Home
Education
Classroom
Knowledge
Blog
TV
ธรรมะ
กิจกรรม
โครงการทรูปลูกปัญญา

ตัววัดความเร่งภายในรถ

Posted By Ram Tiwari | 19 เม.ย. 61
3,489 Views

  Favorite

ในการย้ายตำแหน่งของวัตถุจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งมีรูปแบบและวิถีการเคลื่อนที่หลากหลายรูปแบบ สำหรับการเคลื่อนที่ในแนวตรงของรถยนต์จากหยุดนิ่ง รถออกตัวด้วยความเร่งจนกระทั่งมีความเร็วค่าหนึ่งแล้วอาจวิ่งด้วยความเร็วคงที่ ตลอดเวลาเข็มบอกอัตราเร็วจะบอกอัตราเร็วของรถในเวลาใด ๆ ที่หน้าปัดรถ แต่ความเร่งตอนออกตัวกับความหน่วงตอนหยุดไม่มีเครื่องมือในรถที่จะบอกได้ แล้วจะวัดได้อย่างไร ?

ภาพ : Pixabay

 

เมื่อนำลูกบอลผูกด้วยเชือกห้อยลงมาจากเพดานรถแล้วออกรถด้วยความเร่ง นอกจากตัวผู้นั่งในรถจะเซไปด้านหลัง ลูกบอลที่ห้อยอยู่ในแนวดิ่งจะเอียงไปจากแนวดิ่งไปทางด้านหลังรถเช่นกัน ดังรูป

ภาพ : ทรูปลูกปัญญา/Shutterstock

 

โดยทั่วไปจะได้ยินเหตุผลของการเซไปด้านหลังรถของผู้นั่งในรถขณะที่รถออกตัวไปข้างหน้าด้วยความเร่งว่าเพราะความเฉื่อย เหตุผลนี่จริงบางส่วนแต่ไม่ใช่ทั้งหมด ในความจริงปริมาณทางฟิสิกส์ที่บ่งถึงความเฉื่อยต่อการเคลื่อนที่คือมวล (mass: m) เป็นปริมาณสเกลาร์ (Scalar) คือไม่มีทิศทางมีแต่ขนาดมีหน่วยเป็นกิโลกรัม (Kg) ดังนั้น ไม่ว่ารถจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง ความหน่วงหรือความเร็วคงที่ มวลของคนนั่งยังคงเท่าเดิมจึงมี “ความเฉื่อย” เท่าเดิม แต่เหตุใดคนนั่งจึงหัวเซเฉพาะตอนที่รถเคลื่อนที่ด้วยความเร่งหรือความหน่วงเท่านั้น สาเหตุหลักคือ คนนั่งบนเบาะมีแรงเสียดทานที่เบาะกระทำต่อก้นคนนั่งทันทีที่รถเคลื่อนออกด้านล่างจึงเคลื่อนออกไปทันที แล้วแรงดึงจากด้านล่างกระทำผ่านแนวลำตัว ทำให้คนทั้งตัวเคลื่อนที่ไปกับรถด้วยความเร่ง หลักการนี้ชัดขึ้นเมื่อเราพิจารณาจากลูกตุ้มหรือลูกบอลที่ห้อยลงมาจากเพดานรถ ดังรูป

ภาพ : Ram Tiwari/Pixabay

 

แต่เมื่อรถเคลื่อนที่ด้วยความเร่งไปทางขวาลูกบอลจะเอียงไปทางหลังรถหรือไปทางซ้าย ดังรูป

ภาพ : Ram Tiwari/Pixabay

 

การเอียงของลูกบอลจากแนวดิ่งเป็นมุม θ ใด ๆ นั้นเป็นเครื่องมือบอกค่าความเร่งของรถได้ มันช่างอัศจรรย์ยิ่งนัก

ภาพ : Ram Tiwari

 

จากรูปเมื่อรถเคลื่อนที่ไปทางขวาด้วยความเร่ง a ปลายเชือกที่ตรึงหลังคารถที่จุด A จะเคลื่อนที่ไปกับรถทันที แต่ปลายเชือกที่มีลูกบอลมวล m แขวนอยู่จะเคลื่อนที่ไปได้ต้องมีแรงมากระทำ จึงต้องเอียงเพื่อทำให้เกิดแรงตึงในเส้นเชือก  ขณะที่เชือกเอียงทำมุม θ กับแนวดิ่ง  แรงตึงในเส้นเชือกมีทิศออกจากมวล m ไปตามเส้นเชือกเข้าหาจุด A ที่เป็นจุดแขวน เมื่อแยกแรงหาองค์ประกอบแนวราบกับแนวดิ่งจะได้ว่า

 

ลูกบอลสมดุลในแนวแกน Y เมื่อ θ คงตัว จากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งของนิวตันจะได้

 

Tsinθ  จะเป็นแรงที่ลูกบอลมวล m มีความเร่ง a ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 2 ของนิวตัน

จากสมการ (3) ; a คือความเร่งของระบบทั้งรถและลูกบอล ถ้าวัดมุม θ ได้ก็บอกค่าความเร่งของรถได้ เช่น

เมื่อ θ = 30 ํ จะได้ a = 9.81 tan30 ํ = 5.66 m/s2

เมื่อ θ = 45 ํ จะได้ a = 9.81 tan45 ํ = 9.81 m/s2   = g นั่นเอง

เมื่อ θ = 60 ํ จะได้ a = 9.81 tan60 ํ = 16.99 m/s2

ลูกบอลหรือตุ๊กตาที่ห้อยอยู่หน้ารถจึงเป็นเครื่องมือบอกความเร่งได้ตามสมการที่ (3)

 

 

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