ร่มพยุงไข่

หลักการ

ที่มา; https://www.flickr.com/photos/devilteacher/7451755716/lightbox/

พื้นที่ผิวของวัตถุที่สัมผัสกับอากาศยิ่งมากวัตถุนั้นจะเคลื่อนที่ผ่านอากาศได้ยากขึ้น  ร่มชูชีพยิ่งมีขนาดใหญ่จะยิ่งเคลื่อนที่ได้ช้าลงซึ่งเป็นสิ่งที่นักกระโดดร่มต้องการ การสร้างร่มชูชีพต้องใช้ผ้าร่มจำนวนมาก เพื่อให้ขณะที่ร่มเคลื่อนที่ลงมา จะสามารถเก็บอากาศไว้ภายในร่มมากที่สุดเท่าที่จะมากได้ อากาศที่อยู่ใต้ผ้าร่มจะดันให้ร่มลอยไปตามลม (วัตถุจะตกลงจุดใดขึ้นอยู่กับอัตราเร็วของเครื่องบินขณะปล่อย และอัตราเร็วของลมบริเวณนั้นด้วย)

ผู้เชี่ยวชาญ

 

 

อยากเป็นผู้เชี่ยวชาญ ด้านการประดิษฐ์สื่อนวัตกรรมการสอนฟิสิกส์

ยกเหรียญด้วยหลอด

หลักการของการยกเหรียญด้วยหลอด

         เมื่อเราดูดเหรียญด้วยหลอด แล้วสามารถยกเหรียญนั้นขึ้นมาได้ เกิดจากเหรียญนั้นถูกอากาศดันไว้ทและภายในหลอดจะมีแรงดูดของเราก็จะเป็นการสูบอากาศขึ้นมาภายในหลอด เข้าไปก่อนทำให้อากาศภายในหลอดมีแรงดันลดลงตามปริมาณอากาศที่น้อยลงไปจากการดูด จากนั้นอากาศภายนอกหลอดจึงสามารถดันเหรียญให้พุ่งเข้ามาติดกับหลอดได้

สร้างควันโดยไม่มีไฟ

หลักการการสร้างควันโดยไม่มีไฟ

โดยการนำกลักไม้ขีดไฟมาเผาแล้วนำมาบีบกับนิ้วมือ จะทำให้เกิดควันไฟขึ้นมา

กลักไม้ขีดเคลือบด้วยฟอสฟอรัสแดงที่มีคุณสมบัติติดไฟได้ง่าย และเมื่อเรานำไม้ขีดไฟมาขีดกับข้างกลักไม้ขีดก็จะทำให้เกิดการเสียดสีและทำให้เกิดความร้อนขึ้นฟอสฟอรัสแดงจะระเหิดออกมารวมกับก๊าซออกซิเจนที่ได้จากหัวไม้ขีดทำให้เกิดเสียงดังฟู่และติดไฟได้

โดรน

หลักการของโดรน

 

ใบพัดหลักหมุนรอบแกนๆหนึ่ง ความเร็วที่ได้จากการหมุนจึงมีความแตกต่างกันตามระยะห่าง จากแกนจุดที่อยู่ใกล้กับแกนหมุนมากที่สุด จะใช้ระยะทางน้อยกว่าจุดที่อยู่ปลายสุดของใบพัดในการเคลื่อนที่ ให้ครบรอบในเวลาเดียวกัน เนื่องจากความเร็วที่ปลายใบพัดมีมากกว่าที่โคนใบพัด ทำให้เกิดความแตกต่างในการสร้างแรงยก จากโคนใบพัดถึงปลายใบพัดตามไปด้วย
    หากต้องการให้โดรนสร้างแรงยกได้มากขึ้น จะต้องออกแบบให้ใบพัดหลักมีพื้นที่มากขึ้นเพื่อเพิ่มแรงยก สามารถทำได้ด้วยการเพิ่มขนาดและความยาวของใบพัดหลัก หรือเพิ่มจำนวนของใบพัด
    การหมุนของใบพัดหลัก จะสร้างแรงคู่ควบในแกนโรเตอร์ทำให้ลำตัวของเฮลิคอปเตอร์หมุนตามไปด้วย
    การสร้างแรงในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงควบคู่ของใบพัดท้าย ทำให้โดรน สามารถบินหรือลอยตัวนิ่งๆได้

ใบพัดของ โดรนจะใช้รูปทรงของแพนอากาศแบบสมมาตร การขึ้นรูปของใบพัดในโรงงานประกอบ จึงต้องมีรูปทรงภายนอกที่เป็นรูปของแพร อากาศ เพื่อสามารถสร้างแรงยกในปริมาณมากๆได้ ส่วนประกอบของกลีบใบจะประกอบไปด้วย
-ผิวของใบพัดโรเตอร์ที่ห่อหุ้มแพนอากาศโดยรอบของใบ พัด ใช้วัสดุคอมโพสิตแบบผสม มีทั้งเส้นใยแก้วและเส้นใยคาร์บอนไฟเบอร์แบบ Plain Weave สองชั้น ทำหน้าที่รับแรงบิดที่เกิดจากแรงต่างๆ ทางอากาศพลศาสตร์ในระหว่างการบิน
-ติดกับผิวชายหน้าและหลังใช้เส้นใยแก้วUD เพื่อรองรับแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางหรือแรงจีของกลีบใบพัด
-ชิ้น ส่วนในใจกลางของใบพัดใช้โฟมหรือกระดาษแข็งแบบรังผึ้ง ทำหน้าที่สร้างสมดุลย์ให้กับผิว และค้ำยันตลอดทั่วทั้งพื้นผิวเพื่อลดการยุบ ตัวของผิว
-แกนหลักของใบพัด ทำหน้าที่แบบเดียวกันกับแกนปีกหรือ Spar นอกเหนือจากการรับแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางแล้ว ยังทำหน้าที่เช่นเดียวกันกับแกนปีกของเครื่องบิน ที่รับแรงทางอากาศพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นบนกลีบใบพัด
-รอบชายหลังปีกใช้โลหะ ซึ่งจะช่วยในการปิดแพนอากาศทั้งหมดให้สามารถต้านทานแรงบิด และแรงต้านได้

 

ของเล่นจากลูกโป่ง

ปืนลูกโป่ง

อุปกรณ์

§  แกนกระดาษทิชชู

§  เหรียญ

§  ลูกโป่ง

§  กาว

§  สก็อตเทป

§  กรรไกร

วิธีทำ

1.            ใช้กรรไกรตัดลูกโป่ง (ตัดเอาแต่คอลูกโป่ง)

2.            ดึงคอลูกโป่งให้ดึง จากนั้นรัดปลายให้เรียบร้อย

3.            นำไปหุ้มกับแกนกระดาษทิชชูที่ตกแต่งเสร็จแล้ว

4.            ติดสก็อตเทป ส่วนที่หุ้มให้แน่น

วิธีเล่น

นำเหรียญใส่ลงไปในแกนกระดาษชำระ จากนั้นใช้มือดึงปลายลูกโป่งแล้วปล่อยมือ จากนั้นเหรียญก็จะพุ่งออกไป

หลักการทางฟิสิกส์

ลูกโป่งเป็นวัตถุที่มีความยืดหยุ่น เมื่อถูกดึงให้ยืดออกไปจากนั้นจะเกิดการสะสมที่เรียกว่า พลังงานศักย์ยืดหยุ่น และเมื่อเราปล่อยมือพลังงานศักย์จะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ พลังงานจลน์ก็คือ แรงที่ทำให้วัตถุเคลื่อน ดังนั้นถ้าเราออกแรงดึงลูกโป่งมากก็จะทำให้เกิดความเร็วกับเหรียญมากขึ้น

รถพลังยาง

หลักการของรถพลังยาง

ยางรัดของมีโครงสร้างโมเลกุลเป็นแบบลูกโซ่หรือแบบร่างเหขณะที่ถูกยืดออกนั้นโมเลกุลที่ขดม้วนงอเป็นก้อนจะเปลี่ยนรูปร่างเป็นค่อยข้างตรง ทำให้ความยาวของยางเปลี่ยนแปลงได้มาก พอแรงจากภายนอกหมดไป โมเลกุลแบบลูกโซ่จะสั่นสะเทือนด้วยความร้อนและหดกลับสู่สู่สภาพเดิม หากบิดยางจะทำให้โมเลกุลของยาง มีการบิดออกจากแนวเดิมและมีแรงทางฝั่งด้านขวา เมื่อเราบิดยางไปเรื่อยๆ จะทำให้มีแรงสะสมมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อปล่อยยางแปลว่าเราไม่ได้ออกแรงทางด้านซ้าย มีแต่แรงทางขวา ทำให้ยางเกิดการคลายตัว

การทำงานในการหมุน

                ในการหมุนของวัตถุที่ไม่เปลี่ยนทิศขอบแกนหมุน เมื่อมีทอร์กคงที่กระทำโดยมีแกนหมุนคงตัว ย่อมทำให้พลังงานจลน์ของการหมุนเปลี่ยนแปลง ซึ่งคล้ายกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ของวัตถุเมื่อมีงานมากระทำต่อวัตถุนั้น ดังนั้น งานของทอร์กคงที่ กระทำต่อวัตถุ จึงมีค่าเท่ากับ พลังงานจลน์ของการหมุนที่เปลี่ยนไป เขียนเป็นสมการได้ว่า            

เมื่อ w แทนงาน มีหน่วยเป็นจูล

     E แทนพลังงานจลน์

จรวดขวดน้ำ

หลักการของจรวดขวดน้ำ

 

การเคลื่อนที่ของจรวดพลังน้ำ สามารถอธิบายได้ด้วย กฏการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน ซึ่งอธิบายไว้ว่า ในธรรมชาติเมื่อมีการกระทำ(หรือแรง)ใดๆ ต่อวัตถุอันหนึ่ง จะปรากฏแรงที่มีขนาดเท่ากันแต่มีทิศทางที่ตรงกันข้าม กระทำกลับต่อแรงนั้นๆ

นอกจาก นี้ แล้ว ยังมีแรงอื่นๆ ที่มีส่วนสำคัญในการเคลื่อนที่ไป หรือต่อต้านการเคลื่อนที่ของจรวดอีก ซึ่งได้แก่ น้ำหนัก  แรงต้าน  และ แรงยก
น้ำหนัก (Weight)
               คือแรงเนื่องจากสนามความโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุ โดยทั่วไปในาการศึกษาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ เราจะพิจารณาถึง น้ำหนักรวมของวัตถุ ซึ่งเป็นแรงจากสนามความโน้มถ่วงที่กระทำ ณ ตำแหน่ง จุดศูนย์กลางมวล
แรงต้าน (Drag)
              คือ แรงที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของวัตถุ ผ่านในตัวกลางที่เป็นของเหลว (รวมถึงอากาศ) มีทิศในทางตรงกันข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ แรงต้านนี้เกิดเนื่องจากความแตกต่างของความเร็วที่ผิวสัมผัสของของแข็ง ในระหว่างที่มันเคลื่อนตัวผ่านไปในของเหลว ดังนั้นทุกๆส่วนของวัตถุจึงมีผลในการก่อให้เกิดแรงด้านนี้ ดังนั้นในการออกแบบจรวด หรืออากาศยานใดๆ จำเป็นต้องพิจารณาถึงรูปร่างของวัตถุนั้นด้วย
แรงยก (Lift)
                 เป็นแรงที่ทำหน้าที่พยุงอากาศยานให้ลอยได้ในอากาศ แรงยกโดยทั่วไปจะเกิดที่ส่วนของปีก และแพนหาง ที่มีการเคลื่อนที่ และรบกวนในการไหลของอากาศ ให้มีการเบี่ยงเบนทิศทาง ดังนั้นถ้าไม่มีการเคลื่อนที่ก็ไม่เกิดแรงยกขึ้น

การยิง

อากาศจะถูกอัดเข้าไปในจรวด โดยใช้สูบจักรยาน (หรือ อุปกรณ์อื่นๆ) สูบบางรุ่น จะมี มาตรวัดความดัน ทำให้ทราบถึงความดันภายในจรวด (โดยประมาณ) เพิ่มความปลอดภัยในการเล่นได้อีกระดับหนึ่ง ผู้เล่นควรระมัดระวังเรื่องแรงดันอากาศ เนื่องจากอาจเกิดการระเบิดขึ้นได้ ในกรณีที่แรงดันในขวดสูงเกินกว่าที่ขวดจะรับได้ ทางป้องกันอย่างหนึ่ง คือการใช้สายอัดอากาศที่ยาวพอประมาณ เพื่อเพิ่มระยะระหว่างผู้สูบ กับจรวด

พับรูปทรง 3มิติ

 

รูปทรงลูกบาศก์

มองกระจกแล้วเขียนตัวหนังสือ

ทำไม

           การที่เราเขียนตัวหนังสือมันกลับหน้าเป็นหลัง เหมือนกับเราอ่านตัวหนังสือจากด้านหลังของมัน

เป็นเพราะภาพสะท้อนจากกระจกนั้นมันสะท้อน3มิติ โดยที่ 2มิติ คือ มิติบน-ล่างกับ มิติซ้าย-ขวา สะท้อนภาพในทิศทางเดียวกับวัตถุ แต่มิติหน้าหลังสะท้อนภาพกลับทิศกับวัตถุ คือ เงาในกระจกหันหน้าไปทางตรงข้ามกับวัตถุจริง

 

บูมเมอแรง

หลักการของบูมเมอแรง

 

                จะเกิดแรงขึ้นทางด้านล่างและยกฟริสบีให้ลอยสูงขึ้น ดังนั้นเพื่อให้เกิดแรงยกบูมเมอแรงต้องเคลื่อนที่และหมุน ถ้าหยุดหมุนมันจะไม่มีแรงยกและตกลงมาตามแรงโน้มถ่วง การขว้างในแนวระดับจึงวกกลับไม่ได้ ที่ถูก ต้องจับบูมเมอแรงในแนวดิ่ง จะทำให้มันหมุนโค้งจากขวาไปซ้าย เพราะมีแรงกระทำไปทางซ้าย
            เมื่อบูมเมอแรงถูกขว้างออกไป   มันจะหมุนไปข้างหน้า   ความเร็วของปีกบนและปีกล่างเท่ากัน  เมื่อบวกความเร็วที่พุ่งไปข้างหน้า  ความเร็วสัมพัทธ์ของปีกบนจะมากกว่าความเร็วสัมพัทธ์ของปีกล่าง   ดังนั้นอากาศจะไหลผ่านปีกบนมากกว่าปีกล่าง เกิดแรงยกบนปีกด้านล่างทำให้บูมเมอแรงยกตัวลอยขึ้น

           ส่วนที่ทำไมมันถึงวกกลับได้ นั้นมันเกี่ยวกับทฤษฎีทางกลศาสตร์ของไหล  ซึ่งเป็นเหตุการณ์เดียวกับ เวลาที่ขี่จักรยานโดยไม่จับแฮนด์  เมื่อต้องการเลี้ยว ให้บิดตัวไปอีกด้านหนึ่ง  เท่ากับเราออกแรงกระทำกับขอบล้อด้านบน   ทำให้เกิดแรงกระทำกับล้อเมื่อหมุนไป 90 องศา ล้อจะบิดไปทางขวาหรือไม่ก็ทางซ้าย

ว่าว

 

หลักการของว่าว

 

 

1. กระแสลมที่เคลื่อนที่ไปในแนวขนานกับผิวโลกทางใดทางหนึ่ง อย่างสม่ำเสมอ
2. พื้นที่ให้กำลังยกหรือแรงยกได้แก่พื้นที่ของตัวว่าว
3. อุปกรณ์บังคับ ได้แก่ เชือกหรือด้ายรั้งว่าว และสายซุง ซึ่งทำหน้าที่ปรับมุมปะทะของอากาศกับพื้นที่ของตัวว่าว ทำให้เกิดแรงยกและแรงดัน

ดังนั้น การเล่นว่าวต้องอาศัยลม ลมเป็นปัจจัยที่เราไม่อาจควบคุมได้ บางวันลมแรง บางวันลมอ่อน เราจะควบคุมได้ก็เพียงตัวว่าวของเราเอง เมื่อว่าวปะทะลม จะมีแรงมาเกี่ยวข้องด้วย คือ แรงจากน้ำหนักของว่าว แรงฉุดไปตามทิศทางของลม และแรงยกในทิศทางตรงข้ามของน้ำหนัก ผลรวมของแรงทั้งสาม เกิดเป็นแรงลัพท์ที่ทำให้ว่าวลอยขึ้นไปได้ และทิศทางของแรงลัพท์นี้ จะอยู่ในแนวเดียวกับแนวเชือกว่าวที่ต่อออกจากคอซุงพอดี

ในขณะที่ว่าวเคลื่อนที่สวนทางลม และตัวว่าวทำมุมเงย ทำให้เกิดมุมปะทะกับพื้นที่ตัวว่าว ทำให้อากาศด้านบน (หลังว่าว) ไหลเร็วกว่าด้านล่างว่าว ความกดดันอากาศจึงลดลง ทำให้เกิดแรงยกขึ้น ในขณะเดียวกัน ลมด้านล่าง (ใต้ว่าว) เคลื่อนที่ช้ากว่า ทำให้เกิดความกดดันสูง จึงพยายามปรับตัวให้มีความดันเท่ากับด้านบน จึงดันว่าวให้ลอยขึ้นด้านบน

ว่าวจะขึ้นได้จะต้องมีแรงถ่วง (น้ำหนักของว่าว) น้อยกว่าแรงยก และแรงขับ (ลม) ต้องมีความเร็วมากพอที่จะชนะแรงต้าน ซึ่งมีทิศทางเดียวกับกระแสลม

รินน้ำด้วยเชือก

 

หลักการของการรินน้ำด้วยเชือก

 

 

1 แรงที่เกิดจากแรงยึดเหนียวระหว่างน้ำกับเส้นเชือก

2 แรงที่เกิดจากแรงยึดเหนียวของโมเลกุลของน้ำ

          ทั้งสองแรงนี้  ไม่สามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกได้ น้ำจึงไหลลงมาจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำ โดยเดินทางมาตามเส้นเชือก

 

Dunking Diver

 

หลักการของ Dunking Diver

 

         

           วัตถุลอยได้ เพราะมีอากาศถูกกักไว้ แรงลอยตัวก็จะเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่ถูกอากาศแทนที่ เมื่อเราบีบขวด ความดันภายในขวดเพิ่มขึ้น ทำให้ปริมาตรอากาศเล็กลง แรงลอยตัวจึงลดลงตามปริมาตรอากาศ วัตถุจึงจม  เมื่อเราคลายมือ ความดันอากาศภายในขวดก็จะลดลง ทำให้ปริมาตรอากาศเพิ่มขึ้น แรงลอยตัวก็เพิ่มขึ้นตามปริมาตรอากาศ วัตถุจึงลอย

            เรือดำน้ำก็ใช้หลักการเดียวกัน คือ ลดหรือเพิ่มปริมาณของน้ำและอากาศที่อยู่ในถังอับเฉาให้เหมาะสม โดยเรือจะสูบน้ำเข้าถังเพื่อให้เรือมีน้ำหนักมากกว่าน้ำแล้วจมลงใต้น้ำและถ้าปล่อยน้ำออกมาน้ำหนักจะลดลง เรือจึงลอยขึ้น

พับกระดาษ

พับกระดาษเป็นรูปต่างๆ

 

 

พับเป็นรูปหน้าสัตว์

 

รูปหน้าแมว

 

พับเป็นรูปสัตว์ (ทั้งตัว)

 

รูปกบ

 

พับเป็นรูปทั่วๆไป

รูปแก้วน้ำ



ของเล่นพื้นบ้าน

หลักการทางฟิสิกส์

หลักการของกำหมุนไม้ไผ่

 

                เมื่อเราดึงเชือกที่ยึดติดกับแกนกลางใบพัดจะทำให้ใบพัดหมุน เมื่อปล่อยมือ ใบพัดจะหมุนต่อเนื่องเพราะความเฉื่อย เมื่อดึงแล้วผ่อนเป็นจังหวะ ใบพัดจะเคลื่อนที่ต่อเนื่องตลอดเวลา เกิดจากโมเมนต์ความเฉื่อย นั่นก็คือ การที่วัตถุรักษาสภาพการหมุนอย่างต่อเนื่อง หลักการของกำหมุนไม้ไผ่ใช้อธิบายการปั่นจักรยานแล้วปล่อยให้ล้อหมุนเอง โดยไม่ต้องถีบ แต่จักรยานก็เคลื่อนที่ไปได้ในช่วงเวลาหนึ่งโดยไม่ต้องออกแรง

หลักการของลูกหวือ

มีโมเมนต์ความเฉื่อย เนื่องจากวัตถุจะพยายามรักษาสภาพเดิมของการหมุนเอาไว้  ดังนั้น เชือกจึงหมุนพันกลับมาเป็นเกลียวพร้อมที่จะดึงเชือกอีกครั้ง 

การหมุนของ เมล็ดลูกยาง จะมีเสียงคราง “หวือ” ๆ ๆ ๆ ตามจังหวะกระตุกเชือก เสียง “หวือ” จะดังมาก – น้อย แค่ไหน อยู่ที่ความเร็วในการหมุน + น้ำหนักของลูกยาง   เราจึงเลือกเมล็ดโต ๆ มาทำกัน เพราะมีน้ำหนัก 

หลักการของฉับโผง

คือจะสร้างแรงอัดอากาศ เมื่อสัมผัสกับลูกกระสูน (พลับพลา)จะสามารถกั้นอากาศไว้ได้ เมื่อกระสูนลูกแรกที่บรรจุเข้าไปด้านหน้ากระบอกกั้นอากาศไว้ แล้วกระสูนลูกที่สองตามหลังระหว่างลูกแรกและลูกอัดตามหลังมีอากาศอัดแน่นตามแรงดันของผู้เล่น ยิ่งดันแรง เสียงจะยิ่งดัง และไปได้ไกล หลักการนี้ จะเป็นหลักการเดียวกันกับปืนลูกซอง