การหมุน

ตัวอย่าง   รูป  a   เป็นรูปนักศึกษานั่งอยู่บนเก้าอี้หมุน    ตอนแรกนักศึกษานั่งนิ่งอยู่ กำลังถือล้อจักรยานที่กำลังหมุนอยู่  ให้ล้อจักรยานมีโมเมนต์ความเฉื่อย  I_wh  รอบแกนกลางเท่ากับ  1.2  kg.m²  และหมุนด้วยความเร็วเชิงมุม w_wh = 3.9  รอบต่อวินาที  เป็นการหมุนแบบทวนเข็มนาฬิกา     เพราะแกนของล้อตั้งอยู่ในแนวดิ่ง  ดังนั้น  โมเมนตัมเชิงมุม  L_wh  จึงมีทิศชี้ขึ้นข้างบน  ถ้านักศึกษากลับทิศทางการหมุนของล้อดังรูป  b   โมเมนตัมเชิงมุมจะกลับทิศทางชี้ลงข้างล่าง  -L_wh ผลของการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเชิงมุมมีค่าเท่ากับ 2 L_whทำให้เกิดแรงบิดบนเก้าอี้หมุนขึ้น  หมุนเก้าอี้ด้วยความเร็วเชิงมุม  w_b  จงหาขนาดของความเร็วเชิงมุมนี้  กำหนดให้  โมเมนต์ความเฉื่อยรอบแกนหมุนรวมทั้งหมด  I_b 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