📸

Lab 68 — เวกเตอร์ความเร็วและความเร่งในการเคลื่อนที่แบบวงกลม: ภาพแฟลชบนโต๊ะลม (3D)

Velocity & Acceleration Vectors — ลูกยางบนโต๊ะลมหมุนด้วยแขนหมุน · ถ่ายภาพแฟลชเป็นช่วงเวลาเท่า ๆ กัน · สร้างเวกเตอร์ v₁, v₂ และ Δv เอง · ความเร่งชี้เข้าหาศูนย์กลาง a = v²/r · เมื่อเร่งรอบ a เอียงไปข้างหน้า · ปลดลูกยางแล้วเคลื่อนที่ตามแนวสัมผัส

3D · three.js KP Science simulation
⚠️ โหลดไลบรารี 3D (three.js) ไม่สำเร็จ — ต้องเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต
ยังทดลองได้จากภาพ 2 มิติด้านล่าง
📸 ภาพแฟลช (ตาราง 5 cm) · การสร้างเวกเตอร์ Δv — แตะจุดในภาพเพื่อเลือกจุดวิเคราะห์
โหมดการทดลอง
ตารางบันทึกผลไม่ถูกลบ
🧭 ตอนนี้ต้องทำอะไร
🧰 ตั้งอุปกรณ์
รัศมี r (ตำแหน่งลูกยางบนแขน)30 cm
มวลลูกยาง
การหมุนของแขน
⚙️ มอเตอร์แขนหมุน
ความเร็วรอบเริ่มต้น40 rpm
เซนเซอร์แรงดึงที่แกน (แนวรัศมี)0.00 N
📸 กล้องแฟลช
ช่วงเวลาแฟลช Δt0.10 s
เลือกจุดวิเคราะห์ (ต้องมีจุดก่อนและหลัง)
—
📋 ตาราง
📈 กราฟ a (จากภาพ) กับ v²/r

วัตถุประสงค์

อุปกรณ์ (เสมือนจริง)

ขั้นตอน

  1. ตั้ง r = 30 cm แบบอัตราเร็วคงที่ กด ▶ หมุนแขน แล้ว 📸 ถ่ายภาพแฟลช
  2. เลือกจุดวิเคราะห์ (จุดที่มีจุดก่อนและหลัง) ดูเวกเตอร์ v₁ (จากจุดก่อนมาจุดนี้) และ v₂ (จากจุดนี้ไปจุดถัดไป) หาร Δt · ภาพด้านขวาเอาหางชนกันแล้วลากเวกเตอร์ Δv
  3. บันทึก · สังเกตว่า a ชี้เข้าหาศูนย์กลางหรือไม่ (มุมเบี่ยง) · เปรียบเทียบ a กับ v²/r และ F/m
  4. เปลี่ยน r และความเร็วรอบ ทำหลายค่า ดูกราฟ a กับ v²/r
  5. เลือกแบบเร่งรอบ (รอบเริ่มต้นต่ำ ~15 rpm) ถ่ายภาพทันทีหลังเริ่มหมุน วิเคราะห์ว่า a เอียงไปทางใด
  6. หมุนแขน ถ่ายภาพ แล้วกด 🔓 ปลดลูกยาง ขณะกล้องยังถ่ายอยู่ ดูทางเดินหลังปลด

วิธีคำนวณ (คำนวณให้ในภาพ)

v₁ = (P_k − P_(k−1))/Δt v₂ = (P_(k+1) − P_k)/Δt
a ≈ Δv/Δt = (v₂ − v₁)/Δt ทิศ: เทียบกับเส้นจากจุด P_k ไปศูนย์กลาง
v²/r · F/m (จากเซนเซอร์)

คำถามท้ายการทดลอง

  1. ในแบบอัตราเร็วคงที่ เวกเตอร์ Δv ชี้ไปทางใด ความเร่งเป็นศูนย์หรือไม่ ทั้งที่อัตราเร็วไม่เปลี่ยน
  2. ถ้าเพิ่ม r เป็น 2 เท่าที่ความเร็วรอบเดิม ความเร่งเปลี่ยนเป็นกี่เท่า
  3. เมื่อแขนเร่งรอบ ความเร่งเอียงไปข้างหน้าหรือข้างหลังของเส้นไปศูนย์กลาง เพราะอะไร
  4. หลังปลดลูกยาง ลูกยางเคลื่อนที่ในแนวใด (แนวรัศมีออกไป หรือแนวสัมผัส) สอดคล้องกับกฎข้อที่ 1 ของนิวตันอย่างไร

1. ความเร่งสู่ศูนย์กลางจากการลบเวกเตอร์

2. เมื่ออัตราเร็วเพิ่มขึ้น

💡 แบบจำลองใน simulation: ลูกยางถูกล็อกกับแขนที่หมุนด้วย ω(t) = ω₀ + αt · ภาพแฟลชเป็นตำแหน่งจริง ณ เวลาแฟลช · การใช้คอร์ด (P_(k+1) − P_k)/Δt ในการเคลื่อนที่แบบวงกลมสม่ำเสมอให้ |Δv|/Δt = v_คอร์ด²/r พอดีไม่ว่า Δt จะเท่าไร · หลังปลดลูกยางไม่มีแรงลัพธ์ (โต๊ะลม) ลูกยางชนขอบโต๊ะแล้วหยุด · เซนเซอร์แรงอ่านแรงดึงแนวรัศมี mω²r