วันพฤหัสบดีที่ 24 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2554

น.ส. ภารดี พิทักษ์วรบุตร ม.5/2 เลขที่ 28 (เรื่อง.....)

เรื่อง.....แม่เหล็กไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเส้นลวดจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบๆเส้นลวด  ลักษณะของสนาม              แม่เหล็กขึ้นอยู่กับรูปร่างของเส้นลวดและกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนี้ เขียนได้โดยวิธีเดียว  กับสนามแม่เหล็กจาก แม่เหล็กถาวร  ผลที่เกิดขึ้นเรียกว่า  แม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งใช้สร้างแม่เหล็กที่มีกำลังสูง  และ ใช้สำหรับทำให้เกิดการเคลื่อนที่โดยกระแสไฟฟ้า
                                                          แสดงการไหลของกระแสไฟฟ้า
กฏว่ายน้ำของแอมแปร์  กล่าวว่า  ขั้วเหนือของเข็มทิศซึ่งวางอยู่ใกล้เส้นลวดที่มีกระแสไฟฟ้า
ไหลผ่าน  จะเบนไปทางมือซ้าย ของคนที่ว่ายน้ำไปในทิศทางที่กระแสไหล  โดยหันหน้าเข้าหาเส้นลวด
                                                  กฏว่ายน้ำของแอมแปร์

ขดลวด (Coil)  หมายถึง  ขดลวดหลายๆขดที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน  ทำได้โดยใช้เส้นลวดพันรอบวัตถุที่เป็นแกน  ตัวอย่างเช่น ขดลวดแบนและโซลินอยด์
ขดลวดแบน  (Flat  coil  or  plane coil)  เป็นขดลวดที่มีความยาวน้อยเมื่อเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลาง
โซลินอยด์ (Solenoid) เป็นขดลวดที่มีความยาวมากเมื่อเทียบกับเส้นผ่านศูย์กลางสนามแม่เหล็กที่เกิดจากโซลินอยด์คล้ายกับแท่งแม่เหล็ก  ตำแหน่งของขั้วขึ้นอยู่กับทิศของกระแสไฟฟ้า
แกน (Core)  เป็นวัตถุที่ใช้เป็นแกนของขดลวดเป็นสิ่งบอกความเข้มสนามแม่เหล็ก  สาร
แม่เหล็กชั่วคราว  หรือเหล็กอ่อนทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูง  และนิยมใช้ทำแม่เหล็กไฟฟ้า
                                                       โซลินอยด์ และ สนามแม่เหล็กของโซลินอยด์
กฏสกรูของแมกซ์เวลล์  กล่าวว่า ทิศของสนามแม่เหล็กรอบๆ  เส้นลวดที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน  จะอยู่ในทิศสกรูหมุน  เมื่อขันสกรูเข้าไปตามทิศของกระแสไฟฟ้า
                                                สกรูของแมกซ์เวลล์

กฏมือขวา (Right-hand grip rule)  กล่าวว่า ทิศของสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดอยู่ในแนวนิ้วมือขวาที่กำรอบเส้นลวด  โดยที่นิ้วหัวแม่มือชี้ไปตามทิศของกระแสในเส้นลวด
                                              กฏมือขวาบอกการไหลของกระแสไฟฟ้าในสายไฟ 
แม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnet)  เป็นโซลินอยด์ซึ่งมีแกนเป็นสารแม่เหล็กชั่วคราวทำให้ มีอำนาจแม่เหล็กหรือหมดอำนาจโดยเปิด-ปิดสวิตซ์  แม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ทั่วไปถูกสร้างขึ้นให้ 2 ขั้วที่ต่างกัน อยู่ใกล้กันเพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กความเข้มสูง  แม่เหล็กไฟฟ้ามีประโยชน์มากมาย ดังตัวอย่างข้างล่าง
                                                      
ประโยชน์ของแม่เหล็กไฟฟ้า (Applications  of  electromagnets) แม่เหล็กไฟฟ้ามีประโยชน์มากมาย  ใช้หลักการที่แม่เหล็กดูดแผ่นโลหะเมื่อว่างวงจรปิดซึ่งเป็นการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล  เช่นพลังงานเสียง
ออตไฟฟ้า (Applications  of  electromagnets)  เป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดเสียงจากกระแสตรง  แผ่นโลหะจะถูกดูดโดยแม่เหล็กไฟฟ้า  ทำให้จุดสัมผัสแยกออก  มีผลให้กระแสที่เข้ามายังแม่เหล็กไฟฟ้าหยุดไหล  ดังนั้นแผ่นโลหะจึงดีดกลับ  เกิดขึ้นเช่นนี้เรื่อยๆ มีผลให้แผ่นโลหะสั่นเกิดเสียงออตขึ้น  ในกระดิ่งไฟฟ้ามีค้อนติดกับแผ่นโลหะใกล้กับกระดิ่งเมื่อแผ่นโลหะสั่นค้อนก็จะเคาะกระดิ่ง
                                                          
หูฟัง (Earpiece)  เป็นอุปกรณ์ที่ใช้เปลี่ยนสัญญานไฟฟ้าเป็นคลื่อนเสียง ใช้แม่เหล็กถาวรดูดแผ่นไดอะแฟรม ความแรงของแรงดึงดูดเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้าในขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า  แผ่นไดอะแฟรมจะสั่นทำให้เกิดเสียง
                                                           
รีเลย์ (Relay)  เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นสวิตซ์  ปิดวงจรโดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้า  ใช้กระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยผ่านเข้าไปในขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า  เพื่อเปิดสวิตซ์ให้กระแสไฟฟ้าปริมาณมากไหลในอีกวงจรหนึ่ง
                                                                  
    

วันพุธที่ 26 มกราคม พ.ศ. 2554

น.ส. ภารดี พิทักษ์วรบุตร ม.5/2 เลขที่ 28

การเคลื่อนที่แบบซิมเปิลฮาร์โมนิค
(Simple Harmonic Motion)
  การเคลื่อนที่แบบซิมเปิลฮาร์โมนิค หรือที่เรียกว่าการเคลื่อนที่แบบ S.H.M เป็นลักษณะการเคลื่อนที่แบบกลับไปกลับมา  เช่นการสั่นของสปริง การแกว่งของชิงช้า   หรือลูกตุ้มนาฬิกา เป็นต้น

  


ตัวอย่าง  การสั่นสะเทือนของใบลำโพงเป็นการเคลื่อนที่แบบซิมเปิลฮาร์โมนิก ดังรูป  ถ้าวัดความถี่สูงสุด  f = 1.0 kHz   และแอมพลิจูด  A = 2.0 ´10-4 m   จงหาความเร่งสูงสุดของใบลำโพง
แผ่นไดอะแกรมของลำโพงให้ความถี่ของเสียง 1.0 kHz
วิธีทำ



 

เสียงสะท้อนและเสียงก้อง
   เมื่อคลื่นเสียงเมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่ไปจนถึงสุดปลายของตัวกลางและพบตัวกลางที่มีความหนาแน่นกว่ามาก เช่น ผนัง กำแพง ฯลฯ คลื่นเสียงจะเกิดการสะท้อนกลับมายังแหล่งกำเนิดเสียงอันเป็นไปตามกฎของการสะท้อน


    สมมติเพื่อนของท่านซึ่งยืนอยู่ใกล้ๆท่านกำลังตะโกนใส่ผนังที่อยู่ห่างออกไป เนื่องจากสมองมนุษย์จะยังจำเสียงติดหูอยู่ได้ภายในช่วงเวลา 0.1 วินาทีหลังจากที่ได้ยินเสียงอันเกิดจากการหน่วงของระบบประสาท ดังนั้น หากผนังอยู่ค่อนข้างไกล และท่านได้ยินเสียงที่สะท้อนกลับมาหลังจากที่ท่านได้ยินเสียงจากแหล่งจริง (คือจากปากเพื่อนของท่าน) นานกว่า 0.1 วินาที ท่านจะได้ยินเสมือนเป็น 2 เสียง คือเสียงจากแหล่งจริง และหลังจากนั้น  เล็กน้อยก็จะได้ยินเสียงที่สะท้อนจากผนัง เราเรียกเสียงสะท้อนในกรณีนี้ว่า เสียงสะท้อน (echo)


    แต่หากสมมติว่าผนังอยู่ไม่ห่างนัก เมื่อเพื่อนของท่านตะโกน เสียงสะท้อนจะมาถึงหูท่านภายในเวลาน้อยกว่า 0.1 วินาที ในกรณีนี้ท่านจะได้ยินเสียงจากแหล่งจริงและเสียงสะท้อนต่อเนื่อง  เหมือนเป็นเสียงเดียวกัน เสียงที่สะท้อนในกรณีหลังนี้เราเรียกว่า เสียงก้อง (reverberation)


     โดยทั่วไปแล้ว หากผนัง กำแพง หรือวัตถุขวางกั้น อยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงเกินกว่า 17 เมตร (ระยะโดยประมาณ) ผู้ฟังที่อยู่ใกล้แหล่งกำเนิดเสียงจะได้ยินเสียงสะท้อน แต่หากผนังอยู่ภายในระยะ 17 เมตร ผู้ฟังจะได้ยินเสียงก้อง

ลองดูภาพข้างล่างนี้เพื่อช่วยความเข้าใจ สังเกตดูเวลาด้วย

คลื่นตามยาวสะท้อน
 
สปริงเพนดูลัม
 ลากลูกตุ้มเพนดูลัมจากตำแหน่งเริ่มต้น และปล่อยเพนดูลัมจะเริ่มเคลื่อนที่โดยเราสามารถกำหนดความยาวสปริงของลูกตุ้มได้

วันอังคารที่ 11 มกราคม พ.ศ. 2554

น.ส. ภารดี พิทักษ์วรบุตร ม.5/2 เลขที่ 28

โมเมนตัม (Momentum)

โมเมนตัม
(Momentum)
เป็นปริมาณการเคลื่อนที่ของวัตถุ ซึ่งปริมาณนี้จะบอกถึงความพยายามที่วัตถุจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้า
ปริมาณโมเมนตัมที่กำหนดขึ้นนี้ มีขนาดมากน้อยเพียงใด ขึ้นอยู่กับมวลและความเร็วของวัตถุในขณะนั้น ตามความสัมพันธ์ว่า
โมเมนตัม = มวล x ความเร็ว
โมเมนตัมเป็นปริมาณเวคเตอร์ มีทิศทางตามทิศของความเร็ว มีหน่วยเป็นกิโลกรัม-เมตร/วินาที (kg.m/s)
2. แรงและการเปลี่ยนโมเมนตั
มาพิจารณาวัตถุมวล m กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว มีแรงคงที่ มากระทำต่อวัตถุในช่วงเวลา เป็นผลให้วัตถุมีความเร็วเป็น เมื่อใช้กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 2 ของนิวตัน
แรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ = อัตราการเปลี่ยนโมเมนตัมของวัตถุนั้น
ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่าโมเมนตัมเป็นปริมาณเวคเตอร์ ดังนั้นเมื่อโมเมนตัมมีการเปลี่ยนแปลงไป การคำนวณหาโมเมนตัมลัพธ์ก็ใช้หลักการของเวคเตอร์ ถ้าให้แรง กระทำต่อวัตถุที่มีโมเมนตัม ทำให้โมเมนตัมเปลี่ยนไปเป็น พิจารณาได้เป็น 3 กรณี :-
ก. เมื่อทิศทางของแรง อยู่ในทิศเกี่ยวกับ และ
(ทำให้ v>u)
ข. เมื่อทิศทางของแรง อยู่ในทิศสวนทางหรือตรงข้ามกับ และ
(ทำให้ v>u)
ค. เมื่อทิศทางของแรง ไม่อยู่ในทิศเดียวกับ และ
3. การดลและแรงดล (Impulse and Impulsive Force)
จากสมการ
แรงลัพธ์ x เวลา = การเปลี่ยนโมเมนตัมของวัตถุนั้น
ค่าของแรงลัพธ์คูณกับเวลา เราเรียกปริมาณนี้ว่า การดล มีหน่วยเป็นนิวตัน.วินาทีหรือกิโลกรัม.เมตร/วินาที ซึ่งก็เป็นปริมาณที่บอกถึงการเปลี่ยนโมเมนตัมของวัตถุนั่นเอง โดยอธิบายได้ว่า สำหรับการเปลี่ยนโมเมนตัมของวัตถุที่เท่ากัน ถ้าออกแรงมากเวลาที่ใช้ก็น้อย แต่ถ้าเวลาที่ใช้มากแรงที่ใช้ก็มีค่าน้อย ดังกราฟ หมายเหตุ พื้นที่ได้กราฟเป็นการเปลี่ยนโมเมนตัมโดย
พื้นที่ A = พื้นที่ B
การดลที่อาจพบเห็นในชีวิตประจำวันได้แก่ ลูกกระสุนปืนวิ่งกระทบเป้า รถยนต์ชนกัน การตอกตะปูด้วยค้อน การตีลูกเทนนิสหรือลูกขนไก่ ลูกกระทบกันของลูกบิลเลียด
การดลที่ยกตัวอย่างนี้ เป็นการดลที่ใช้เวลาสั้น ๆ แรงซึ่งกระทำในช่วงเวลาสั้น ๆ นี้เราเรียกว่า แรงดล มีหน่วยเป็นนิวตัน
4. การถ่ายทอดโมเมนตัมและพลังงานจลน์ในการชนของวัตถุ
เพื่อที่จะดูว่าเมื่อวัตถุชนกันแล้ว โมเมนตัมจะมีการเปลี่ยนเพิ่มขึ้นหรือสูญหายไปไหนหรือไม่ ลองมาพิจารณาระบบต่อไปนี้
ให้วัตถุ A และมี B มีมวล mA, MB ความเร็ว , ตามลำดับดังรูป
หลังวัตถุทั้งสองวิ่งเข้าชนกัน ให้มีความเร็วเป็น , ขณะที่วัตถุ A,B ชนกัน จะเกิดแรงกระทำต่อกัน
(แรงกริยา = แรงปฏิกิริยามีทิศตรงข้าม)
แรงที่ A กระทำต่อ B = แรงที่ B กระทำต่อ A
สรุปได้ว่า เมื่อมีการชนกันของวัตถุ โมเมนตัมรวมก่อนชน = โมเมนตัมรวมหลังชน เราเรียก หลักการทรงโมเมนตัม (principle of Conservation of Momentum)
หลักการนี้มีประโยชน์มากโดยเฉพาะในกรณีที่ไม่ทราบเกี่ยวกับแรงที่กระทำต่อกัน
5. แบบของการชนกัน และพลังงานจลน์ในการชน
5.1 การชนแบบยืดหยุ่น (elastic collision)
เมื่อชนแล้ววัตถุจะแยกออกจากกัน โมเมนตัมก่อนชน = หลังชน, พลังงานจลน์ของวัตถุก่อนและหลังชนมีค่าเท่ากัน
นอกจากนี้สำหรับการชนกันใน 1 มิติ มีลักษณะที่น่าสังเกตคือ
ก. ถ้ามวลทั้งสองเท่ากัน โดยมวลก้อนแรกเคลื่อนที่ ส่วนมวลก้อนที่สองหยุดนิ่ง ภายหลังการชน จะได้ว่า มวลก้อนแรกหยุดนิ่ง มวลก้อนที่สองจะกระเด็นไปด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วเท่ากับความเร็ววัตถุก้อนแรก ดังรูป
ข. ถ้ามวลไม่เท่ากัน แยกพิจารณาดังนี้
มวลก้อนใหญ่วิ่งไปชนมวลก้อนเล็ก ภายหลังการชน มวลก้อนใหญ่และมวลก้อนเล็กจะเคลื่อนที่ไปในทิศเดียวกัน แต่มวลก้อนใหญ่ มีความเร็วลดลง ดังรูป
มวลก้อนเล็กวิ่งไปชนมวลก้อนใหญ่ ภายหลังการชน มวลก้อนเล็กจะกระเด็นกลับ ส่วนมวลก้อนใหญ่จะเคลื่อนที่ไปในทิศเดียวกับมวลก้อนแรกก่อนชน ดังรูป
สำหรับการชนกันใน 2 มิติ ภายหลังการชนกันมวลทั้งสองจะแยกออกจากกันไปคนละทิศทาง ถ้ามวลทั้งสองก้อนเท่ากัน (m1 = m2 = m) จะได้ว่ามุมที่แยกกันหลังการชนจะรวมกันเป็นมุมฉาก
การทรงโมเมนตัมจะต้องคิดเป็นแกน ๆ ไป
สรุปได้ว่า ถ้ามวล m1 = m2 = m ภายหลังการชนกันจะแยกจากกันเป็นมุมฉาก
5.2 การชนแบบไม่ยืดหยุ่น (inclastic collistion)
เมื่อชนแล้ววัตถุจะติดกันไปโมเมนตัมก่อนชน = หลังชน ส่วนพลังงานจลน์ไม่เท่ากัน เช่น รถยนต์ชนกัน
ในกรณีชนแบบยืดหยุ่น มาพิจารณาลักษณะเพิ่มเติม โดยกำหนดให้วัตถุ 2 ก้อนมีมวล, ความเร็วต้น และความเร็วปลาย เป็น m1,u1,v1 และ m2,u2,v2 ตามลำดับเมื่อวัตถุทั้ง 2 ชนกัน เกิดการทรงโมเมนตัม และพลังงานจลน
โมเมนตัมก่อนชน = โมเมนตัมหลังชน
พลังงานจลน์ก่อนชน = พลังงานจลน์หลังชน
จาก 1 และ 2 สามารถหาได้ว่า
ซึ่งในการคำนวณโจทย์ การชนกันแบบยืดหยุ่น เราสามารถใช้
ความสัมพันธ์ นี้มาช่วย คำนวณได้ จะทำให้ประหยัดเวลาได้มากทีเดียว
หมายเหตุ กรณีการชนแบบไม่ยืดหยุ่น a # 1
6. การเคลื่อนที่ของจุดศูนย์กลางมวล
เมื่อวัตถุคู่หนึ่งวิ่งเข้าหากัน หรือวิ่งออกจากกันจุดศูนย์กลางของมวลของวัตถุคู่นั้นย่อมมีการเคลื่อนที่ไปด้วย การศึกษาการชนกันของวัตถุอาจพิจารณาถึงจุดศูนย์กลางมวลได้เช่นกัน ความเร็วของจุดศูนย์กลางของมวลจะเป็นไปตามสมการ