🧲

Lab 81 — การชนแบบยืดหยุ่นใน 1 มิติ (รางลม · 3D)

ยิงรถ A เข้าชนรถ B ที่จอดนิ่ง ปลายรถติดกันชนแม่เหล็ก / สปริงแผ่น / กันชนปริศนา Y · อ่านเวลาบังลำแสงของรถแต่ละคันก่อนและหลังชน · ดูว่ารถ A วิ่งต่อ หยุด หรือกระดอนกลับ · ตรวจการอนุรักษ์โมเมนตัมและพลังงานจลน์ · หาสัมประสิทธิ์การกระดอน e และมวลรถปริศนา X

3D · three.js KP Science simulation
🖐 จับ โฟโตเกต หรือ รถ B ในภาพแล้วลากไปตามรางได้
🖱 ลากที่ว่าง = หมุนภาพ · ล้อ = ซูม · Shift+ลาก = เลื่อน
📱 1 นิ้ว = ลาก/หมุน · 2 นิ้ว = ซูม/เลื่อน
⚠️ โหลดไลบรารี 3D (three.js) ไม่สำเร็จ หรือเบราว์เซอร์นี้ไม่รองรับ WebGL
จึงอ่านจอจับเวลาในภาพ 3D ไม่ได้ — เปลี่ยนเป็นโหมด ⚡ อัตโนมัติ ในแผงด้านข้างเพื่อให้ระบบอ่านค่าให้
📝 บันทึกผลการวัด
โหมดการทดลอง
ตารางบันทึกผล มวลรถ X และค่า e ของกันชนที่ซ่อนไว้ไม่เปลี่ยน
🧭 ตอนนี้ต้องทำอะไร
🚙 รถ A (ถูกยิง)
🚗 รถ B (จอดนิ่งรอถูกชน)
รถเปล่ามวล 200 g · ก้อนเหล็กก้อนละ 100 g · รถ X สีม่วงมีฝาปิด ไม่ทราบมวล · ลองทั้ง m_A = m_B, m_A > m_B และ m_A < m_B
🧲 กันชนที่ปลายรถ
🔧 ระยะอัดสปริงเครื่องยิง
📏 การ์ดบังแสง (ติดบนรถทั้งสองคัน)
เครื่องจับเวลาจำเวลาบังแสงได้เกตละ 2 ครั้ง · กันชนแต่ละแบบคืนพลังงานได้ไม่เท่ากัน — ค่า e ของทุกแบบต้องวัดเอง
▶ ยิงรถ / ตั้งรถใหม่
ตำแหน่งรถ B
—
เกต 1 · เกต 2
—
ลากรถ B และโฟโตเกตในภาพ 3D ได้ · เกต 1 อยู่ระหว่างรถ A กับรถ B · เกต 2 อยู่หน้ารถ B · วางเกตใกล้จุดชน ค่าที่วัดได้จะแม่นขึ้น
📊 ผลที่บันทึกล่าสุด
ยังไม่มีการบันทึก — ยิงรถ อ่านเวลา แล้วกรอกในกรอบ “📝 บันทึกผลการวัด” ใต้ภาพ
📋 ตารางบันทึกผล
① ความเร็วและโมเมนตัม (ทิศขวา = +)
② พลังงานจลน์และสัมประสิทธิ์การกระดอน
📈 กราฟจากข้อมูลที่บันทึก
🎯 ตรวจคำตอบ
สัมประสิทธิ์การกระดอนของยาง Y · e =
มวลรถปริศนา X = g
e: ถือว่าถูกเมื่อคลาดไม่เกิน ±0.04 · มวล X: คลาดไม่เกิน 5% · โหมดวัดเองไม่แสดงค่าจริง

วัตถุประสงค์

อุปกรณ์ (เสมือนจริง)

การอ่านค่าในภาพ 3 มิติ

ขั้นตอน

  1. เลือกกันชน 🧲 แม่เหล็ก รถ A 200 g รถ B 200 g ลากรถ B ไว้กลางราง เกต 1 ระหว่างรถ A กับ B เกต 2 หน้ารถ B
  2. กด ▶ ยิงรถ A สังเกตการชน · อ่าน t₁ (เกต 1 ครั้งที่ 1) และ t_B (เกต 2 ครั้งที่ 1)
  3. เลือกในข้อ ④ ว่ารถ A หลังชนไปทางไหน แล้วอ่าน t_A จากช่องที่ตรงกัน (ถ้าหยุด ไม่ต้องกรอก) กด 📝 บันทึก
  4. ทำซ้ำโดยเปลี่ยนมวล: m_A > m_B (A วิ่งตาม) และ m_A < m_B (A กระดอนกลับ) · เปลี่ยนระยะอัดสปริงเพื่อให้ได้ v₁ หลายค่า
  5. เปลี่ยนกันชนเป็น 🌀 สปริงแผ่น และ ❓ ยาง Y บันทึกกันชนละอย่างน้อย 3 แถว (v₁ ต่างกัน)
  6. เปลี่ยนรถ B เป็น ❓ X ยิงแล้วบันทึกอย่างน้อย 2 แถว หามวลของรถ X
  7. ดูตาราง กราฟ แล้วกรอกคำตอบใน 🎯
⚠️ ถ้ารถ A วิ่งต่อช้า ๆ อาจหยุดก่อนถึงเกต 2 หรือไปชนรถ B ที่ถูกรับไว้ปลายราง — ให้เลื่อนเกต 2 เข้าใกล้จุดชน · ถ้ารถ A หลังชนเกือบหยุดนิ่ง ให้เลือก “หยุด” ความเร็วถือเป็น 0

ตารางบันทึกผล (ตัวอย่างหัวตาราง)

กันชน | m_A | m_B | t₁ | t_B | ทิศ A | t_A | v₁ | v_B′ | v_A′ (±) | p ก่อน | p หลัง | Ek ก่อน | Ek หลัง | e = (v_B′ − v_A′)/v₁

คำถามท้ายการทดลอง

  1. กันชนแบบใดทำให้พลังงานจลน์หลังชนใกล้เคียงก่อนชนที่สุด และแบบใดเสียพลังงานมากที่สุด
  2. เมื่อ m_A = m_B และกันชนแม่เหล็ก รถ A หลังชนเคลื่อนที่อย่างไร อธิบายด้วยกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมและพลังงาน
  3. เมื่อ m_A < m_B รถ A กระดอนกลับ โมเมนตัมรวมหลังชนยังเท่ากับก่อนชนได้อย่างไร
  4. ค่า e ขึ้นกับอัตราเร็วของรถ A หรือมวลของรถหรือไม่ ใช้ข้อมูลของตัวเองตอบ
  5. ถ้าไม่ทราบ e ของกันชน ยังหามวลรถ X ได้หรือไม่ เพราะเหตุใด

1. การอนุรักษ์โมเมนตัม

ขณะชน แรงที่รถทั้งสองกระทำต่อกันเป็นแรงคู่กิริยา–ปฏิกิริยา ถ้าไม่มีแรงภายนอกลัพธ์ โมเมนตัมรวมคงตัว เมื่อรถ B จอดนิ่งก่อนชน และให้ทิศขวาเป็นบวก

m_A v₁ = m_A v_A′ + m_B v_B′ (v_A′ เป็นลบถ้ารถ A กระดอนกลับ)

2. สัมประสิทธิ์การกระดอน

สัมประสิทธิ์การกระดอน (coefficient of restitution) คืออัตราส่วนของอัตราเร็วที่แยกจากกันหลังชน ต่ออัตราเร็วที่เข้าหากันก่อนชน

e = (v_B′ − v_A′) / (v₁ − 0)

e = 1 การชนแบบยืดหยุ่นสมบูรณ์ — พลังงานจลน์อนุรักษ์
0 < e < 1 การชนแบบไม่ยืดหยุ่น — พลังงานจลน์ลดลง
e = 0 การชนแบบติดกัน (Lab 80)

กราฟ (v_B′ − v_A′) กับ v₁ ของกันชนแต่ละแบบเป็นเส้นตรงผ่านจุดกำเนิด ความชัน = e

3. ความเร็วหลังชน

v_A′ = v₁ (m_A − e m_B) / (m_A + m_B)
v_B′ = v₁ (1 + e) m_A / (m_A + m_B)

4. พลังงานจลน์

Ek ก่อน = ½ m_A v₁²
Ek หลัง = ½ m_A v_A′² + ½ m_B v_B′²
พลังงานที่หายไป = ½ · m_A m_B/(m_A+m_B) · (1 − e²) · v₁²

มวลรถ X หาได้จากโมเมนตัมโดยไม่ต้องรู้ e: m_X = m_A (v₁ − v_A′) / v_B′

💡 แบบจำลอง: ค่า e ของกันชนแต่ละแบบสุ่มต่อการเปิดหน้า (แม่เหล็ก 0.95–0.99 · สปริงแผ่น 0.76–0.86 · ยาง Y 0.45–0.70) แต่ละนัดแกว่ง ±0.01 · ช่วงเวลาชนสั้นมากเมื่อเทียบกับเวลาบังแสง · รางลมมีความหน่วงเหลือ 0.0004–0.0008 m/s² · มวลรถ X สุ่ม 250–550 g · เครื่องจับเวลาละเอียด 0.1 ms สัญญาณรบกวน ±0.2 ms