[x] ปิดหน้าต่างนี้

  หน้าแรก
  ข่าวประชาสัมพันธ์
  บทความน่ารู้
  ปฏิทินกิจกรรม
  เกี่ยวกับกลุ่มสาระ
  ติดต่อเรา




ครูสุธี ผลดี
 

 


  

ความรู้เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์
สมดุลกลและสภาพยืดหยุ่น

อาทิตย์ ที่ 23 เดือน กันยายน พ.ศ.2555


สภาพสมดุล (Equilibrium)
สภาพสมดุล (Equilibrium) คือ สมดุลที่เกิดขึ้นในขณะที่ วัตถุอยู่ในสภาพนิ่ง หรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว ถ้า แรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเป็นศูนย์
สภาพสมดุลอาจแบ่งเป็น 2 ประเภท ได้แก่
1. สมดุลสถิต (Static Equilibrium) เป็นสมดุลของวัตถุขณะอยู่นิ่ง
2. สมดุลจลน์ (Kinetic Equilibrium) เป็นสมดุลของวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ (a = 0) เมื่อพิจารณาการเคลื่อนที่เป็นหลัก จะมีเงื่อนไขสมดุลอยู่ 2 อย่างคือ
1. สมดุลต่อการเลื่อนที่ คือ วัตถุอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว จะมีค่า
2. สมดุลต่อการหมุน คือ วัตถุมีอัตราการหมุนคงตัวผลรวมของโมเมนต์

หลักที่นำมาใช้ในการคำนวณในกรณีที่วัตถุสมดุลต่อการเลื่อนที่ คือ

1. แตกแรง
- ผลรวมของแรงทางด้านขวา = ผลรวมของแรงทางด้านซ้าย
- ผลรวมของแรงทางด้านบน = ผลรวมของแรงทางด้านล่าง

2. ทฤษฎีลามี (กฎของ sine)
แรง 3 แรงมากระทำกันที่จุด ๆ หนึ่ง และอยู่ในภาวะสมดุล อัตราส่วนของแรงต่อ sin ของมุมตรงข้ามย่อมมีค่าเท่ากัน


3. สามเหลี่ยมแทนแรง
ถ้ามีแรง 3 แรงกระทำร่วมกันที่จุด ๆ หนึ่ง และอยู่ในภาวะสมดุลโดยทิศของแรงทั้ง 3 แรงตั้งฉากกับด้านทั้ง 3ของสามเหลี่ยมจะได้อัตราส่วนขนาดของแรงต่อด้านที่แรงนั้นตั้งฉากอยู่

สภาพยืดหยุ่น (elasticity)
สภาพยืดหยุ่น (elasticity)สมบัติของวัตถุที่เปลี่ยนแปลงรูปร่างได้เมื่อมีแรงกระทำ และจะกลับคืนสู่รูปร่างเดิมได้เมื่อหยุดออกแรงกระทำต่อวัตถุนั้น ตัวอย่างวัสดุที่มีสภาพยืดหยุ่น เช่น ฟองน้ำ
สมบัติสภาพยืดหยุ่นของวัสดุ มีประโยชน์ในงานทางช่างและทางอุตสาหกรรมเป็นอย่างยิ่ง เช่น ในการเลือกวัสดุเพื่อใช้เป็นโครงสร้างอาคารสะพาน หรือชิ้นส่วนของเครื่องกล วิศวกรหรือผู้ออกแบบจะต้องพิจารณาสมบัติสภาพยืดหยุ่นของวัสดุที่จะนำมาใช้ประโยชน์ให้เหมาะสมกับงาน วัสดุหลายชนิดมีทั้งสภาพยืดหยุ่นและสภาพพลาสติกในตัวเอง โดยมีสภาพยืดหยุ่นเมื่อแรงกระทำน้อย ๆ และมีสภาพพลาสติกเมื่อมีแรงกระทำมาก ๆ
สภาพยืดหยุ่นของของแข็ง เป็นสมบัติของของแข็งที่มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเมื่อมีแรงมากระทำ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
1. สภาพยืดหยุ่น (elasticity) คือ สมบัติของวัสดุที่มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง เมื่อมีแรงมากระทำและสามารถคืนตัวกลับสู่รูปร่างเดิมเมื่อหยุดออกแรงกระทำ A
2. สภาพพลาสติก (plasticity) คือ กรณีวัสดุเปลี่ยนรูปร่างไปอย่างถาวร โดยผิววัสดุไม่มีการฉีกขาดหรือแตกหัก
จากการดึงสปริงให้ยืดออก จะพบว่ากราฟระหว่างขนาดของแรงดึงกับความยาวที่สปริงยืดออก จะมีลักษณะดังรูป

- จุด a คือ ขีดจำกัดการแปรผันตรง (Proportional limit) ซึ่งเป็นตำแหน่งสุดท้ายที่ความยาวสปริงยืดออก แปรผันตรงกับขนาดของแรงดึง
- จุด
b คือ ขีดจำกัดสภาพยืดหยุ่น (Elastic limit) ซึ่งเป็นตำแหน่งสุดท้ายที่สปริงยืดออกแล้วกลับสู่สภาพเดิม แต่แรงดึงไม่แปรผันตรงกับระยะยืด
- จุด
C คือ จุดแตกหัก (Breaking point) หมายถึงตั้งแต่จุด b เป็นต้นไป ถ้าดึงต่อไปก็ถึงจุด c ซึ่งเป็นจุดที่เส้นวัสดุขาด

ความเค้น (Stress) เป็นการวัดแรงเฉลี่ยต่อหน่วยพื้นที่ผิวภายในวัตถุแปรรูปซึ่งมีแรงภายในกระทำ ความเค้นเป็นการวัดความเข้มข้นของแรงภายในซึ่งกระทำระหว่างอนุภาพของวัตถุแปรรูปข้ามพื้นที่ผิวจินตนาการ แรงภายในเหล่านี้เกิดขึ้นระหว่างอนุภาพภายในวัตถุดังที่เป็นแรงปฏิกิริยาต่อแรงภายนอกซึ่งกระทำต่อวัตถุ แรงภายนอกต่างก็เป็นแรงพื้นผิวหรือแรงเนื่องจากน้ำหนัก
หน่วยเอสไอ
สำหรับวัดความเค้น คือ ปาสคาล (สัญลักษณ์ Pa) ซึ่งมีค่าเท่ากับหนึ่งนิวตัน (แรง) ต่อหนึ่งตารางเมตร (หน่วยพื้นที่) หน่วยของความเค้นคือหน่วยเดียวกันกับความดัน ซึ่งเป็นการวัดอัตราส่วนระหว่างแรงต่อพื้นที่ผิวเช่นกัน
ความเค้น (Stress) s = F/A เมื่อออกแรงกระทำต่อวัตถุ อัตราส่วนระหว่างแรงกระทำ (F) ต่อ
พื้นที่ (A) เรียกว่า ความเค้น มีหน่วยในระบบเอสไอ เป็น นิวตัน ต่อ ตารางเมตร ความเค้นเป็นปริมาณสเกลาร์ โดยทั่วไปความเค้น มี 2 ชนิด ได้แก่ ความเค้นตามยาว และความเค้นเฉือน

                     ความเค้นตามยาว (longitudinal stress) แบ่งได้ 2 ชนิด 
                 -                   ความเค้นแบบดึง (tensile stress) ซึ่งแรง F กระทำต่อวัตถุในลักษณะดึงให้ยืดออก  
                 -                   ความเค้นแบบอัด (compressive stress) ซึ่งแรง F กระทำต่อวัตถุในลักษณะอัดได้หดสั้นลง  
                     ความเค้นเฉือน (shear stress) นั้น แรง F ที่กระทำต่อวัตถุจะทำให้วัตถุบิดเบือนรูปร่างไปจากเดิม
                                                          
ความเครียด (Strain) หมายถึงอัตราส่วนระหว่างรูปร่างที่เปลี่ยนไปต่อรูปร่างเดิม มีหน่วยเป็นเท่า
หรือไม่มีหน่วย
ความยืดหยุ่นของวัตถุ คือคุณสมบัติการเปลี่ยนรูปร่างของวัตถุเมื่อถูกแรงกระทำ
จากการทดลองที่
1.1 เพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียดตามยาวของวัสดุ พบว่าเมื่อออกแรงดึงเส้นวัสดุโดยไม่ให้ขนาดของแรงดึงเกินขีดจำกัดการแปรผันตรงของวัสดุ ความเค้นตามยาวจะแปรผันตรงกับ ความเครียดตามยาว นั่นคือ อัตราส่วนระหว่างความเค้นตามยาวและความเครียดตามยาวของวัสดุชนิดหนึ่งๆ จะมีค่าคงตัว เรียกค่าคงที่นี้ว่า มอดูลัสของยัง ( Young''s modulus ) แทนด้วยสัญลักษณ์ Y และ
เขียนได้ว่า.....

ความเค้นของวัตถุใดๆ จะแปรผันโดยตรงกับความเครียดของวัตถุนั้น อัตราส่วนระหว่างความเค้นและความเครียดของวัตถุ เรียกว่า ค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นของวัตถุ และมีค่าคงที่สำหรับวัตถุชนิดเดียวกัน

ค่ามอดูลัสของยัง คือค่าโมดูลัสของความยืดหยุ่นเมื่อวัตถุมีการเปลี่ยนแปลงตามความยาว (ทั้งอัดเข้า หรือยืดออก) โดยมอดูลัสสภาพยืดหยุ่น (modulus of elasticty) ของวัสดุต่างชนิดกันจะมีค่าต่างกัน

-

วัสดุชนิดเดียวกันมีมอดูลัสสภาพยืดหยุ่นแบบอื่นๆ ที่นอกเหนือจากมอดูลัสของยัง ได้แก่ มอดูลัสเฉือน (shear modulus) และมอดูลัสเชิงปริมาตร (bulk modulus)
-
มอดูลัสสภาพยืดหยุ่น และขีดจำกัดสภาพยืดหยุ่นเป็นสมบัติเฉพาะตัวของวัสดุ มีประโยชน์มากในด้านวิศวกรรม วัสดุที่มีค่ามอดูลัสยืดหยุ่นสูง เป็นวัสดุที่สามารถทนต่อแรงภายนอกได้มาก หรือทำให้เปลี่ยนรูปร่างได้ยาก และวัสดุที่มีความเค้นที่มีขีดจำกัดสภาพยืดหยุ่นสูง จะบอกให้ทราบว่าวัสดุนั้นสามารถทนต่อแรงภายนอกได้มากที่สุด เพื่อให้สามารถกลับคืนสู่สภาพเดิมได้

ตัวอย่าง ลวดโลหะยาว 10 เมตร มีพื้นที่หน้าตัด 0.05 ตารางเซนติเมตร เมื่อถ่วงด้วยน้ำหนัก 10000 นิวตัน จะยืดออกไป 10 เซนติเมตร โลหะนี้มีค่ามอดูลัสของยังเท่าไร..?
ความเค้น = F/A = 10000/ 5 x 10-6 N/m2
ความเครียด = 10 x 10-2 / 10

มอดูลัสของยัง

= 2 x 1011 N/m2 ตอบ







เข้าชม : 8686


ความรู้เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ 5 อันดับล่าสุด

      สมดุลกลและสภาพยืดหยุ่น 23 / ก.ย. / 2555
      พฤติกรรมของสัตว์ 12 / ก.ย. / 2555
      สารทดแทนเลือด 5 / ก.ย. / 2555
      การเกิดเสียง 29 / ส.ค. / 2555
      มารู้จักการตกผลึกกันเถอะ 19 / ส.ค. / 2555


ความคิดเห็นที่ 1
พุธ ที่ 5 เดือน ธันวาคม พ.ศ.2555 เวลา 14:15:38
อยากให้ฉลยแนวคิด
โดย : wirada_706@hotmail.com    ไอพี : 110.49.248.214



ชื่อ/Email :
ใส่รหัสที่ท่านเห็นลงในช่องนี้
ไอคอน : ย่อหน้า จัดซ้าย จัดกลาง จัดขวา ตัวหนา ตัวเอียง เส้นใต้ ตัวยก ตัวห้อย ตัวหนังสือเรืองแสง ตัวหนังสือมีเงา สีแดง สีเขียว สีน้ำเงิน สีส้ม สีชมพู สีเทา
อ้างอิงคำพูด เพิ่มเพลง เพิ่มวีดีโอคลิป เพิ่มรูปภาพ เพิ่มไฟล์ Flash เพิ่มลิงก์ เพิ่มอีเมล์
ความคิดเห็น :


กรุณาใช้คำพูดที่สุภาพ และอย่าใช้คำพูดที่พาดพิงถึงบุคคลอื่นให้เสียหาย ขอขอบคุณที่ให้ความร่วมมือ


ข้อความที่ท่านได้อ่าน เกิดจากการเขียนโดยสาธารณชน และส่งขึ้นมาแบบอัตโนมัติ เจ้าของระบบไม่รับผิดชอบต่อข้อความใดๆทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือ ชื่อผู้เขียนที่ได้เห็นคือชื่อจริง ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และถ้าท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม กรุณาแจ้งที่ mocyc@hotmail.com เพื่อให้ผู้ควบคุมระบบทราบและทำการลบข้อความนั้น ออกจากระบบต่อไป

กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์

โรงเรียนศรีบุณยานนท์ จังหวัดนนทบุรี