ไจโรทำงานอย่างไร การหมุน
ภาพประจำสัปดาห์
ไจโรทำงานอย่างไร
ไจโรสโคปเป็นอุปกรณ์ที่น่าพิศวงงงงวยเป็นอย่างยิ่ง เพราะการหมุนของมันค่อนข้างแปลก และคล้ายกับว่า มันท้าท้ายกับแรงโน้มถ่วงได้ คุณสมบัติอันพิเศษนี้ สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ตั้งแต่รถจักรยาน จนถึงยานขนส่งอวกาศ เครื่องบินโดยสารทุกประเภทมีไจโรสโคป ไว้สำหรับทำเป็นเข็มทิศ และระบบนำร่องอัตโนมัติ สถานีอวกาศ Mir ของรัสเซีย ใช้ไจโรสโคปจำนวน 11 อัน เพื่อบังคับให้แผงโซลาร์เซลล์หันไปในทิศทางเดียวกับดวงอาทิตย์ตลอดเวลา การหมุนแบบไจโร จะเกิดกับมวลทุกชนิดในโลกที่มีการหมุน ฟิสิกส์ราชมงคลจะไขปริศนานี้ให้ โดยจะโยงให้คุณได้ทราบเหตุและผลที่เกิดจากการหมุนแบบนี้ ซึ่งจะทำให้คุณยิ่งมหัศจรรย์เพิ่มขึ้นไปอีก เพราะการประยุกต์ของไจโรมีมากมายนับไม่ถ้วน ทั้งๆที่ความรู้พื้นฐานนั้น ง่ายแสนจะง่าย
กดที่รูปภาพหรือที่นี่ เพื่อดูวีดีโอการควงของล้อจักรยาน เป็นเวลา 30 วินาที (ขนาด 1.7 MB) กดที่นี่เพื่อดูรายละเอียดทั้งหมด
เมื่อแมวตกลงจากที่สูง มันมีความสามารถที่จะลงบนพื้นโดยใช้เท้าได้ ทั้งๆที่ตอนเริ่มต้นตกมันหงายท้องเก๋งลงมา การถ่ายภาพความเร็วสูงเป็นช๊อตๆในปัจจุบันช่วยให้เราเห็นขั้นตอนต่างๆขณะที่แมวกำลังตกลงมาได้
อ่านต่อครับ
| ตัวอย่าง รูป a เป็นรูปนักศึกษานั่งอยู่บนเก้าอี้หมุน ตอนแรกนักศึกษานั่งนิ่งอยู่ กำลังถือล้อจักรยานที่กำลังหมุนอยู่ ให้ล้อจักรยานมีโมเมนต์ความเฉื่อย Iwh รอบแกนกลางเท่ากับ 1.2 kg.m2 และหมุนด้วยความเร็วเชิงมุม wwh = 3.9 รอบต่อวินาที เป็นการหมุนแบบทวนเข็มนาฬิกา เพราะแกนของล้อตั้งอยู่ในแนวดิ่ง ดังนั้น โมเมนตัมเชิงมุม Lwh จึงมีทิศชี้ขึ้นข้างบน ถ้านักศึกษากลับทิศทางการหมุนของล้อดังรูป b โมเมนตัมเชิงมุมจะกลับทิศทางชี้ลงข้างล่าง -Lwh ผลของการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเชิงมุมมีค่าเท่ากับ 2 Lwhทำให้เกิดแรงบิดบนเก้าอี้หมุนขึ้น หมุนเก้าอี้ด้วยความเร็วเชิงมุม wb จงหาขนาดของความเร็วเชิงมุมนี้ กำหนดให้ โมเมนต์ความเฉื่อยรอบแกนหมุนรวมทั้งหมด Ib เท่ากับ 6.8 kg.m2 เฉลย | |
| การทดลองเสมือนจริง การทดลองนี้เป็นการหาโมเมนต์ความเฉื่อยโดยการหมุนมวล คุณสามารถวางมวลบนกลางโต๊ะ หรือมุมของโต๊ะก็ย่อมได้ และทำการทดลองหาความเร่งของระบบ เมื่อได้ความเร่งแล้ว นำไปหาโมเมนต์ความเฉื่อยได้จากสูตร m = มวลที่ใช้แขวนในระบบ R = คือรัศมีของโต๊ะหมุน ในห้องทดลองเสมือนจริงนี้ R = 0.25 เมตร เมื่อคำนวณหาโมเมนต์ความเฉื่อยได้แล้ว ให้นำค่า 0.03 kg.m2 ซึ่งก็คือโมเมนต์ความเฉื่อยของโต๊ะ ลบออก ค่าที่ได้ก็คือโมเมนต์ความเฉื่อยของมวลที่นำไปหมุน ถ้าทดลองไม่ได้ต้อง download Shock wave Player กดที่รูปภาพหรือที่นี่เพื่อเข้าสู่การทดลอง
การทดลองเสมือนจริง | กดปุ่ม stop เพื่อหยุด และปุ่ม play ดูการหมุนต่อ สังเกตทิศทางของทอร์ก และ โมเมนตัมเชิงมุม ตอบคำถามต่อไปนี้ -
ทำไมทิศทางของทอร์กและโมเมนตัมเชิงมุมจึงตั้งฉากกัน -
ทอร์กมาจากแรงส่วนใด -
ทำไมลูกข่างไม่ล้ม อ่านบทความสถียรภาพของลูกข่าง คลิกค่ะ
แผ่นใสการเรียนการสอน | | แผ่นใสแสดงการหมุน ของวัตถุแบบต่างๆ มีการอธิบายความหมายของทอร์ก โมเมนตัมเชิงมุม และสุดท้ายเป็นความมหัศจรรย์ของลูกข่าง แผ่นใสนี้ มีจำนวน 21 แผ่น นำมาจาก ฟิสิกส์การ์ตูน ของ อ.สุวิทย์ ชวเดช คลิกค่ะ | | | แผ่นใสเรื่องการเคลื่อนที่แบบการหมุน ภายในประกอบด้วยนิยามของการขจัดเชิงมุม ความเร็วเชิงมุม ความเร่งเชิงมุม ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเชิงมุมและเชิงเส้น และเทคนิคการแก้ปัญหาโจทย์ เป็นแผ่นใสของภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ จำนวน 24 แผ่น คลิกครับ | | | Torques แรงบิด สมดุล การทรงตัว จุดศูนย์กลางมวล การหมุน ความเร็วเชิงมุม ความเร่งเชิงมุม ความสัมพันธ์ระหว่างการหมุน และ การเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง โมเมนต์ความเฉื่อย และอื่นๆอีกมากมาย ของ ผศ. ดร. สถาพร ลักษณะเจริญ จำนวน 47 แผ่น คลิกค่ะ | | | การทดลองเรื่อง การเคลื่อนที่ของวัตถุแข็งเกร็ง นิยามของวัตถุแข็งเกร็ง โมเมนตัมเชิงมุม พลังงานจลน์การหมุนของอนุภาค โมเมนต์ความเฉื่อย ทอร์ก ความเร่งเชิงมุม วัตถุเนื้อเอกพันธ์ วัตถุทรงกระบอกกลวง การคำนวณ ผลการทดลอง และตารางผลการทดลอง มีภาพเคลื่อนไหวและการทดลองเสมือนจริง ประกอบ จำนวน 37 แผ่น คลิกค่ะ คลิกเข้าสูี่การทดลองเสมือนจริง | | สารบัญกระดานฟิสิกส์ราชมงคล | a ) ยานอวกาศในอุดมคติประกอบด้วยล้อขนาดใหญ่ ถ้าล้อขนาดใหญ่หมุนตามเข็มนาฬิกาดังรูป ยานอวกาศก็จะหมุนทวนเข็มนาฬิกา b) ถ้าเบรกล้อให้หยุดหมุน ยานอวกาศก็จะหยุดหมุนด้วยเหตุผลนั้นเป็นเพราะ เฉลย การปรับแต่งตำแหน่งของยานอวกาศ โดยอาศัยหลักการของโมเมนตัมเชิงมุม เพราะว่า ยานอากาศกับล้อขนาดใหญ่ เป็นระบบอิสระ ไม่มีแรงหรือแรงบิดภายนอกมากระทำกับระบบ เพราะฉะนั้นโมเมนตัมเชิงมุมรวมของระบบจึงเป็นศูนย์ ทั้งยานอวกาศและล้อจึงไม่หมุน แต่เมื่อต้องการจะเปลี่ยนตำแหน่งหรือมุมของยานอวกาศ ก็บังคับมอเตอร์ไปหมุนล้อดังรูป a ซึ่งจะทำให้ยานอวกาศหมุนในทิศตรงกันข้าม เพื่อให้โมเมนตัมเชิงมุมรวมของระบบรวมยังคงเป็นศูนย์ แต่เมื่อ ล้อหยุดหมุน ดังรูป b ยานอวกาศก็จะหยุดหมุนด้วย สำหรับยานอวกาศวอยเยอร์เจอร์ 2 ซึ่งขึ้นไปสำรวจดาวเคราะห์ยูเรนัส ตั้งแต่ปี 1986 ต้องคำนึงถึงการหมุนชองล้อด้วย ซึ่งเกิดมาจากการหมุนของเทปในตลับ เพราะจะทำให้ยานอากาศเปลี่ยนมุมได้ เพื่อจะทำให้ยานอวกาศมุ่งไปในทิศทางที่ถูกต้อง ยานอวกาศจะต้องมีแรงขับจากแก๊สของตัวยานอวกาศเอง ที่จะคอยปรับแต่งผลของการหมุนที่เกิดจากเทปบันทึกภายในที่อยู่ในตัวยานด้วย
ดาวเทียมชี้ไปในทิศทางเดียว ดาวเทียมบางดวงใช้หลักการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม เพื่อปรับตำแหน่งของดาวเทียมในอวกาศ ดังรูป ภายในดาวเทียมจะประกอบด้วยล้อ 3 อัน ตั้งฉากซึ่งกันและกัน แต่ละอันมีมอเตอร์และเบรกไว้สำหรับควบคุมการหมุน เมื่อล้อเริ่มหมุน ดาวเทียมจะเริ่มหมุนเช่นกันแต่ไปในทิศตรงกันข้ามกับล้อ หลังจากที่อยู่ในตำแหน่งที่ต้องการ ก็บังคับให้ล้อหยุดหมุน ดาวเทียมก็จะหยุดหมุนตามไปด้วย เมื่อใช้วิธีนี้เราสามารถที่จะบังคับทิศทางของดาวเทียมได้โดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงหรือพลังงานมากมายนัก รูปบน ขณะที่ดาวเทียมโคจรอยู่รอบโลก ตำแหน่งของแผงโซลาร์ อาจจะไม่ตรงกับแสงอาทิตย์ ดังนั้นจึงต้องมีการปรับแต่งตำแหน่งของดาวเทียมเสมอ เพื่อให้พลังงานแสงที่ตกลงบนแผงโซลาร์มากที่สุด
ที่มา : https://www.sahavicha.com/?name=knowledge&file=readknowledge&id=818 | | | | | | |