย ทำให้สูญเสียพลังงานไปจึงวิ่งไปได้ไม่ไกล ความมหัศจรรย์ของของเล่นเฮลิคอปเตอร์ลูกโป่ง คือ การนำเอาความเด่นของลูกยางมาประยุกต์ทำให้ใบพัดหมุนและเคลื่อนที่ขึ้นในแนวดิ่งเป็นทิศทางที่แน่นนอน เป็นการเคลื่อนที่สวนทางกับลูกยางที่เคลื่อนที่ลง ซึ่งสามารถกำหนดเป้าหมายได้

 

มันเป็นเช่นนั้นได้อย่างไร

 

ภาพ : Ram Tiwari

 

เมื่อประกอบแกนกลางเข้ากับใบพัดสามใบแล้วนำท่อติดกับลูกโป่ง เป่าลูกโป่งออกแล้วประกบท่อนี้กับแกนกลางของเฮลิคอปเตอร์ โดยให้ลูกโป่งอยู่ด้านล่าง ปากลูกโป่งซึ่งประกบกับใบพัดอยู่ด้านบนแล้วปล่อยจะมีการเคลื่อนที่ ดังรูป

ภาพ : Ram Tiwari

 

ภาพ : Ram Tiwari

 

ความมหัศจรรย์ คือ ถ้าเป็นลูกโป่งที่เป่าแล้วอย่างเดียวเมื่อปล่อยท่าเดียวกันคือ นำลูกโป่งลงด้านล่าง ปากอยู่ด้านบน ในตอนแรกลูกโป่งจะเคลื่อนที่ลงแล้วเมื่อปากสะบัดไปทางอื่นก็จะเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ แต่สำหรับเฮลิคอปเตอร์ลูกโป่ง เมื่อนำลูกโป่งลงด้านล่างให้ใบพัดอยู่ด้านบนแล้วปล่อย แทนที่ลูกโป่งจะเคลื่อนที่ลงเหมือนเดิมกลับเคลื่อนที่ขึ้นไปในแนวดิ่งโดยไม่สะบัดเหมือนเดิม มันมีหลักการเคลื่อนที่อย่างไร ขัดกับกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันหรือไม่? เราจะมาดูกัน !!

 

เมื่อสังเกตดูจะเห็นว่าลมที่พ่นออกจากลูกโป่งมี 2 ทาง ทางแรกคือ ด้านบนของแกนกลางทำให้เกิดเสียงเนื่องจากมีลิ้นและลมส่วนนี้น้อยมาก ทางที่สองคือ ลมส่วนใหญ่ออกทางท่อสามแยกที่ต่อกับใบพัด ส่งผ่านสันใบไปออกทางปากใบทั้งสาม ทำให้เกิดแรง Action แรง Reaction ที่ลมพ่นออกมาทางปากใบกระทำกับใบพัด จะทำให้ใบพัดหมุนในระนาบระดับรอบแกนกลางที่อยู่ในแนวดิ่ง น้ำหนักของลูกโป่งและอากาศในลูกโป่งเป็นตัวช่วยถ่วงไม่ให้สะบัด เมื่อใบพัดหมุนจะเห็นว่าระนาบของใบพัดเฉียงขึ้นตัดกับกระแสอากาศ แรงดันอากาศใต้ปีกที่กระทำตั้งฉากกับปีกจะมีองค์ประกอบของแรงในแนวดิ่งขึ้นไปเป็น  ที่ใบพัดทั้งสามใบ ดังรูป

ภาพ : Ram Tiwari

 

สมการการเคลื่อนที่ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตันคือ

 ……………….. ( 1 )

จากสมการที่ ( 1 ) a คือความเร่งของเฮลิคอปเตอร์ลูกโป่งที่เคลื่อนที่ขึ้นไปในแนวดิ่ง ดังนั้น การหมุนของใบพัดและการเคลื่อนที่ของเฮลิคอปเตอร์ลูกโป่งขึ้นไปในแนวดิ่งเป็นไปตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันทั้งสิ้น

 

 

ภาพปก : Ram Tiwari

 

 

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