Home
Education
Classroom
Knowledge
Blog
TV
ธรรมะ
กิจกรรม
โครงการทรูปลูกปัญญา

โมเมนตัมเชิงมุมของการเต้นบัลเลต์

Posted By Thananthorn | 08 มิ.ย. 64
14,067 Views

  Favorite

การเต้นบัลเลต์ซึ่งเป็นศิลปะการแสดงชั้นสูงแขนงหนึ่งนั้นมีหลักการทางฟิสิกส์ซ่อนอยู่เพื่อช่วยในการทรงตัวของนักบัลเลต์ ให้สามารถหมุนตัวได้ท่วงท่าที่สง่างามเข้ากับจังหวะของดนตรีประกอบ ซึ่งถ้าสังเกตการเคลื่อนไหวของนักเต้นบัลเลต์ขณะที่หมุนตัว ผู้เต้นจะมีการจัดระเบียบร่างกาย ตั้งแต่ศีรษะจรดปลายเท้า แต่ที่น่าสนใจอีกส่วนหนึ่งคือการกางแขนออก และการเก็บแขนให้อยู่ใกล้ตัว นั่นเป็นส่วนที่วิทยาศาสตร์สามารถอธิบายได้ ตามหลักการของกฎอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม

ภาพ : Shutterstock

 

โมเมนตัม เป็นปริมาณทางฟิสิกส์ชนิดหนึ่ง ซึ่งหมายถึงสภาพของการเคลื่อนที่ของวัตถุ ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็นโมเมนตัมเชิงเส้น และโมเมนตัมเชิงมุม

 

โมเมนตัมเชิงเส้น จะแสดงถึงสภาพการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่แบบเชิงเส้น นั่นคือวัตถุจะมีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่ง ซึ่งต่างจากโมเมนตัมเชิงมุมที่จะพิจารณาการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ซึ่งเป็นเชิงมุม หรือการหมุน โดยที่วัตถุอาจมีการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นไปด้วยหรือไม่ก็ได้ ยกตัวอย่างเช่น ลูกข่าง กังหันลม ชิงช้าสวรรค์  การหมุนของล้อรถ เป็นต้น ล้วนแล้วแต่เกี่ยวข้องกับโมเมนตัมเชิงมุมทั้งสิ้น

ภาพ : Shutterstock

 

โดยที่โมเมนตัมเชิงมุมจะอยู่ในสภาวะสมดุล เมื่อการเคลื่อนที่แบบหมุนนั้นไม่มีแรงภายนอกซึ่งไม่ผ่านจุดศูนย์กลางมวล (ทอร์ก Torque: τ) มากระทำ สมการของแรงดังกล่าวคือ

τ = Iα

เมื่อ I คือ โมเมนต์ความเฉื่อยเชิงมุมของวัตถุ เป็นค่าคงที่ของวัตถุแข็งเกร็งนั้น ๆ ซึ่งแปรผันตรงกับมวลและรัศมีของวัตถุ หรือ I∝mr^2
และ α คือ ความเร่งเชิงมุมของวัตถุ

 

และเมื่อ τ = 0 แล้ว หมายความว่า ไม่มีแรงภายนอกมากระทำ แสดงว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเชิงมุมของวัตถุ ดังนั้น โมเมนตัมเชิงมุมจึงคงที่ถึงแม้จะมีการเปลี่ยนแปลงความเฉื่อยของการหมุน ส่วนอัตราเร็วเชิงมุมของการหมุนมีการเปลี่ยนแปลง ดังสมการ
       L1 = L2     -------------------------------------------------- (1)
ซึ่ง    L = Iω    -------------------------------------------------- (2)

เมื่อ L คือ โมเมนตัมเชิงมุม     
และ ω คือ อัตราเร็วเชิงมุม

 

จึงได้ว่า
I1 ω1=I2 ω2     ----------------------------------------------------------------(3)

และ ในกรณีของความเฉื่อยของการหมุน คือ
I=kMr2             ----------------------------------------------------------------(4)

เมื่อ     k คือ ค่าคงที่ใด ๆ ขึ้นกับรูปร่างของวัตถุ
         M คือ มวลของวัตถุ ในกรณีที่เป็นนักบัลเลต์ที่กางแขนและเก็บแขน สามารถพิจารณาได้ว่ามวลนี้คงที่
          r คือ รัศมีของการหมุน ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงตามลักษณะการกางแขนของนักเต้นบัลเลต์

 

จากสมการ (3) และ (4) จึงได้ว่า
kMr12 ω1=kMr22 ω2
     r12 ω1=r22 ω2
หรือ               ω2=(r1/r2 )2 ω1

ภาพ : Shutterstock

 

แสดงว่า อัตราเร็วเชิงมุมการหมุนของนักเต้นบัลเลต์จึงขึ้นอยู่กับรัศมีของแขนที่กางออกมา กล่าวคือ เมื่อกางแขนออกห่างจากตัวจะทำให้มีความเฉื่อยของการหมุนมาก ทำให้ต้องรักษาโมเมนตัมของการหมุน จึงต้องลดอัตราเร็วเชิงมุมให้น้อยลง ร่างกายของนักเต้นบัลเลต์จึงหมุนช้า แต่เมื่อเก็บแขนให้ใกล้ตัว ทำให้ความเฉื่อยของการหมุนน้อยลง ดังนั้นเพื่อรักษาปริมาณของโมเมนตัมให้คงเดิม จึงต้องเพิ่มอัตราเร็วเชิงมุมให้มากขึ้น ร่างกายของนักเต้นบัลเลต์ก็จะหมุนเร็วขึ้น โดยไม่ต้องมีแรงภายนอกเข้าไปกระทำ

 

ดังนั้นการกางแขนหรือเก็บแขนจึงเป็นการช่วยควบคุมอัตราเร็วในการหมุนตัว ให้เข้ากับจังหวะ ประกอบดนตรีช้าเร็ว เมื่อต้องการหมุนตัวให้เร็วขึ้นนักเต้นบัลเลต์จะหุบแขนและขาให้แนบเข้ากับร่างกายให้ได้มากที่สุด ในขณะที่เมื่อต้องการให้การหมุนช้าลงหรือหยุดหมุนนักเต้นจะกางขาและแขนออกให้ห่างจากร่างกายมากที่สุดแทน และนอกจากนักเต้นบัลเลต์แล้ว ยังมีกีฬาชนิดอื่นนั่นคือ เสก็ตน้ำแข็งลีลา ที่อาศัยหลักการของโมเมนตัมเชิงมุมนี้เข้ามามีส่วนในการทรงตัว และควบคุมการเคลื่อนที่ให้อยู่ในสภาวะสมดุลได้

ภาพ : Shutterstock

 

จะเห็นว่าปรากฎการณ์ต่าง ๆ ในชีวิตจริงล้วนแต่สามารถหาเหตุผลทางวิทยาศาสตร์มาอธิบายและให้คำตอบอย่างเป็นเหตุเป็นผล ซึ่งยังมีอีกหลาย ๆ เรื่องที่รอให้เราคนพบและทำความเข้าใจต่อไป

 

 

เว็บไซต์ทรูปลูกปัญญาดอทคอมเป็นเพียงผู้ให้บริการพื้นที่เผยแพร่ความรู้เพื่อประโยชน์ของสังคม ข้อความและรูปภาพที่ปรากฏในบทความเป็นการเผยแพร่โดยผู้ใช้งาน หากพบเห็นข้อความและรูปภาพที่ไม่เหมาะสมหรือละเมิดลิขสิทธิ์ กรุณาแจ้งผู้ดูแลระบบเพื่อดำเนินการต่อไป
Tags
  • Posted By
  • Thananthorn
  • 4 Followers
  • Follow