อยากรู้สมการเคลื่อนที่ของบูมเบอแรง

ร่วมพบปะ แลกปลี่ยน ความคิด กันได้ที่นี่

Moderator:

บูมเบอแรง

อยากรู้สมการเคลื่อนที่ของบูมเบอแรง

Postby บูมเบอแรง » 06/06/2006 5:07 pm

ผมมีข้อสงสัยว่าจะมีสมการไหนมาอธิบายการเคลื่อนที่ ของบูมเบอแรงได้ และยังสงสัยอีกว่าทำไมมันต้องเคลื่อนที่แล้วกลับมาที่ตำแหน่งเดิม

เด็กอยากรู้

Guest

Re: อยากรู้สมการเคลื่อนที่ของบูมเบอแรง

Postby Guest » 12/10/2006 11:45 pm

บูมเบอแรง wrote:ผมมีข้อสงสัยว่าจะมีสมการไหนมาอธิบายการเคลื่อนที่ ของบูมเบอแรงได้ และยังสงสัยอีกว่าทำไมมันต้องเคลื่อนที่แล้วกลับมาที่ตำแหน่งเดิม

เด็กอยากรู้

User avatar
nokroo
Posts: 188
Joined: 01/01/1970 7:00 am
Location: วัดตะคร้ำเอน ต.ตะคร้ำเอน อ.ท่ามะกา จ.กาญจนบุรี

Re: อยากรู้สมการเคลื่อนที่ของบูมเบอแรง

Postby nokroo » 09/09/2011 7:48 am

บูมเมอแรง

(Boomerang)

บทนำ

เมื่อพวกเราคิดถึงบูมเมอแรง ก็มักจะคิดไปถึงหนังการ์ตูน ที่ตัวการ์ตูนขว้างวัตถุรูปทรงคล้ายกล้วยหอม พอหลุดจากมือมันจะหมุนโค้งไปเป็นระยะไกล และวกกลับยังผู้ขว้าง (ถ้าเป็นหนังการ์ตูนที่ตลกนิดๆ มันจะชนเข้ากับศีรษะของผู้ขว้าง ทำให้คนดูหัวเราะขำกลิ้ง ) อุปกรณ์นี้ไม่ได้มีแต่เพียงหนังการ์ตูนเท่านั้น มันมีอยู่จริง เรียกว่าบูมเมอแรง มีลักษณะดังรูป

ฟิสิกส์ราชมงคลจะกระเทาะความลึกลับซับซ้อนทางฟิสิกส์ของบูมเมอแรงให้คุณได้ทราบว่ามันวกกลับมาหาคุณได้อย่างไร และหาผู้ประดิษฐ์คนแรกว่าเป็นใครกัน ในหน้าถัดไป

มันคืออะไร?

บูมเมอแรง แบ่งออกเป็น 2 ประเภท แบบแรกเป็นแบบวกกลับได้ ทำจากวัสดุเช่นไม้ หรือพลาสติก ที่น้ำหนักเบา มีปีก 2 ข้างโค้งงอเหมือนกล้วยหอม ส่วนแบบที่สองเป็นแบบวกกลับไม่ได้ มีขนาดใหญ่ ยาว และหนักกว่าแบบแรก โดยทั่วไปยาวประมาณ 1 เมตร หรือมากกว่าทำให้สามารถเคลื่อนที่ได้เป็นระยะไกล และเร็ว จึงใช้สำหรับล่าสัตว์ หรือต่อสู้
ขอบปีกคล้ายของใบพัดเฮลิคอปเตอร์

ถ้าคุณขว้างบูมเมอแรงออกไปในแนวระดับ เหมือนกับการขว้างจานหมุนที่ภาษาฝรั่งเรียกว่า ฟริสบี (Frisbee) ดังรูป จะเกิดแรงขึ้นทางด้านล่างและยกฟริสบีให้ลอยสูงขึ้น ดังนั้นเพื่อให้เกิดแรงยกบูมเมอแรงต้องเคลื่อนที่และหมุน ถ้าหยุดหมุนมันจะไม่มีแรงยกและตกลงมาตามแรงโน้มถ่วง การขว้างในแนวระดับจึงวกกลับไม่ได้ ที่ถูก ต้องจับบูมเมอแรงในแนวดิ่ง จะทำให้มันหมุนโค้งจากขวาไปซ้าย เพราะมีแรงกระทำไปทางซ้าย ในหน้าถัดไปมาดูว่ามันจะวกกลับมาหาคุณได้อย่างไร


บูมเมอแรงแบบวกกลับได้แตกต่างจากแบบวกกลับไม่ได้ กล่าวคือแบบวกกลับได้สามารถเคลื่อนที่เป็นวงกลม และวกกลับมาที่จุดตั้งต้น จึงไม่เหมาะกับการล่าสัตว์ เพราะเมื่อขว้างไปโดนสัตว์แล้ว การควบคุมให้วิ่งกลับมาแทบเป็นไปไม่ได้
บินได้อย่างไร

ให้คุณทดลองขว้างไม้ตรงยาว เมื่อหลุดจากมือ มันจะพุ่งตรงไปข้างหน้า ได้ระยะทางหนึ่ง จะถูกแรงดึงดูดของโลกทำให้ตกลงบนพื้น เพื่อให้ไม้สามารถลอยอยู่บนอากาศได้นานขึ้น แทนที่จะเป็นไม้ตรง เราก็ทำให้โค้งงอเหมือนกล้วยหอม 2 ข้างเรียกว่าปีก มีลักษณะโค้งเหมือนกับปีกเครื่องบิน คือด้านหนึ่งโค้ง แต่อีกด้านหนึ่งแบน ขณะที่ปีกวิ่ง อากาศจะวิ่งผ่านด้านโค้งเร็วกว่าด้านแบน ทำให้เกิดความแตกต่างของความดันอากาศ มีแรงกระทำกับปีก
ลักษณะของบูมเมอแรง โค้งงอเหมือนกล้วยหอม

จากรูปภาพ ขอบของปีก (leading edged) มีลักษณะคล้ายใบพัดของเฮลิคอปเตอร์ ซึ่งสามารถสร้างแรงยกขึ้นเมื่อวิ่งตัดผ่านกระแสอากาศ
Attachments
boomerang-leading-edge.jpg
boomerang-leading-edge.jpg (13.34 KiB) Viewed 4723 times
boomerang-biology.jpg
boomerang-biology.jpg (23.04 KiB) Viewed 4723 times
boomerang3.jpg
boomerang3.jpg (3.46 KiB) Viewed 4723 times

User avatar
nokroo
Posts: 188
Joined: 01/01/1970 7:00 am
Location: วัดตะคร้ำเอน ต.ตะคร้ำเอน อ.ท่ามะกา จ.กาญจนบุรี

Re: อยากรู้สมการเคลื่อนที่ของบูมเบอแรง

Postby nokroo » 09/09/2011 8:06 am

วกกลับได้

เมื่อบูมเมอแรงถูกขว้างออกไป มันจะหมุนไปข้างหน้า ความเร็วของปีกบนและปีกล่างเท่ากัน อย่างไรก็ตามเมื่อบวกความเร็วที่พุ่งไปข้างหน้า ความเร็วสัมพัทธ์ของปีกบนจะมากกว่าความเร็วสัมพัทธ์ของปีกล่าง ดังนั้นอากาศจะไหลผ่านปีกบนมากกว่าปีกล่าง เกิดแรงยกบนปีกด้านล่างทำให้บูมเมอแรงยกตัวลอยขึ้น

ส่วนที่ทำไมมันถึงวกกลับได้ คุณต้องเข้าใจทฤษฎีทางกลศาสตร์ของไหล และได้อ่านหลักการทำงานของไจโรสโคป ก่อน คุณจึงจะทราบว่า เมื่อมีแรงกระทำบนล้อที่กำลังหมุน มันจะเลื่อนไปเป็นมุม 90 องศา

สังเกตจุดเล็ก 2 จุด คือจุดบน และจุดล่างของไจโรขณะหมุน ดังรูป
ให้สังเกตที่จุด 2 จุด ถูกแรงกระทำเท่ากันแต่ทิศตรงกันข้าม (สีน้ำเงิน)
เมื่อตัวไจโรหมุนไป 90 องศา จุดบนจะหมุนเปลี่ยนตำแหน่งไป 90 องศา และมีทิศไปทางซ้าย เช่นเดียวกับจุดล่าง เมื่อหมุนขึ้นมา 90 องศา มีทิศไปทางขวา ทำให้ล้อเกิดการหมุนควง

ให้คุณทดลองกับล้อจักรยาน โดยการแขวนด้วยเชือกและหมุน ถ้าคุณออกแรงผลักด้านบน และด้านล่าง แรงกระทำจะถูกเปลี่ยนตำแหน่งไป 90 องศา ซึ่งจะทำให้ล้อหมุนควง
Attachments
gyro-force2.gif
ขณะที่ไจโรหมุน จุดสองจุดจะหมุนตามไปด้วยโดยมีแรง (สีแดง) กระทำอยู่ตลอดเวลา
gyro-force2.gif (3.02 KiB) Viewed 4723 times
gyro-points.gif
gyro-points.gif (2.57 KiB) Viewed 4723 times
frisbee.gif
การขว้างจานหมุน ฟริสบี
frisbee.gif (5.09 KiB) Viewed 4723 times

User avatar
nokroo
Posts: 188
Joined: 01/01/1970 7:00 am
Location: วัดตะคร้ำเอน ต.ตะคร้ำเอน อ.ท่ามะกา จ.กาญจนบุรี

Re: อยากรู้สมการเคลื่อนที่ของบูมเบอแรง

Postby nokroo » 09/09/2011 8:15 am

ขว้างอย่างไร

มีแรงกระทำอยู่หลายแรงที่กระทำกับบูมเมอแรงขณะกำลังหมุน ดังนี้

แรงโน้มถ่วงของโลก
แรงกระทำบนปีก
แรงจากการขว้าง
แรงที่เกิดจากความแตกต่างของความเร็ว
แรงจากลม
เพื่อให้บูมเมอแรงที่ขว้างออกไป สามารถวกกลับมายังผู้ขว้างได้ แรงทั้งหมดต้องกระทำอยู่บนตัวบูมเมอแรงอย่างพอดีและได้สมดุล นักขว้างบูมเมอแรงที่เชี่ยวชาญทราบดีว่า ต้องขว้างอย่างไร ด้วยแรงเท่าไร เทคนิคพื้นฐานมีดังนี้

1. ถ้าคุณขว้างบูมเมอแรงออกไปในแนวระดับ เหมือนกับขว้าง จานหมุนฟริสบี บูมเมอแรงจะลอยขึ้นและตกลง และไม่วิ่งวกกลับ ดังนั้นคุณต้องจับอยู่ในแนวดิ่ง เอียงทำมุมกับแนวดิ่งประมาณ 15 ถึง 20 องศา
2. จับบูมเมอแรงให้ด้านโค้งงอเข้าหาตัวคุณ และขอบให้อยู่ด้านตรงกันข้าม มูมเมอแรงทั่วไปออกแบบมาสำหรับคนถนัดขวา เมื่อขว้างออกไปมันจะหมุนโค้งไปทางขวา และวกกลับมาทางซ้าย สำหรับคนถนัดซ้าย คุณต้องใช้มูมเมอแรงที่ออกแบบมาสำหรับคนถนัดมือข้างนี้ เมื่อขว้างออกไปแล้วมันจะหมุนโค้งไปทางซ้าย และวกกลับมาทางขวา ดังนั้นบูมเมอแรงของคนถนัดขวา หมุนทวนเข็มนาฬิกา และบูมเมอแรงของคนถนัดซ้าย หมุนตามเข็มนาฬิกา

3. ในกรณีที่ลมแรง มุมเอียงจะน้อยกว่า ลมเบา

4. การบิดตัวของผู้ขว้าง ช่วยให้บูมเมอแรงหมุนได้ดีขึ้น และมีผลต่อแรงกระทำบนตัวบูมเมอแรง ดังนั้นผู้ขว้างต้องฝึกฝนทักษะความเชี่ยวชาญเป็นอย่างดี

5. เมื่อขว้างออกไปแล้ว เวลาวกกลับมาให้รับด้วยสองมือ และต้องระมัดระวังอย่างสูง กรณีที่เป็นบูมเมอแรงขนาดใหญ่ และมีน้ำหนักมาก คุณต้องระมัดระวังยิ่งขึ้นกว่าเดิม เพราะถ้าพลาดเกิดไปโดนศีรษะหรือส่วนหนึ่งส่วนใดของร่างกาย อาจได้รับอันตราย

การฝึกฝนอย่างสม่ำเสมอ ทำให้คุณสามารถขว้างและรับได้ ดังนั้นผู้เริ่มต้นควรจะเริ่มที่บูมเมอแรง น้ำหนักเบาและราคาไม่แพง ไม่ใช่ไปซื้อ บูมเมอแรงที่ทำด้วยไม้อย่างดี ราคาแพง และน้ำหนักมาก

ผู้ประดิษฐ์คนแรก

บูมเมอแรงถูกประดิษฐ์ขึ้นมาเมื่อไรไม่มีใครทราบได้ แม้นักโบราณศาสตร์ที่สามารถคาดคำนวณเวลาย้อนหลังได้อย่างแม่นยำ ก็ยังไม่ทราบ ดังนั้นจึงเชื่อกันว่า เกิดขึ้นครั้งแรกจากการลองผิดลองถูกของมนุษย์

มนุษย์ยุคแรก ใช้หินหรือไม้ ในการล่าสัตว์ ไม้ทำเป็นหอก เมื่อขว้างออกไป มันพุ่งไปได้ไม่ไกลนัก

ไม่นานนักพวกเขาก็เริ่มลองผิดลองถูก โดยการทดลองโค้งงอตัวไม้ และขว้างออกไป ปรากฎว่ามันพุ่งไปได้ไกล และควบคุมทิศทางได้ดีกว่า มนุษย์พวกนี้ยังได้ทดลองงอไม้หลายรูปแบบ จึงได้บูมเมอแรงแบบวกกลับไม่ได้ นักโบราณศาสตร์ได้ขุดค้นพบซากโบราณของบูมเมอแรงซึ่งพบอยู่หลายแห่งของโลก อย่างเช่นที่โปแลนด์ มีอายุกว่า 20000 ปี

บูมเมอแรงแบบวกกลับได้ถูกสร้างขึ้นครั้งแรก โดยชาวพื้นเมืองอะบอริจินี (Aborigine) อาศัยอยู่ในทวีปออสเตรเลีย เป็นพวกแรกที่ประดิษฐ์คิดค้นขึ้น ซึ่งก่อนหน้านั้นพวกนี้ได้ประดิษฐ์บูมเมอแรงแบบวกกลับไม่ได้ พวกเขาเรียกมันว่า ไคลี (Kylies) ใช้สำหรับการล่าสัตว์

เมื่อขว้างไปเป็นเวลานาน จึงทดลองเปลี่ยนรูปร่าง พัฒนารูปแบบต่างๆจนมันสามารถวกกลับมาที่ผู้ขว้างได้ในที่สุด อย่างไรก็ตาม บางทฤษฎีว่า ชนเผ่าพวกนี้ เลียนแบบโดยใช้การบินของนก จึงสร้างเป็นรูปตัววี คล้ายปีกของนกที่กำลังบิน

ปัจจุบันการใช้บูมเมอแรงล่าสัตว์ ค่อยๆหมดความนิยมลง ในภายหลังจึงเปลี่ยนเป็นกีฬา การออกแบบในปัจจุบันคำนึงถึงความสวยงาม การล่าสัตว์โดยใช้บูมเมอแรงค่อยๆถูกลืมเลือนไป อย่างไรก็ตามมันไม่ได้ใช้สำหรับการล่าสัตว์อย่างเดียวเท่านั้น ยังช่วยชีวิตนกที่เลี้ยงอยู่บนต้นไม้ด้วย ยกตัวอย่างเช่น ถ้านกอินทรีย์ หรือเหยี่ยว จะจับนกที่ชนพื้นเมืองเลี้ยงอยู่ พวกเขาจะขว้างบูมเมอแรงแบบวกกลับได้ ทำให้เกิดเสียง นกล่าพวกนี้เกิดความกลัว ไม่กล้าเข้าใกล้เป็นต้น

บูมเมอแรงเป็นอุปกรณ์พื้นฐานของเครื่องบิน เฮลิคอปเตอร์ ยานอวกาศ และกระสวยอวกาศ เพราะมันเป็นอุปกรณ์ที่แสดงถึงความซับซ้อนทางฟิสิกส์ ความรู้ทางกลศาสตร์ของไหล อากาศพลศาสตร์ และแรงทางกลศาสตร์ ซึ่งเราสามารถกล่าวได้ว่า บูมเมอแรงเป็นความมหัศจรรย์ของเครื่องจักรกลแห่งศตวรรษ ก็คงไม่ผิดนัก
Attachments
abowithboomerang.jpg
abowithboomerang.jpg (8.73 KiB) Viewed 4723 times
upfromaustralia_1819_155758.gif
upfromaustralia_1819_155758.gif (21.16 KiB) Viewed 4723 times
boomerang1.jpg
บูมเมอแรงที่ทำจากไม้ราคาแพงลิบ ทำขึ้นโดยชาวพื้นเมืองอะบอริจินี (Aborigine) ที่อาศํยอยู่ในทวีปออสเตเลีย
boomerang1.jpg (8.02 KiB) Viewed 4723 times

User avatar
nokroo
Posts: 188
Joined: 01/01/1970 7:00 am
Location: วัดตะคร้ำเอน ต.ตะคร้ำเอน อ.ท่ามะกา จ.กาญจนบุรี

Re: อยากรู้สมการเคลื่อนที่ของบูมเบอแรง

Postby nokroo » 09/09/2011 8:25 am

แหล่งที่มาของข้อมูล

How Gyroscopes Work
How Yo-Yos Work
How Airplanes Work
How Flying Wings Will Work
How Helicopters Work
How Force, Power, Torque and Energy Work
How the Physics of Football Works
How do you throw a boomerang so that it comes back to you?
How does gravity work?

More Great Links

The United States Boomerang Association
How to Make Boomerangs that Come Back
Leading Edge Boomerangs
Unspinning the Boomerang
Boomerang history and physics
Gel Boomerangs
MX homemade boomerangs
Colorado Boomerangs

ที่มา : http://www.rmutphysics.com/charud/howst ... ngthai.htm


Return to “แหล่งรวมคนรัก ฟิสิกส์ สถาบันต่างๆ”

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 1 guest