การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

�������͹��躹�����
          �ѵ�ط������͹��������駢ͧǧ��������ç����ٹ���ҧ��зӵ���ѵ�ص�ʹ���Ҡ �蹡������͹���ͧ�١������к��ҧ���ç����ٹ���ҧ��͠ �ç�ѹ�ͧ�ҧ� �ѵ�ؼ١��͡���������ǧ���� �ç�֧������͡���ç����ٹ���ҧ� ����Ѻö¹�� ö�ѡ��ҹ¹�� ����ö�ѡ��ҹ�����蹺�����Һ�ç� �����ç���´�ҹ�����ҧ�ҧö�Ѻ��鹶��㹷�����ǡѺ�������͹���仢�ҧ˹�Ҡ �������ö�������駠 �е�ͧ���ç�������ٹ���ҧ��зӵ��ö��ǵ�駩ҡ�Ѻ�������͹����ç� ��� ��͠ �ç���´�ҹ�����ҧ�ҧö� �Ѻ��鹶���蹡ѹ� ���շ�Ⱦ��������ٹ���ҧ�����駢ͧ���

����������駺�����Һ
          �ҧ��� � ����� ����繾������§�ҡ� � ö��������������� ���Ͷ������ͧ��������ǹ����ҡ� ���Ҿ�鹽״� �������Ƿ���������駡���ҡ����� ��Р ��ҷҧ������դ������´�ҹ�٧�������Ǣͧö�����������駴��¤�����ʹ��¡���٧���仴��  �ʴ���Ҡ �ç���´�ҹ�����ҧ�ҧö�Ѻ��鹶�����ç���仺ѧ�Ѻ���ö����͹�����ǧ������¤������Ǣ�Ҵ˹�觠 � �� ��Ҥ�������㹡��������ö�ҡ��鹵�ͧ�����ç����ٹ���ҧ����ҡ��鹠�� �����§���ö������ٹ���ҧ�����駢ͧ������ҧ�駷��������դ�������� � �����������ö�����ѵ�Ҥ��������٧� ���ͧ�ҡ� �ç���´�ҹ�����ҧ��鹶��� �Ѻ� �ҧö��觷�˹�ҷ�����ç����ٹ���ҧ�դ�ҨӡѴ�з����ö���͡仹͡��䴠���������
��ػ��Ҡ ö�ѡ��ҹ¹�������������駺�����Һ�е�ͧ���§ö������ٹ���ҧ�ͧ�ҧ�����͠ ��Ҥ�������㹡�����������ҡ��鹠 ���Ѻ���е�ͧ���§ö� ��Р ����ҡ��鹴���

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

          ����Ѻ ö¹�������������駺�����Һ���¤������Ǣ�Ҵ˹�觷���ʹ��  ���繨е�ͧ������ç��¹͡�ҷ�����Դ�ç����ٹ���ҧ� �ç��¹͡�ç˹�觷�����������Ǡ ��͠ �ç���´�ҹ�����ҧ�ҧ�Ѻ���� ���ç���´�ҹ�Ҩ���դ������ҡ�͠ ���繵�ͧ������ç��¹͡����Ҫ��´��  �ç��¹͡������ǹ�������Դ����� �蹠 ������§�ͧö�ѡ��ҹ¹�������������Ǡ ��ö¹��з�������§Ẻö�ѡ��ҹ¹������� �Ըշ��з����͠ ���§���᷹

����������駺�������§
          �Ѩ�غѹ����dz�ҧ�駨ж١���ҧ����ա�����§� �¢ͺ�����ҹ�͡�駠 �١¡����٧���Ҵ�ҹ㹠 �������������§ö����������駠 (���ö��駩ҡ�Ѻ��鹶��������§)� ����ѧ�����ö����ö�����������»�ʹ��´����ѵ�Ҥ������Ƿ���ҡ�������� ���¡�ͺ���������§������Ѻ���дѺ�ҡ� ���͹��  �������Ѻ� ����դ����駢ͧ���� ��Р ��Ҵ�������Ǣͧö���ӡѴ����颳��������駹�鹠 �
          ���ҧ�á���� ��âѺ���ö���¤������Ѵ���ѧ� �������������駴��¤�����������Թ��Ҵ����˹�� �֧�л�ʹ���

������ç���´�ҹ㹡���������駠
          ������ç���´�ҹ㹡���������駠 ���Դ����������������ç�������ҧ㹤����駠 F� ����Դ�ҡ�ç���´�ҹ� ���¡�ç�����Ҡ �ç�������ٹ���ҧ� �������͹���������Ǡ ��Р ����������ҡ���ͧ����ç�ҡ� (������§����觵�ͧ�ҡ)

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

การเคลื่อนที่บนถนนโค้ง

ในกรณีที่รถเลี้ยวโค้ง แรงเสียดทานที่พื้นถนนกระทำกับด้านข้างของยางรถจะเป็นแรงสู่ศูนย์
กลาง ที่ทำให้รถยนต์เลี้ยวโค้งได้ และเนื่องจากแรงเสียดทานมีค่าจำกัดขึ้นกับสภาพถนน และยางรถ ดังนั้นแรงสู่ศูนย์กลางจึงมีค่าจำกัดด้วย   หากถนนมีความโค้งขนาดหนึ่งอัตราเร็วที่รถวิ่งขณะเลี้ยวโค้งต้องไม่เกินกว่าแรงเสียดทานทิศสู่ศูนย์กลาง  หากอัตราเร็วเกินก็จะทำให้รถไถลออกนอกโค้งเกิดอันตรายได้

การเลี้ยวโค้งจะง่ายและปลอดภัยขึ้นหากพื้นถนนถูกยกให้ ขอบถนนด้านนอกสูงกว่าขอบด้านใน ดังรูป

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

จาก

     

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

ดังนั้น
การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

และ

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

ดังนั้น

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
  หรือ 
การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

ที่มา: http://www.cpn1.go.th/media/thonburi/lesson/03_OtherMotion/index.html

Share this:

  • Twitter
  • Facebook

Like this:

ถูกใจ กำลังโหลด...

ในชีวิตประจำวันเราคงคุ้นเคยการการนั่งรถไม่ว่าจะเป็นรถยนต์ รถประจำทาง หรือรถจักรายานยนต์ ในขณะที่รถวิ่งไปบนท้องถนนที่เป็นทางโค้ง ผู้ขับจะต้องลดความเร็วลงเพื่อให้เข้าโค้งได้อย่างปลอดภัย หรืออาจสังเกตเห็นว่า รถจักรยานยนต์บางคันต้องเอียงทำมุมกับถนนราบในขณะที่เข้าโค้ง หรือเราอาจสังเกตเห็นบริเวณทางโค้งพื้นถนนจะยกตัวให้ลาดเอียง ทั้งนี้ เนื่องจากรถวิ่งบนท้างโค้งเป็นการเคลื่อนที่แบบวงกลม จึงมีแรงสู่ศูนย์กลางมากระทำต่อรถ นั่นเอง ดังนั้นในบทเรียนนี้เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับแรงที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่บนทางโค้ง และการขับขี่ที่ปลอดภัยบนทางโค้ง

                 รถวิ่งบนทางโค้งราบ

ขณะรถเลี้ยวโค้ง บนถนนโค้งราบ ซึ่งมีแนวทางการเคลื่อนที่เป็นวงกลม ดังรูป

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

                     ขณะที่รถวิ่งบนทางโค้งซึ่งเป็นการเคลื่อนที่แบบวงกลม ดังนั้นต้องมีแรงสู่ศูนย์กลางกระทำต่อรถ เมื่อพิจารณาแรงที่กระทำต่อรถ พบว่า ขณะที่รถเลี้ยวโค้งรถจะพยายามไถลออกจากโค้ง จึงมีแรงเสียดทาน ที่พื้นกระทำต่อล้อรถในทิศทางพุ่งเข้าในแนวผ่านจุดศูนย์กลางความโค้ง ดังนั้น แรงเสียดทานที่พื้นกระทำต่อล้อรถคือแรงสู่ศูนย์กลาง

แรงเสียดทาน       =     แรงสู่ศูนย์กลาง

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

การหาอัตราเร็วของรถสูงสุดที่รถเข้าโค้งได้อย่างปลอดภัย หาได้จากความสัมพันธ์

 

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

                                                                                                                                   

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

เมื่อ     

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
 คือ  สัมประสิทธิ์ของความเสียดทานระหว่างล้อรถกับถนน

v  คือ  อัตราเร็วสูงสุดขณะเลี้ยวรถได้อย่างปลอดภัย

r  คือ  รัศมีความโค้งของถนน

g  คือ ความเร่งโน้มถ่วงของโลก (

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
)

                           การหามุมเอียงของรถจักรยานยนต์ขณะเลี้ยวโค้ง

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

                       ขณะที่รถเลี้ยวโค้งจะมีแรงกระทำต่อรถ ได้แก่ น้ำหนักของตัวรถ (

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
) แรงปฏิกิริยาที่พื้นกระทำต่อรถ (
การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
) และแรงเสียดทานระหว่างล้อรถกับถนน (
การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
) จากภาพเราจะพบ แรงปฏิกิริยา (
การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
) และแรงเสียดทาน (
การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
) รวมกันได้แรงลัพธ์ที่กระทำต่อรถ 
การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
 ซึ่งเป็นแรงลัพธ์ที่ไม่ผ่านศูนย์กลางของมวล C.M. จะก่อให้เกิดโมเมนต์ ทำให้รถคว่ำขณะเลี้ยวโค้ง ดังนั้น ถ้าไม่ต้องการให้รถคว่ำขณะเลี้ยวโค้ง ต้องเอียงรถให้จุดศูนย์กลางของมวลผ่านแนวแรงลัพธ์ที่กระทำต่อรถ 
การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
 ขณะเลี้ยว ดังรูป สามารถพิจารณาแรงที่กระทำต่อรถ เมื่อเลี้ยวรถด้วยอัตราเร็วสูงสุด พบว่า

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

                        พิจารณาในแนวดิ่ง

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
                                           (1)

พิจารณาในแนวระดับ

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
                                            (2)

(2)/(1)   จะได้

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

เมื่อ 

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
 คือ  มุมที่รถจักรยานยนต์เอียงจากแนวดิ่ง

v คือ  อัตราเร็วขณะเลี้ยว

r คือ รัศมีความโค้งของถนนขณะเลี้ยว

 

                   รถวิ่งบนทางโค้งเอียงลื่น

การเลี้ยวรถบนถนนโค้งราบ เราพบว่า รถจะเลี้ยวได้เร็วหรือช้า ขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์ของความเสียดทานระหว่างพื้นถนนกับล้อรถ กล่าวคือ ถ้าค่าสัมประสิทธิ์ของความเสียดทานมีค่ามาก รถสามารถเลี้ยวเข้าโค้งด้วยความเร็วสูง แต่ถ้าสัมประสิทธิ์ของความเสียดทานมีค่าเป็นศูนย์รถจะไม่สามารถเลี้ยวโค้งได้ ดังนั้น จึงมีการออกแบบถนนโดยการเอียงพื้นถนนเพื่ออาศัยแรงปฏิกิริยาที่พื้นกระทำต่อรถเป็นแรงสู่ศูนย์กลางแทนแรงเสียดทาน ทำให้รถสามารถเลี้ยวโค้งได้อย่างปลอดภัย

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

               พิจารณาการเคลื่อนที่เข้าโค้งของรถบนถนนเอียง พบว่า แรงปฏิกิริยาที่พื้นกระทำต่อรถ สามารถแตกแรงออกเป็นแนวระดับและในแนวดิ่ง ซึ่งแรงในแนวระดับ 

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
 มีทิศทางพุ่งผ่านจุดศูนย์กลางของความโค้งถนน ดังนั้น

แนวระดับ    

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
                                           (1)

แนวดิ่ง        

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
                                                             (2)

(1)/(2) จะได้

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

เมื่อ 

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
 คือ  มุมที่พื้นถนนเอียงจากแนวระดับ

v คือ  อัตราเร็วสูงสุดขณะเลี้ยวบนโค้งเอียง

r  คือ รัศมีความโค้งของถนน

ตัวอย่าง 1 รถคันหนึ่งเลี้ยวโค้งบนถนนราบด้วยรัศมีความโค้ง 100 เมตร ถ้าสัมประสิทธิ์ของความเสียดทานระหว่างล้อกับถนนเป็น 0.4 รถคันนี้จะเลี้ยวโค้งด้วยอัตราเร็วสูงสุดเท่าใด

แนวคิด จากข้อมูลที่มี เราทราบว่า r = 100 m และ 

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
 ต้องการหาความเร็วสูงสุด v

จาก  

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

ดังนั้น 

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

ตอบ รถเลี้ยวโค้งด้วยอัตราเร็วสูงสุด 20 เมตรต่อวินาที

ตัวอย่าง 2 รถจักรยานยนต์คันหนึ่งวิ่งบนทางโค้ง ซึ่งเอียงทำมุม 30 องศา กับแนวระดับ ถ้าคนขี่เอียงรถทำมุม 15 องศากับแนวที่ตั้งฉากกับพื้นเอียง จงหาว่ารถจักรยานยนต์จะแล่นได้เร็วที่สุดเท่าไรแล้วยังปลอดภัย เมื่อรัศมีความโค้งของถนน 160 เมตร

แนวคิด ในการแก้ปัญหา เริ่มจากการเขียนรูปแล้วใส่แรงกระทำต่อคนและรถ  แล้วใช้แนวคิดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่บนทางโค้งแก้ปัญหา

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

                 พิจารณาในแนวระดับ จาก  

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
                                 (1)

พิจารณาในแนวดิ่ง             

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์
                                      (2)

(1)/(2)   จะได้             

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

ดังนั้น 

การเลี้ยวโค้ง รถยนต์ ฟิสิกส์

ตอบ รถจักรยานยนจะวิ่งเข้าโค้งได้เร็วที่สุด 40 เมตรต่อวินาที

ที่มา :http://scimath.org/index.php/socialnetwork/groups/viewbulletin/679-%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B9%80%E0%B8%84%E0%B8%A5%E0%B8%B7%E0%B9%88%E0%B8%AD%E0%B8%99%E0%B8%97%E0%B8%B5%E0%B9%88%E0%B8%9A%E0%B8%99%E0%B8%97%E0%B8%B2%E0%B8%87%E0%B9%82%E0%B8%84%E0%B9%89%E0%B8%87?groupid=162