<< Go Back

           เพื่อให้นักเรียนศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างคาบและแรงสู่ศูนย์กลางของการเคลื่อนที่ ของวัตถุในแนววงกลมในระนาบระดับเมื่อรัศมีคงตัว

      1. ชุดทดลองการเคลื่อนที่ในแนววงกลม

2. หลอดพีวีซี

3. ท่อพีวีซี ยาว 60 เซนติเมตร

    4. ลวดหนีบกระดาษ

      5. จุกยาง

6. นอต

  7. เชือก

   

          ใช้ชุดทดลองการเคลื่อนที่ในแนววงกลม ให้วัดระยะจากจุดกึ่งกลางขิงจุกยางตามแนวเส้นเชือกออกไปถึงปลายบนของหลอดพีวีซี ยาว 60 เซนติเมตร และใช้ลวดหนีบกระดาษหนีบเส้นเชือกห่างจากปลายล่างของหลอดพีวีซี ประมาณ 1 เซนติเมตร ใช้นอตแขวนที่ขอเกี่ยวโลหะ 2 ตัว ดังรูป

          โดยใช้น้ำหนักของนอตประมาณเท่าๆกัน และน้ำหนักของนอต 1 ตัว แทนแรงขนาด 1F จับท่อพีวีซีแกว่งให้จุกยางเคลื่อนที่ในแนววงกลมในระนาบระดับด้วยความถี่พอดี  ที่ทำให้ลวดที่หนีบเส้นเชือกอยู่ห่างจากปลายของหลอดพีวีซีประมาณ 1 หรือ 2 เซนติเมตรและไม่เลื่อนขึ้นหรือลง จับเวลาการเคลื่อนที่ของจุกยางครบ 30 รอบ แล้วนำมาคำนวณหาคาบ T ของการเคลื่อนที่ของจุกยาง ทำการทดลองซ้ำโดยเพิ่มจำนวนนอตเป็น 3, 4, 5 และ 6 ตัว ซึ่งจะทำให้ขนาดของแรงดึงในเส้นเชือกเป็น 3F 4F 5F และ 6F ตามลำดับ บันทึกขนาดของแรงดึงในเส้นเชือก F คาบของการแกว่ง T และส่วนกลับของคาบการแกว่งกำลังสอง 1 / T2 ลงในตาราง เขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างขนาดแรงดึงในเส้นเชือก F กับส่วนกลับของคาบการแกว่งกำลังสอง 1 / T2

           ผลการทดลองที่ได้ ดังนี้ ความยาวของเส้นเชือกวัดจากกึ่งกลางของจุกยางถึงปลายพีวีซี = 6 cm

จำนวนนอต

ช่วงเวลาการเคลื่อนที่
30 รอบ (s)

T
(s)

T2
(s2)


(s)

3

15

0.50

0.25

4.0

4

13

0.43

0.18

5.6

5

12

0.40

0.16

6.3

6

11

0.37

0.14

7.1

           จากผลการทดลองจะได้กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างส่วนกลับของคาบยกกำลังสองและจำนวนนอต ดังนี้

           1. ขณะรัศมีคงตัว ถ้าขนาดของแรงสู่ศูนย์กลางเพิ่มขึ้น คาบของการเคลื่อนที่จะลดลง
           2. กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างส่วนกลับของคาบยกกำลังสองและจำนวนนอต(แรง) เป็นกราฟเส้นตรงผ่านจุดกำเนิด ซึ่งแสดงว่าแรง F แปรผันตรงกับ   
           3. เราทราบว่าคาบเป็นเวลาที่จุกยางเคลื่อนที่ในแนววงกลมครบ 1 รอบ ดังนั้น
คาบ T = ระยะทางที่เคลื่อนที่ได้ 1 รอบ (2πR) / อัตราเร็ว v

เนื่องจาก เป็นค่าคงตัว ดังนั้น จะได้ว่า

            ให้ F เป็นแรงดึงเชือก แรงที่กระทำกับจุกยางให้เคลื่อนที่ในแนววงกลม คือ แรงองค์ประกอบในแนวระดับของ F ซึ่งเป็นแรงสู่ศูนย์กลาง Fc

                        ดังนั้น

            สำหรับแรงองค์ประกอบในแนวดิ่งของ F คือ มีค่าเท่ากับน้ำหนักของจุกยาง แต่มีทิศตรงกันข้าม

                       

            ทำให้จุกยางเคลื่อนที่ในแนวระนาบระดับได้ตลอดเวลา ในการทดลอง แม้ว่า มุม จะเปลี่ยนไปบ้างเมื่อเปลี่ยนจำนวนนอต แต่ในการแกว่งจุกยางครั้งหนึ่งๆ มุม เปลี่ยนแปลงน้อยมาก ค่า cos ในการแกว่งแต่ละครั้ง จึงถือได้ว่าเป็นค่าคงตัว


<< Go Back