Home
Education
Classroom
Knowledge
Blog
TV
ธรรมะ
กิจกรรม
โครงการทรูปลูกปัญญา

พลศาสตร์ของไหลกับกลลูกโป่งลอย

Posted By Ram Tiwari | 07 ธ.ค. 61
3,310 Views

  Favorite

เมื่อนำลูกบอลพลาสติกเบาหรือลูกโป่งใส่น้ำเล็กน้อยเป่าด้วยเครื่องเป่าลม (Blower) ลูกบอลและลูกโป่งจะลอยได้ แต่นั่นยังไม่อัศจรรย์ สิ่งที่แปลกคือ ถ้าหมุนตัวไปรอบ ๆ หรือเดินออกไปขณะที่ยังเป่าลูกบอลหรือลูกโป่งอยู่ ผลที่เกิดขึ้นหลายคนอาจเดาว่าลูกบอลหรือลูกโป่งก็จะตก แต่ผลคือ ลูกโป่งยังลอยอยู่ ดังรูป

ภาพ : Ram Tiwari

 

ปริศนาคือ อะไรที่ประคองลูกทรงกลมไว้
ไม่ว่าลูกบอลหรือลูกโป่งจะเคลื่อนที่ไปทางไหนในอากาศ

 

เมื่อนำลูกโป่งใส่น้ำเล็กน้อยเพื่อถ่วงไม่ให้ลูกโป่งลอยออกไปเนื่องจากเบาเกินไป  เป่าด้วย Blower แล้วลอยขึ้นไปได้นั้น เพราะแรงลมที่เป่าสมดุลกับน้ำหนักของลูกโป่ง แต่ลูกโป่งมีการสั่นหรือเต้นได้กับสามารถเลี้ยงให้ลูกโป่งหมุนไปรอบ ๆ ตัวหรือเคลื่อนที่ไปได้  ดังรูป

ภาพ : Ram Tiwari

 

ตามหลักของพลศาสตร์ของของไหลที่เป็นของไหลอุดมคติ (Ideal  Fluid) จะมีสมบัติการไหลอย่างสม่ำเสมอโดยไม่มีการหมุน ไม่คิดแรงต้านเนื่องจากความหนืด และไม่สามารถอัดได้ จะมีสมการแบร์นูลลี  (Bernoulli’s  equation)  ซึ่งกล่าวว่า “ผลรวมของความดันกับความหนาแน่นของพลังงาน ณ ตำแหน่งใด ๆ ในเส้นกระแส (Streamline) มีค่าคงตัว” มีสมการคือ

 

จากสมการที่ (1) จะเห็นได้ว่าถ้าอากาศไหลด้วยความเร็ว v ใด ๆ เทียบกับอากาศนิ่ง  คือ  v = 0  ณ ตำแหน่งเดียว ความดันบริเวณอากาศนิ่งมีค่ามากกว่าบริเวณที่อากาศไหลด้วยความเร็ว v  พิจารณาจากรูปจะได้

 

ภาพ : Ram Tiwari

 

เมื่อเป่า blower หากเส้นกระแสอากาศบริเวณที่ มีความเร็วมากกว่า เนื่องจากกระแสอากาศไม่สม่ำเสมอในจังหวะหนึ่งจึงทำให้ที่ตำแหน่ง h1 = h2 = h จะมีผลต่างของความดันอากาศเกิดขึ้นจากสมการ (2)

 

จากสมการ (3) F2 มากกว่า F1 จะดันให้ลูกโป่งเต้นไปทางขวา ทันใดนั้นอากาศบริเวณที่  จะเร็วกว่าบริเวณที่  จะทำให้ F1 มากกว่า F2 ผลักให้ลูกโป่งเต้นไปทางซ้าย เป็นการเต้น ซ้าย – ขวา สลับกันไป และนี่คือเหตุผลว่า ทำไมลูกโป่งเต้นได้ ส่วนในกรณีที่เทียบในบริเวณที่เส้นกระแสอากาศจาก blower กับนอกเส้นกระแสอากาศ บริเวณภายนอกเส้นกระแสอากาศ ความเร็วของอากาศประมาณเท่ากับศูนย์ทำให้ความดันภายนอกมากกว่าภายในกระแสอากาศ จึงมีแรง F1 และ F2 เกิดจากความดันบรรยากาศตามรูปทำหน้าที่ประคองลูกโป่งเหมือนกับมือที่จับให้เคลื่อนที่ไปตามโพรงอากาศที่เกิดจากกระแสอากาศ

 

และนี่คือคำตอบของการเคลื่อนที่ของลูกโป่ง

 

 

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