เครื่องกล

Simple Machines Video , Project for Kids-makemegenius.com series of Educ เครื่องกล เครื่องกล (machines) หมายถึง อุปกรณ์ที่ช่วยผ่อนแรงหรืออำนวยความสะดวก หรือทั้งช่วยผ่อนแรงและอำนวยความสะดวก ประเภทของเครื่องกล เครื่องกลแบ่งเป็นหลายประเภท เช่น รอก คาน พื้นเอียง ลิ่ม สกรู ล้อและเพลา What is a pulley?   1. รอก (pulley) รอก เป็นเครื่องกลที่ใช้สำหรับยกของขึ้นที่สูงหรือหย่อนลงไปในที่ต่ำ รอกมีลักษณะเป็นล้อมหมุนได้คล่องรอบตัว และมีเชือกพาดล้อสำหรับยกตัวและดึงวัตถุ รอก แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ รอกเดี่ยวและรอกพวง รอกเดี่ยว แบ่งเป็น รอกเดี่ยวตายตัว และรอกเดี่ยวเคลื่อนที่ รอกเดี่ยวตายตัว เป็นรอกที่ตรึงติดอยู่กับที่ ใช้เชือกหนึ่งเส้นพาดรอบล้อโดยปลายข้างหนึ่งผูกติดกับวัตถุ ปลายอีกข้างหนึ่งใช้สำหรับดึง เมื่อดึงวัตถุขึ้นในแนวดิ่ง แรงที่ใช้ดึงจะมีค่าเท่ากับน้ำหนักของวัตถุ รอกเดี่ยวตายตัวไม่ช่วยผ่อนแรงแต่สามารถอำนวยความสะดวกในการทำงาน ตัวอย่างเช่น การชักธงชาติขึ้นสู่ยอดเสา การลำเลียงวัสดุอุปกรณ์ที่ใช้ในการก่อสร้างขึ้นที่สูง สูตรที่ใช้ คำนวณ E = W E = แรงความพยายาม หรือแรงที่ใช้ดึงวัตถุ (นิวตัน) W = แรงต้านทานหรือน้ำหนักของวัตถุ (นิวตัน) รอกเดี่ยวเคลื่อนที่ เป็นรอกที่เคลื่อนที่ได้ขณะที่ใช้งาน วัตถุผูกติดกับตัวรอกใช้เชือกหนึ่งเส้นพาดรอบล้อโดยปลายข้างหนึ่งผูกติดกับเพดาน ปลายอีกข้างหนึ่งใช้สำหรับดึง เมื่อดึงวัตถุขึ้นในแนวดิ่งแรงที่ใช้ดึงมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของน้ำหนักของวัตถุ รอกเดี่ยวเคลื่อนที่เป็นเครื่องกลที่ช่วยผ่อนแรง สูตรที่ใช้ คำนวณ E = W/2 E = แรงความพยายาม หรือแรงที่ใช้ดึงวัตถุ (นิวตัน) W = แรงต้านทานหรือน้ำหนักของวัตถุ (นิวตัน) รอกพวง รอกพวงแบ่งเป็น 3 ระบบ คือ รอกพวงระบบที่ 1 ระบบที่ 2 และระบบที่ 3 รอกพวงระบบที่ 1 ประกอบด้วยรอกเดี่ยวเคลื่อนที่หลายตัว รอกแต่ละตัวมีเชือกคล้องหนึ่งเส้น โดยปลายข้างหนึ่งผูกติดกับเพดาน ปลายอีกข้างหนึ่งผูกกับรอกตัวถัดไป วัตถุผูกติดกับรอกตัวล่างสุด เชือกที่คล้องรอบรอกตัวบนสุดใช้สำหรับดึง สูตรที่ใช้ คำนวณ E = W/2n E = แรงความพยายาม หรือแรงที่ใช้ดึงวัตถุ (นิวตัน) W = แรงต้านทานหรือน้ำหนักของวัตถุ (นิวตัน) n = จำนวนรอกเดี่ยวเคลื่อนที่ รอกพวงระบบที่ 2 ประกอบด้วยรอก 2 ตับ ตับบนแขวนติดเพดาน วัตถุผูกติดกับรอกตัวล่างสุด ของตับล่าง ใช้เชือกเส้นเดียวคล้องรอบรอกทุกตัว โดยปลายข้างหนึ่งผูกติดกับรอกตัวล่างสุดของตัวบน หรือตัวบนสุดของตับล่างปลายอีกข้างหนึ่งใช้สำหรับดึง สูตรที่ใช้ คำนวณ ก. E = ข. E = E = แรงความพยายาม หรือแรงที่ใช้ดึงวัตถุ (นิวตัน) W = แรงต้านทานหรือน้ำหนักของวัตถุ (นิวตัน) n = จำนวนรอก รอกพวงระบบที่ 3 ประกอบด้วยรอกเดียวตายตัว 1 ตัว ที่เหลือเป็นรอกเดี่ยวเคลื่อนที่ ปลายข้างหนึ่งของเชือกที่คล้องรอบรอกทุกตัวผูกติดกับคานตรงอันหนึ่งวัตถุผูกติดกับคานนี้ ปลายอีกข้างหนึ่งของเชือกผูกกับรอกตัวถัดไป เหลือปลายสุดท้ายใช้สำหรับดึง สูตรที่ใช้ คำนวณ E = E = แรงความพยายาม หรือแรงที่ใช้ดึงวัตถุ (นิวตัน) W = แรงต้านทานหรือน้ำหนักของวัตถุ (นิวตัน) n = จำนวนรอกเดี่ยวเคลื่อนที่ What is a lever?   2. คาน (lever) แรง (force) คือ อำนาจอย่างหนึ่งซึ่งสามารถทำให้หรือพยายามทำให้วัตถุเปลี่ยนภาวะจากการหยุดนิ่ง เป็นการเคลื่อนที่ หรือภาวะจากการเคลื่อนที่เป็นการหยุดนิ่ง หน่วยของแรง แรงมีหน่วยเป็นนิวตัน (N) ผลของแรง แรงทำให้วัตถุเคลื่อนที่ตามแนวแรง เกิดเป็น งาน แรงทำให้วัตถุหมุนรอบจุดๆ หนึ่ง เกิดเป็น โมเมนต์ งาน (work) หมายถึง ผลคูณของแรงกับระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวแรง หรือ งาน = แรง × ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ตามทิศทางของแนวแรง หน่วยของงาน งานมีหน่วยเป็น นิวตันเมตร หรือจูล ถ้าออกแรงกระทำต่อวัตถุแล้ววัตถุไม่เคลื่อนที่ หรือวัตถุเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ตั้งฉากกับแนวแรงที่กระทำกับวัตถุ จะไม่มีงานเกิดขึ้นจากแรงนั้น โมเมนต์ (moment) หมายถึง ผลคูณของแรงกับระยะทางตั้งฉากจากจุดหมุนไปยังแนวแรง หรือ โมเมนต์ = แรง × ระยะทางตั้งฉากจากจุดหมุนไปยังแนวแรง หน่วยของโมเมนต์ โมเมนต์มีหน่วยเป็น นิวตันเมตร โมเมนต์มี 2 ชนิด คือ โมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา โมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา กฏของโมเมนต์ เมื่อวัตถุชิ้นหนึ่งถูกกระทำด้วยแรงหลายแรง แล้ววัตถุนั้นอยู่ในภาวะสมดุลจะได้ว่า ผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา = ผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา W = แรงความต้านทานหรือน้ำหนักของวัตถุ E = แรงความพยายาม F = จุดหมุนหรือจุดฟัลครัม a = ระยะทางตั้งฉากระหว่างจุดหมุนถึงแรงความต้านทาน b = ระยะทางตั้งฉากระหว่างจุดหมุนถึงแรงความพยายาม ถ้าคาน AB อยู่ในภาวะสมดุลจะได้ โมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา = โมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา คาน คือ วัตถุที่ยาว แข็ง อาจตรงหรืองอก็ได้ และหมุนรอบจุดหมุนได้เมื่อมีแรงภายนอกมากระทำ คานแบ่งเป็น 3 อันดับ โดยถือว่าจุดหมุนและแรงความพยายามเป็นเกณฑ์ในการแบ่ง ดังนี้ คานอันดับที่ 1 คือ คานที่มีจุดหมุน (F) อยู่ระหว่างแรงความพยายาม (E) และแรงต้านทาน (W) คานอันดับที่ 2 คือ คานที่มีแรงความต้านทาน (W) อยู่ระหว่างแรงความพยายาม (E) และจุดหมุน (F) คานอันดับที่ 3 คือ คานที่มีแรงความพยายาม (E) อยู่ระหว่างความต้านทาน (W) และจุดหมุน (F) ตัวอย่างการคำนวณ คานโตสม่ำเสมอยาว 1 เมตร ที่ปลายทั้งสองมีวัตถุหนัก 240 นิวตัน และ 160 นิวตัน แขวนไว้ตามลำดับ จงหาว่าจะต้องแขวนคานที่จุดใด คานจึงจะสมดุล สมมติให้แขวนคานห่างน้ำหนัก 240 นิวตัน เป็นระยะทาง X เมตร โมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา = โมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา 240 × X = 160 × (1-X) 240 X = 160 - 160X 240X + 160X = 160 400X = 160 X = 160 / 400 X = 0.4 เมตร แขวนคานห่างน้ำหนัก 240 นิวตัน เท่ากับ 0.4 เมตร What is an inclined plane? 3. พื้นเอียง (inclined plane) พื้นเอียง คือ เครื่องกลที่ช่วยผ่อนแรง มีลักษณะเป็นไม้กระดานยาวเรียบ ใช้สำหรับพาดบนที่สูงเพื่อขนย้ายวัตถุขึ้นสู่ที่สูงโดยการลากหรือการผลัก ประโยชน์ของพื้นเอียง คือ ช่วยอำนวยความสะดวก และช่วยผ่อนแรงในการขนย้ายสิ่งของขึ้นหรือลงจากยานพาหนะ สูตรที่ใช้คำนวณเรื่องพื้นเอียง งานที่ให้กับเครื่องกล = งานที่ได้จากเครื่องกล E d1 = W d2 E = แรงความพยายามหรือแรงที่ใช้ลากวัตถุ (นิวตัน) d1 = ความยาวของพื้นเอียง (เมตร) W = แรงความต้านทานหรือน้ำหนักของวัตถุ (นิวตัน) d2 = ความสูงของพื้นเอียง ตัวอย่างการคำนวณ นาย ก. ใช้พื้นเอียงยาว 8 เมตร วางพาดกำแพงสูง 2 เมตร โดยให้ปลายของพื้นเอียงอยู่บนกำแพงพอดี แล้วลากวัตถุหนัก 500 นิวตัน ขึ้นไปไว้บนกำแพง จงหาว่านาย ก ออกแรงเท่าใด ให้ออกแรงลาก = X นิวตัน งานที่ให้ = งานที่ได้ แรงที่ใช้ลาก × ความยาวพื้นเอียง = น้ำหนักวัตถุ × ความสูงพื้นเอียง X × 8 = 500 × 2 X = 500 × 2 / 8 = 125 นิวตัน แรงที่ออกเท่ากับ 125 นิวตัน ตัวอย่างการคำนวณ เด็กชายดำออกแรง 60 นิวตัน ก็สามารถลากวัตถุหนัก 300 นิวตัน ขึ้นไปตามพื้นเอียง ซึ่งวางพาดกำแพงสูง 1.5 เมตรได้ จงหาว่าพื้นเอียงยาวเท่าใด งานที่ให้ = งานที่ได้ แรง × ความยาวพื้นเอียง = น้ำหนักวัตถุ × ความสูงพื้นเอียง 60 × ความยาวพื้นเอียง = 300 × 1.5 ความยาวพื้นเอียง = 300 × 1.5 / 60 = 7.5 เมตร Simple Machines: Wheel and Axle 4. ล้อและเพลา (Wheel and Axle) ล้อและเพลา เป็นเครื่องกลที่ช่วยผ่อนแรงประกอบด้วยวัตถุทรงกระบอก 2 อันติดกัน อันใหญ่เรียกว่าล้อ อันเล็กเรียกว่าเพลา ใช่เชือก 2 เส้น พันรอบล้อเส้นหนึ่ง อีกเส้นหนึ่งพันรอบเพลาโดยพันไปคนละทาง ปลายข้างหนึ่งของเชือกที่พันรอบเพลาผูกติดกับวัตถุ ปลายข้างหนึ่งของเชือกที่พันรอบล้อใช้สำหรับออกแรงดึง สูตรที่ใช้คำนวณเรื่องล้อและเพลา E R = W r (ไม่คิดแรงเสียดทาน) E = แรงความพยายามหรือแรงที่ใช้ดึง (นิวตัน) R = รัศมีของล้อ (เมตร) W = แรงความต้านทานหรือน้ำหนักของวัตถุ (นิวตัน) r = รัศมีของเพลา (เมตร) Simple Machines: What is a wedge?   5. ลิ่ม ลิ่ม เป็นเครื่องกลที่ช่วยผ่อนแรงรูปร่างคล้ายขวาน ใช้สำหรับตอกลงในเนื้อวัตถุเพื่อให้เนื้อวัตถุแยกออกจากกัน สูตรที่ใช้คำนวณเรื่องลิ่ม E H = W L E = แรงความพยายามหรือแรงที่ตอกลิ่ม (นิวตัน) H = ระยะทางที่แรงความพยายามเคลื่อนที่ หรือระยะทางที่ลิ่มจมลงในเนื้อไม้ (เมตรหรือเซนติเมตร) W = แรงความต้านทานหรือแรงอัดของเนื้อไม้ (นิวตัน) L = ระยะทางที่แรงความต้านทานเคลื่อนที่ หรือระยะทางที่เนื้อไม้แยกออกจากกัน (เมตรหรือเซนติเมตร) What is a screw?   6. สกรู (screw) สกรู เป็นเครื่องกลที่ช่วยผ่อนแรงมีรูปร่างคล้ายบันไดเวียนวนรอบแกนอันหนึ่ง สกรูใช้สำหรับยกวัตถุหนักๆ ขึ้นสูงๆ โดยแรงความพยายามเคลื่อนที่เป็นวงกลมขณะที่แรงความต้านทานเคลื่อนที่ขึ้นลงในแนวดิ่ง ดังรูป สูตรที่ใช้คำนวณเรื่องสกรู W × P = E × 2πR W = แรงความต้านหรือน้ำหนักของวัตถุ (นิวตัน) P = ระยะทาง 1 ช่วงเกลียว (เมตรหรือเซนติเมตร) E = แรงความพยายามหรือแรงที่กระทำกับสกรู (นิวตัน) R = รัศมีของการหมุนหรือความยาวของด้ามแม่แรง (เมตรหรือเซนติเมตร) :: docs.google.com :: :: tumblr.com ::