🔻

สามเหลี่ยมลวดและลูกปัด

Sliding Weights with Triangle · Demo 02-09 · กลศาสตร์ ม.4–5

KP Science Simulation
⚡ Preset
🔧 ตัวแปร
ลวด 1 (แนวดิ่ง)
L = cm
ลวด 2 (ซ้าย)
α₂ = °
ℓ = — cm | a = — m/s²
ลวด 3 (ขวา)
α₃ = °
ℓ = — cm | a = — m/s²
🐢 × ×
▶ ควบคุม
🤔 ลองทาย

ปล่อยลูกปัดทั้ง 3 พร้อมกัน
ลูกปัดไหนจะถึงปลายทางก่อน?

✅ ถูกต้อง! เพราะ ℓ = L cosα และ a = g cosα → cosα หักกัน → t = √(2L/g) คงที่เสมอ
ลวด 1 (แนวดิ่ง)
—
ลวด 2 (ซ้าย)
—
ลวด 3 (ขวา)
—
t = 0.000s  /  T = —s

🔺 ทดลองคืออะไร?

ลวดสามเส้นถูกขึงจากจุดยอดร่วมด้านบน แต่ละเส้นทำมุมต่างกันกับแนวดิ่ง ลูกปัดถูกวางที่จุดยอดแล้วปล่อยพร้อมกัน

คำถาม: ถ้าเลือก "ความยาวลวด" ให้เหมาะสม — ลูกปัดทุกเส้นจะถึงปลายลวด พร้อมกันทุกครั้ง โดยไม่ขึ้นกับมุมเอียง!

บนวงกลม บนวงกลม บนวงกลม α₂ α₃ L L cosα₂ L cosα₃ วงกลม Galileo ปลายลวดทุกเส้นอยู่บนวงกลมเส้นผ่านศูนย์กลาง = L

ความยาวลวดที่มุม α จากแนวดิ่ง = L cosα

⚡ วิเคราะห์แรงบนลูกปัด

เมื่อลวดทำมุม α กับแนวดิ่ง แรงโน้มถ่วง mg ถูกแยกเป็น 2 องค์ประกอบ:

▸ mg cosα — ขนานกับลวด (ทำให้เคลื่อนที่)

▸ mg sinα — ตั้งฉากกับลวด (แรงปฏิกิริยา)

ความเร่งตามลวด:
a = g cosα

เมื่อ α ใหญ่ขึ้น → ลวดเอียงมากขึ้น → ความเร่ง น้อยลง

แนวดิ่ง α mg mg cosα mg sinα (ตั้งฉาก)

📐 ทำไมเวลาจึงเท่ากัน?

ลวดทำมุม α กับแนวดิ่ง ความยาวลวด = L cosα

ระยะทาง:   ℓ = L cosα
ความเร่ง:   a = g cosα

ใช้สมการ:   ℓ = ½ a t²  →  t² = 2ℓ/a

แทนค่า:
t² = 2 × Lcosα / gcosα

t = √(2L/g)  ← ไม่มี α เลย!
💡

ความยาวลวดและความเร่งตามลวดลดลงในอัตราส่วนเดียวกัน (ทั้งคูณ cosα) จึงหักกันออกหมด ทำให้เวลาเป็น t = √(2L/g) ซึ่งขึ้นกับแค่ความยาวแนวดิ่ง L ไม่ขึ้นกับมุม α เลย

🔵 ทฤษฎีบทของกาลิเลโอ (Isochronous Chords)

กาลิเลโอ กาลิเลอี ค้นพบเมื่อ ค.ศ. 1638 ว่า:

"คอร์ดทุกเส้นที่ลากจากจุดยอดของวงกลม (เส้นผ่านศูนย์กลางแนวดิ่ง) ไปยังจุดใดก็ตามบนวงกลม ลูกปัดจะใช้เวลาเลื่อนถึงปลายคอร์ดพร้อมกันเสมอ"

วงกลม radius R = L/2
คอร์ดที่มุม α: ℓ = 2R cosα = L cosα
(จากทฤษฎีบท Thales)

ในการทดลองนี้ จุดยอดสามเหลี่ยมอยู่ด้านบน ลวดทั้ง 3 เส้นคือคอร์ดของวงกลม → ปลายลวดทุกเส้นอยู่บนวงกลม → เวลาเท่ากันเสมอ

2R = L t เท่ากัน t เท่ากัน t เท่ากัน t เท่ากัน ทุกคอร์ดจากจุดยอดวงกลม

🧮 ตัวอย่าง Demo ต้นฉบับ

L = 60 cm = 0.60 m  |  g = 9.8 m/s²

ลวด 1: α=0°, ℓ=60 cm, a=9.80 m/s²
ลวด 2: α=30°, ℓ=60×cos30°=51.96≈52 cm, a=9.8×cos30°=8.49 m/s²
ลวด 3: α=60°, ℓ=60×cos60°=30.0 cm, a=9.8×cos60°=4.90 m/s²

เวลา = √(2×0.60/9.8) = √0.1224 ≈ 0.350 s (เหมือนกันทุกเส้น)
🎯

ลวด 2 ยาว 52 cm และลวด 3 ยาว 30 cm — ตรงกับค่าที่วัดได้ในการสาธิต Demo 02-09 ของ MIT และ Harvard Physics เพราะนักทดลองออกแบบสามเหลี่ยมให้ปลายลวดตกบนวงกลม Galileo พอดี