ฟิสิกส์ เรื่องที่ออกใน TPAT3

หัวข้อ “เฟือง-โซ่-เพลา” ใน TPAT3 เป็นเรื่องที่เจอบ่อยจริง ๆ และถ้าเข้าใจแกนคิดไม่กี่อันก็ทำได้แทบทุกข้อ แบบที่เวลาอ่านเฉลยแล้วจะรู้สึกว่า “อ๋อ มันวนอยู่แค่นี้เอง” 1) เฟือง ภาษาอังกฤษเขียนยังไง? คำว่า “เฟือง” ที่ใช้ในฟิสิกส์/เครื่องกล ส่วนใหญ่ใช้คำว่า Gear (อ่านว่า เกียร์) ถ้าพูดเฉพาะ “ล้อเฟือง” ก็ใช้ Gear wheel ได้ ส่วน “เฟืองตัวขับ/ตัวตาม” จะเจอคำว่า driver gear / driven gear บ่อย ๆ 2) แนวคิดทำโจทย์เฟือง (อัตราทดแบบจับทางเร็ว) เวลาโจทย์ให้จำนวนฟัน (N) หรือรัศมี (r) ของเฟือง ให้จำความสัมพันธ์หลัก ๆ: - ที่จุดสัมผัส “ความเร็วเชิงเส้นเท่ากัน” ⇒ v = ωr เท่ากัน ดังนั้น ω1 r1 = ω2 r2 และสำหรับเฟืองที่ให้ “จำนวนฟัน” (N) สัดส่วนรัศมีจะไปตามจำนวนฟันได้ ⇒ ω1/ω2 = N2/N1 สรุปจำง่าย: ความเร็วเชิงมุมแปรผกผันกับขนาดเฟือง/จำนวนฟัน ทริคที่ฉันใช้ตอนทำข้อสอบ: - ถ้าเฟืองตัวขับ “เล็กกว่า” ตัวตาม → ตัวตามหมุนช้าลง แต่แรงบิดมากขึ้น (ทดแรง) - ถ้าเฟืองตัวขับ “ใหญ่กว่า” ตัวตาม → ตัวตามหมุนเร็วขึ้น (ทดรอบ) - เฟืองสัมผัสกัน หมุน “คนละทิศ” เสมอ (แต่ถ้าเป็นเฟืองหลายตัวต่อกัน ทิศจะสลับไปมา) 3) โซ่/สายพาน vs เฟือง ต่างกันยังไงในโจทย์? - โซ่/สายพาน (belt/chain drive): โดยทั่วไปโจทย์ให้ถือว่า “ไม่ลื่น” ⇒ ความเร็วเชิงเส้นที่ขอบเท่ากันเหมือนกัน ใช้ ω1 r1 = ω2 r2 ได้เลย แต่ “ทิศการหมุน” มักหมุนทิศเดียวกัน (ถ้าเป็นสายพานธรรมดาไม่ไขว้) - เฟือง (gear): ไม่ลื่นเหมือนกัน แต่ทิศหมุนจะตรงข้ามเมื่อสัมผัสกัน 4) rad/s คืออะไร? ทำไมชอบออก rad/s (เรเดียนต่อวินาที) คือหน่วยของ “ความเร็วเชิงมุม” (angular speed) สัญลักษณ์ ω ความสัมพันธ์ที่ออกบ่อย: - ω = 2πf (ถ้าโจทย์ให้ความถี่ f เป็น Hz) - ω = 2π/T (ถ้าให้คาบ T) - v = ωr (เชื่อมความเร็วเชิงเส้นกับเชิงมุม) ตัวอย่างที่ฉันชอบใช้เช็กคำตอบเร็ว ๆ: ถ้าหมุน 1 รอบต่อวินาที ⇒ f = 1 Hz ⇒ ω = 2π rad/s ถ้าหมุน 60 รอบต่อนาที ⇒ 1 รอบต่อวินาทีเหมือนกัน ⇒ ω = 2π rad/s 5) วิธีอ่านโจทย์แนว “เฉลย” ให้ไม่หลง - วงกลมสิ่งที่โจทย์ให้: จำนวนฟัน N / รัศมี r / รอบต่อนาที rpm / ω (rad/s) - ดูระบบต่อกันแบบไหน: เฟืองสัมผัส? โซ่/สายพาน? เฟืองบนเพลาเดียวกัน? - ถ้า “เพลาเดียวกัน” (อยู่แกนเดียวกันติดกัน) ⇒ ω เท่ากันทั้งชุดบนเพลานั้น - แปลงหน่วย rpm → rad/s ก่อนคำนวณบ่อย ๆ: rpm × (2π/60) = rad/s ถ้ากำลังทำโจทย์แล้วอยากให้เฉลยดูเป็นขั้น ๆ แนะนำพิมพ์คำตอบที่ได้ (พร้อมหน่วย) และบอกว่าติดตรงไหน ฉันจะช่วยชี้จุดที่คนพลาดบ่อย เช่น สลับอัตราทด หรือเผลอใส่ทิศหมุนผิด