การเคลื่อนที่เป็นวงกลม


เมื่อวัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลม วัตถุจะมีความเร่งเพราะทิศทางของความเร็วจะเปลี่ยนไปตลอดเวลา โดยทิศของความเร่งจะมีทิศเข้าหาจุดศูนย์กลางของวงกลม ทั้งนี้เป็นเพราะขณะที่วัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลมจะมีแรงลัพธ์ กระทำต่อวัตถุในทิศเข้าหาจุดศูนย์กลางของการเคลื่อนที่เสมอ เราเรียกแรงนี้ว่าแรงสู่ศูนย์กลาง (Cetripetal Force)

ตามรูปมวลผูกด้วยเชือกแล้วแกว่งมวลให้เคลื่อนที่เป็นวงกลมในแนวราบ เมื่อมองดูมวลจากด้านบน
โปรดพิจารณาดูภาพเคลื่อนไหวดี ๆ ขณะที่แกว่งมวล อะไรเกิดการเปลี่ยนแปลงบ้าง

lrlmlv.gif (16274 bytes)

lrsmlv.gif (13932 bytes)

  • มวลน้อย จะมีแรงสู่ศูนย์กลางน้อย (แสดงด้วยเวกเตอร์สีแดง เกิดจากแรงตึงในเส้นเชือก FT) ที่เท่ากับแรงที่เรากระทำต่อเชือก

lrlmsv.gif (23137 bytes)

srlmlv.gif (14927 bytes)

  • วัตถุที่มีความเร็วน้อย จะมีแรงสู่ศูนย์กลางน้อย
  • เชือกสั้น (รัศมีการเคลื่อนที่น้อย), ต้องการแรงสู่ศูนย์กลางมาก เราต้องออกแรงกระทำต่อเชือกมาก
  • อย่าลืม แรงสู่ศูนย์กลางและความเร่งสู่ศูนย์กลางจะมีทิศเข้าหาจุดศูนย์กลางของการเคลื่อนที่เสมอ
Cut the rope.  (13k)
  • ถ้าเราปล่อยเชือก(หรือเชือกขาด) มวลจะไม่สามารเลื่อนที่ต่อไปเป็นวงกลมได้ แต่มันจะเคลื่อนที่ไปในแนวเส้นสัมผัสส่วนโค้งตรงจุดนั้น
 

จากข้อมูลที่ได้ สรุปได้ว่า วัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลม หรือส่วนหนึ่งของวงกลม ได้ จะต้อง

  • 1. มีแรงลัพธ์กระทำต่อวัตถุนั้นในทิศเข้าหาจุดศูนย์กลางของการเคลื่อนที่ เราเรียกแรงน้ว่าแรงสู่ศูนย์กลาง
  • 2. ความเร็วของวัตถุที่จุดใด ๆ จะอยู่ในทิศเส้นสัมผัสวงกลมที่จุดนั้น

ภาพแสดงทิศทางของความเร็วและความเร่งของวัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลม(แรงมิทิศเดียวกับความเร่ง

 

รูปแสดงการเคลื่อนที่เป็นวงกลมบนระนาบแนวดิ่ง

 

  • สำหรับการเคลื่อนที่เป็นวงกลมในแนวดิ่งจะมีแรงเนื่องจากน้ำหนัก mg เข้ามาเกี่ยวข้องด้วยเสมอ
จากรูปรถเคลื่อนที่ไปตามรางโค้ง จะมีแรงกระทำต่อรถขณะใด ๆ เกิดจากแรงที่พื้นกระทำต่อรถ และน้ำหนักรถ

เมื่อวัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลมหาแรงสู่ศูนย์กลาง หาได้จาก

centrfrm.gif (1286 bytes)

เมื่อ m หมายถึง มวลของวัตถุ, v คืออัตราเร็วของมวล (ขนาดของความเร็ว) และ r คือรัศมีของการเคลื่อนที่ .  a คือความเร่งสู่ศูนย์กลาง  

  ลองพิจารณารูปต่อไปนี้ โคลนติดล้อที่กำลังหมุน โคลนจะติดล้ออย่างไรขึ้นอยู่กับแรงสู่ศูนย์กลางของโคลน ดังนี้

Enough Fc (35k) ภาพเคลื่อนไหวแสดง โคลนติดล้อ และมีแรงสู่ศูนย์กลางมากพอที่จะทำให้โคลนติดไปกับล้อรถ จนสามารถเคลื่อนที่เป็นวงกลมครบรอบได้
Not enough Fc (37k) ภาพเคลื่อนไหวแสดง โคลนติดล้อ และล้อเคลื่อนที่เร็ว จึงมีแรงสู่ศูนย์กลางไม่เพียงพอที่จะทำให้โคลน เคลื่อนที่ติดไปกับล้อรถได้ และจะเคลื่อนที่ออกไปในแนวเส้นสัมผัสตามกฏการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 ของนิวตัน

การเคลื่อนที่แบบอื่น ๆ



ขอบคุณที่ท่านให้ความสนใจฟิสิกส์...ครับ

ประเจียด ปฐมภาค     ผู้จัดทำ

ทดลองไม่ได้ให้  Download    Download จากฟิสิกส์ราชมงคล ได้เลยขนาด 8 MB            และ  QuickTime 7. Get a sneak peek.  ไป  setup  ที่เครื่องก่อนจึงจะเล่นได้ครับ

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

เรื่องการทดลองเสมือนจริง