หน่วยการเรียนรู้ที่ 8
สภาพสมดุลและสภาพยืดหยุ่น
สภาพสมดุล (Equilibrium) คือ สมดุลที่เกิดขึ้นในขณะที่ วัตถุอยู่ในสภาพนิ่ง หรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเป็นศูนย์
สภาพสมดุลของวัตถุ คือ การคงสภาพของวัตถุแบ่งได้ 2 กรณีคือ
1.สภาพสมดุลสถิต (Static equilibrium) คือ สภาพสมดุลของวัตถุหรือสิ่งก่อสร้างที่อยู่นิ่ง เช่น สะพาน เขื่อน
2.สภาพสมดุลจลน์ (Kinetic equilibrium) คือ สภาพสมดุลของวัตถุที่เครื่องที่ด้วยความเร็วคงตัว เช่น รถไฟ เครื่องบิน ที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว
สมดุลจะแบ่งเป็น 3 ชนิด
1. สมดุลต่อการเลื่อนที่ คือ วัตถุอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ ด้วยความเร็วคงตัว
2. สมดุลสถิต (Static Equilibrium) เป็นสมดุลของวัตถุขณะอยู่นิ่ง
3. สมดุลจลน์ (Kinetic Equilibrium) เป็นสมดุลของ...อ่านเพิ่มเติม
2).สมดุลต่อการหมุน
เมื่อออกแรงกระทำต่อวัตถุและทำให้วัตถุเคลื่อนที่แบบเลื่อนตำแหน่งเพียง อย่างเดียวแรงนั้นต้องผ่านจุดศูนย์กลางมวล (Center of mass ) ซึ่งเสมือนเป็นที่รวมของมวลวัตถุทั้งก้อน และในกรณีที่มีวัตถุหลายๆก้อนมายึดติดกันเป็นรูปทรงต่าง ๆซึ่งเรียกระบบ และในแต่ละระบบก็มีจุดศูนย์กลางมวล เช่นกัน แต่ถ้ามีแรงกระทำต่อวัตถุหรือระบบไม่ผ่านจุดศูนย์กลางมวลวัตถุจะเคลื่อนที่ แบบหมุนโมเมนต์ของแรง
เมื่อมีแรงลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์มากระทำต่อวัตถุและแรงกระทำนั้นไม่ผ่านจุดศูนย์กลางมวลจะทำให้วัตถุหมุนรอบจุดศูนย์กลางมวล แต่ถ้าวัตถุนั้นมีที่ยึดรอบแกนหมุนแกนหนึ่ง จุดหมุนก็ไม่จำเป็นต้องหมุนรอบจุดศูนย์กลางมวล และการหมุนของวัตถุทำให้เกิดโมเมนต์ของแรง (Moment of a force )หรือเรียกย่อ ๆว่าโมเมนต์หรือ...อ่านเพิ่มเติม
หากสังเกตวัตถุต่าง ๆ ที่เป็นของแข็งและมีรูปทรง การวางวัตถุบนพื้นระนาบจะมีลักษณะสมดุลได้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งและแนวของจุดศูนย์ถ่วง
จุดศูนย์ถ่วง คือจุดที่เหมือนตำแหน่งที่รวมของน้ำหนักของวัตถุทั้งก้อน
จุดศูนย์กลางมวล (Center of Mass : CM)
เป็นจุดที่เสมือนเป็นที่รวมมวลของวัตถุทั้งก้อนนั้น โดยที่ CM อาจอยู่นอกเนื้อวัตถุนั้นได้ เช่น รูปโดนัท
โดยปกติวัตถุบางชนิดมีมวลภายในหนาแน่นไม่เท่ากันตลอดทั้งเนื้อสาร CM จึงเป็นเสมือนที่เป็นจุดรวมมวลของวัตถุทั้งก้อน...อ่านเพิ่มเติม
4) เสถียรภาพของสมดุล
เสถียรภาพของสมดุลสามารถแบ่งได้ดังนี้
1.สมดุลเสถียร คือสภาพสมดุลของวัตถุซึ่งมีลักษณะที่วัตถุสามารถกลับสู่สภาพสมดุลที่ตำแหน่งเดิมได้ โดยเมื่อแรงกระทำกับวัตถุที่อยู่ในสมดุลเสถียร จุดศูนย์ถ่วงจะอยู่สูงกว่าระดับเดิม แต่เมื่อเอาแรงออก วัตถุจะกลับสภาพเดิม
2. สมดุลสะเทิน คือสภาพสมดุลของวัตถุที่อยู่ในลักษณะสามารถคงสภาพสมดุลอยู่ได้ โดยมีตำแหน่งสมดุลที่เปลี่ยนไป
3. สมดุลไม่เสถียร คือ สภาพสมดุลของวัตถุที่อยู่ในลักษณะที่ไม่สามารถกลับสู่สภาพเดิมได้...อ่านเพิ่มเติม
5) การนำหลักสมดุลไปประยุกต์
หลักการสมดุลมีใช้มากมายในชีวิตประจำวัน ในที่นี้จะกล่าวถึงการนำหลักการสมดุลไปใช้กับเครื่องกลอย่างง่าย เช่น คาน คีมตัดลวด ไขควง ล้อและเพลา และกว้าน เป็นต้น เครื่องกลอย่างง่ายเหล่านี้สามารถผ่านแรงที่กระทำได้อย่างไร สามารถเข้าใจได้จากการหาขนาดของแรงที่กระทำ ณ จุดต่างๆ ตามหลักการของสมดุลในทุกกรณี
ตัวอย่าง 8.5 ในการดึงน้ำขึ้นจากบ่อลึกด้วยล้อและเพลาดังรูป ล้อมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 36 เซนติเมตร...อ่านเพิ่มเติม