ว่าวกระดาษ

ว่าวกระดาษ

หลักการทางวิทยาศาสตร์

             "ว่าว" จัดเป็นอากาศยานประเภทหนักกว่าอากาศ เพราะลอยตัวอยู่ในอากาศในลักษณะคล้ายคลึงกับเครื่องบิน ว่าวนั้นลอยตัวอยู่ในอากาศได้โดยกระแสลมพัดผลักดันให้เกิดแรงยกที่ตัวว่าว ซึ่งทำมุมเงย (มุมปะทะ) ประมาณ 45 องศา สวนทางกับกระแสลม สายป่านที่ล่ามว่าวอยู่นั้น ดึงรั้งไม่ให้ตัวว่าวหลุดลอยไป และดึงตัวว่าวให้ลอยอยู่บนท้องฟ้าตลอดเวลาที่มีกระแสลมพัดมา ถ้าลมไม่แรงพอว่าวจะทรงตัวอยู่ในอากาศไม่ได้

องค์ประกอบของว่าวที่จะลอยอยู่ในอากาศได้คือ

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 เกิดเป็นแรงลัพธ์ที่ทำให้ว่าวลอยขึ้นไปได้ และทิศทางของแรงลัพธ์นี้ จะอยู่ในแนวเดียวกับแนวเชือกว่าวที่ต่อออกจากคอซุงพอดี

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

ว่าวจะขึ้นได้จะต้องมีแรงถ่วง (น้ำหนักของว่าว) น้อยกว่าแรงยก และแรงขับ (ลม) ต้องมีความเร็วมากพอที่จะชนะแรงต้าน ซึ่งมีทิศทางเดียวกับกระแสลม

แรงที่กระทำต่อว่าว

แรงที่กระทำต่อว่าวที่สำคัญมี  3  แรง คือ  แรงของน้ำหนัก  W  แรงลม  P  และแรงตึงของเชือก  T

น้ำหนัก  W  ของว่าวมีทิศทางลงล่าง  แรงลม  P  เป็นแนวตั้งฉากกับว่าว  (หากไม่คำนึงถึงแรงเสียดทานที่เกิดกับว่าวแรงที่กระทำต่อสิ่งกีดขวางจะมีทิศทางเป็นแนวตั้งฉากกับพื้นผิวของสิ่งกีดขวาง)  แรงตึงของเชือก  T  จะมีทิศทางไปตามแนวเชือก

จากความรู้เรื่องสมดุลของแรงสามแรงนั้น  เส้นเวกเตอร์ของแรงลม  P  และน้ำหนัก  W  เมื่อวาดเป็นรูปสี่เหลี่ยม  เส้นทแยงมุมของแรงลัพธ์  R  ที่ผ่านจุดที่แรงลัพธ์กระทำจะมีทิศทางตรงข้ามกับเวกเตอร์ของแรงตึงเชือก  T  แต่มีขนาดเท่ากัน  (นั่นคือ อยู่บนเส้นตรงเดียวกัน)

สำหรับการดูว่าว่าวตัวใดจะขึ้นหรือไม่ เราพอจะดูได้จากความหนาแน่นของว่าว เมื่อคิดเป็นน้ำหนักต่อพื้นที่ตามสูตร D = W/S เมื่อ D คือความหนาแน่นของว่าว W คือน้ำหนักของว่าวทั้งตัว รวมเชือกด้วย และ S เป็นพื้นที่ปะทะลม ซึ่งก็คือ พื้นที่กระดาษที่ปิดตัวว่าว

สมมติน้ำหนักของว่าวเท่ากับ 200 กรัม (0.2 กิโลกรัม) พื้นที่ปะทะลม 1 ตารางเมตร ว่าวตัวนี้จะมีความหนาแน่น 0.2 ถ้าความหนาแน่นของว่าวเป็น 1 จะเหมาะกับสภาพลมแรง 0.5 เหมาะกับลมปานกลาง และ 0.2 เหมาะกับลมอ่อน

x

ว่าวกระดาษ

                                                                                

                                                                                 ว่าวกระดาษ

 

                  ในขณะที่ว่าวเคลื่อนที่สวนทางลม และตัวว่าวทำมุมเงย ทำให้เกิดมุมปะทะกับพื้นที่ตัวว่าว ทำให้อากาศด้านบน (หลังว่าว) ไหลเร็วกว่าด้านล่างว่าว ความกดดันอากาศจึงลดลง ทำให้เกิดแรงยกขึ้น       ในขณะเดียวกัน ลมด้านล่าง (ใต้ว่าว) เคลื่อนที่ช้ากว่า ทำให้เกิดความกดดันสูง จึงพยายามปรับตัวให้มี    ความดันเท่ากับด้านบน จึงดันว่าวให้ลอยขึ้นด้านบนว่าวจะขึ้นได้จะต้องมีแรงถ่วง (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

.ฉับโผง,ลูกหวือ,ลูกหึ่ง

1.  กำหมุนหรือกังหันหมุน หรือ ลูกหวือ

หลักการทางวิทยาศาสตร์ : การหมุนของกังหันหมุนนั้นมีหลักการทางวิทยาศาสตร์ว่าหมุนได้เพราะมีทอร์กจากเชือกมากระทำกับแกนหมุน เมื่อปล่อยเชือกจนหมด ความเฉื่อยเชิงมุมก็ทำให้แกนหมุนต่อไป และเริ่มขดเชือกเข้าไปใหม่เพื่อพร้อมดึงเชือกอีกครั้ง
การนำไปประยุกต์ใช้ : การทำสว่านมือ

2. ฉับโผง

หลักการทางวิทยาศาสตร์ : การสร้างแรงอัดอากาศ ในกระบอกไม้ไผ่ โดยเมื่อใส่กระดาษที่ชุบน้ำให้ชุ่มหรือลูกพลับพลาในกระบอกไม้ไผ่แล้วจะเกิดการสัมผัสกันระหว่างผิวของลูกกระสุน(กระดาษที่ชุบน้ำให้ชุ่มหรือลูกพลับพลา)กับภายในกระบอกไม้ไผ่ ยิ่งผิวสัมผัสระหว่างผิวทั้งสองแน่นมากเท่าไหร่ยิ่งสามารถกั้นอากาศได้ดี และเมื่อกระสุนลูกแรกที่บรรจุเข้าไปด้านหน้ากระบอกจะสามารถกั้นอากาศไว้ เมื่อบรรจุลูกที่สองตามหลังมาจะทำให้ปริมาตรพื้นภายในกระบอกไม้ไผ่ลดลงระหว่างลูกแรกแต่ปริมาณของลมในกระบอกไม้ไผ่ยังคงเท่าเดิม และเมื่อถูกอัดด้วยลูกที่สองมาเรื่อยๆทำให้มีอากาศอัดแน่นมากขึ้นตามแรงดันของผู้เล่น ยิ่งดันแรงยิ่งไปได้ไกล  โดยแรงที่เหลือส่วนหนึ่งจะเปลี่ยนเป็นเสียง และความร้อน

การนำไปใช้ประโยชน์ : การนำไปออกแบบทำลูกสูบเครื่องยนต์

3. ลูกหึ่ง

หลักการทางวิทยาศาสตร์ :  โมเมนต์ความเฉื่อย คือเมื่อเราออกแรงหมุนแผ่นเหล็กกลมจะทำให้เชือกพันกันเป็นเกลียวหลายๆรอบและเมื่อดึงให้ตึง ลูกหึ่งก็จะหมุนตามเกลียวที่ได้หมุนไว้ และเมื่อหมุนจนหมดเกลียวลูกหึ่ก็ยังหมุนต่อไปเพราะยังมีโมเมนต์ความเฉื่อย เนื่องจากวัตถุจะพยายามรักษาสภาพเดิมของการหมุนเอาไว้  ดังนั้น เชือกจึงหมุนพันกลับมาเป็นเกลียวพร้อมที่จะดึงเชือกอีกครั้ง 

พับกระดาษ พับกระดาษ 3 มิติ

พับกระดาษ

พับกระดาษเป็นรูปต่างๆ

 

 

พับเป็นรูปหน้าสัตว์

 

รูปหน้าแมว

 

พับเป็นรูปสัตว์ (ทั้งตัว)

 

รูปกบ

 

พับเป็นรูปทั่วๆไป

รูปแก้วน้ำ



การพับกระดาษ การพับกระดาษแบบสามมิติ รหัส024

การพับกระดาษ

หน้าหนู และ ผีเสื้อ

กล่องอเนกประสงค์

พับแบบสามมิติ :รูปลูกบาศก์

                                             

หลักการทางฟิสิกส์ของของเล่พื้นบ้าน รหัส024 พรรณิษา สมทรัพย์

กำหมุน : ใช้มือกำกระบอกให้มั่น จับไม้ไผ่ท่อนเล็กๆแล้วดึงเชือกแกนใบพัดก็จะหมุนไป แล้วก็หมุนกลับไปมาตามจังหวะที่เราดึงและผ่อนเชือก  โดยใช้หลักการทางฟิสิกส์ ของแรงยืดหยุ่นของเชือกกับโมเมนต์ความเฉื่อยของการหมุน เมื่อเราดึงเชือกสุดแรงยืดหยุ่นและโมเมนต์ความเฉื่อยก็จะตีกลับไปในทางตรงข้าม ทำให้ใบพัดหมุนไปมาได้อย่างต่อเนื่องหากเราดึงและผ่อนเชือกในแรงที่เหมาะสม

ฉับโผง : ใช้แรงอัดอากาศ คือการที่ใช้ลูกสุนอัดไปยังตัวปืนคือกระบอกไม้ไผ่ แล้วใช้แกนไม้ดันกระสุนอย่างรวดเร็วจะเกิดแรงอัดอาศทำให้เกิดเสียง และกระสุนที่พุ่งออกไปจะแรงเเค่ไหนนั้นก็ขึ้นอยู่กับแรงดันของผู้เล่น

ลูกหึ่ง : ใช้หลักการความเฉื่อยของการหมุน เมื่อเราดึงเชือกจนตึง แล้วดึงออกมันก็จะหมุน แล้วมันจะหมุนจนสุดเชือกก็จะหมุนกลับอีกครั้ง และหมุนอยู่เรื่อยๆ ตามจังหวะที่เราหมุนและผ่อนแรงของเชือก

 นางสาวพรรณิษา  สมทรัพย์ รหัส 024

พับกระดาษ และ พับกระดาษ 3 มิติ 003

หมวก

ปู

นก 3 มิติ

หมี