วิชาการ.คอม-บทเรียนออนไลน์-เครื่องกล | บทเรียน วิชาการ.คอม
ฟิสิกส์
 

เครื่องกล

สร้างเมื่อ 28 มิ.ย. 2554 10:26:25
  • ระดับม.4
  • 5,927 view

เครื่องกล (Machines)
          เครื่องกล ได้แก่อุปกรณ์ที่ช่วยให้การทำงานสะดวกขึ้นหรือง่ายขึ้น เช่นงานในการยกของหนัก เครื่องกลจะช่วยให้ยกได้โดยใช้แรงที่น้อยลง  เป็นต้น  เครื่องกลพื้นฐานที่จัดเป็นเครื่องกลอย่างง่าย    (simple machines)  มี 6 อย่างได้แก่ คาน ลิ่ม รอก พื้นเอียง สกรู และ ล้อกับเพลา การอธิบายว่าเครื่องกลต่างๆ ช่วยให้ใช้แรงน้อยลงหรือทำงานได้สะดวดขึ้นนั้น อาจอาศัยหลักการของงาน เนื่องจากงานและพลังงานเป็นปริมาณที่คงตัว เครื่องกลจะไม่ช่วยให้เราทำงานได้มากกว่าที่เราทำงานให้กับเครื่องกล แต่อาจสูญเสียงานไปเล็กน้อย

     งานที่ทำโดยแรงที่ให้กับเครื่องกล  =  งานที่ได้รับจากเครื่องกล +  งานที่สูญเสียไปกับความเสียดทาน
          สำหรับระบบเครื่องกลที่ดี งานของแรงเสียดทานจะมีค่าน้อยเมื่อเทียบกับงานที่เครื่องกลกระทำ จึงอาจประมาณได้ว่า
               งานที่ทำโดยแรงที่ให้กับเครื่องกล     =     งานที่ได้รับจากเครื่องกล
          ประสิทธิภาพของเครื่องกลหาได้จาก   
 
      ในทางปฏิบัติ  ระบบจะมีการสูญเสียพลังงานไปบ้างกับความเสียดทานภายในระบบของเครื่องกล  โดยงานที่เอาชนะความเสียดทานไม่สามารถนำคืนกลับมาใช้ให้เป็นประโยชน์ประสิทธิภาพจึงมีค่าน้อยกว่า 1 หรือน้อยกว่า 100 เปอร์เซ็นต์
          สำหรับรอกที่ติดตั้งดังรูป  5.16  จะเห็นว่าการใช้รอกช่วยในการยกวัสดุที่มีมวลมากๆ  สามารถทำได้โดยใช้แรงเพียงครึ่งเดียว
          จากรูป  5.16  ออกแรง F ที่เชือกทำให้ปลายเชือกเคลื่อนที่ในระยะทาง s  และทำให้วัตถุมวล  m   เคลื่อนที่ได้ระยะทาง  h ดังนั้นถ้าพิจารณาการทำงานของระบบรอก งานที่ให้แก่ระบบรอก คือ  Fs ส่วนงานที่ได้จากระบบรอกคือ  Wh  และถ้าไม่มีการสูญเสียพลังงานจากความฝืดของรอก  จากกฎการอนุรักษ์พลังงานจะได้ว่า
Fs = Wh
          สำหรับการหาค่าของ  F นั้นถ้าใช้หลักการของสมดุลก็คำนวณหาค่าที่ต้องการได้ หรือใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานจะช่วยในการตรวจสอบความถูกต้องของคำตอบและความเป็นไปได้ของค่าต่างๆ ในที่นี้ Fมีค่าเท่ากับความดึงของเชือกซึ่งจะเท่ากับครึ่งหนึ่งของน้ำหนัก หรือคิดจากงานซึ่ง  s  เป็นสองเท่าของ h ซึ่งให้ค่าของแรงที่ใช้เท่ากัน (รอกตัวบนเพียงช่วยให้ใช้แรงสะดวกขึ้น)  ในทางปฏิบัติ   Fs  จะมากกว่า  Wh  เนื่องจากต้องทำงานบางสวนเอาชนะแรงเสียดทานต่างๆ นั่นคือ  F  จะมากว่า  W/2  อัตราส่วนของการเคลื่อนที่ คือ \displaystyle \frac{s}{h} เรียกอัตราส่วนความเร็ว (velocity ratio)  และถือเป็นการได้เปรียบเชิงกลเชิงทฤษฎี (สำหรับตัวอย่างนี้คือ  2/1)
 


รูป 5.16 รอก   


          สำหรับเครื่องกลแบบอื่นๆ จะสามารถหาการได้เปรียบเชิงกล แรงที่ต้องใช้ ฯลฯ จากการพิจารณาแรงในสมดุลและหลักการที่พลังงานเป็นปริมาณที่อนุรักษ์
 


รูป 5.17  ตัวอย่างเครื่องกลประเภทคานและพื้นเอียง



            หากต้องการยกวัตถุหนักเพียงเล็กน้อย เราอาจใช้คานช่วยงัด โดยให้แขนข้างที่ออกแรงยาว  หรือถ้าต้องการยกรถขึ้นที่สูง  เราอาจใช้แรงที่น้อยกว่าการยกตรงๆ   โดยการเข็นขึ้นพื้นเอียง  เครื่องมือเครื่องใช้ที่อำนวยความสะดวกในการใช้ทำงาน ได้ใช้หลักการของเครื่องกลอยู่แล้ว เช่น หัวค้อนที่ใช้ถอนตะปู กรรไกร คีมตัดเหล็ก แม่แรงยกรถ ไขควง เป็นต้น