โมเมนตัมเชิงมุม และ การเคลื่อนที่แบบวงกลมและแบบหมุน

การเคลื่อนที่แบบวงกลมและแบบหมุน (3)

ยอดวิว 0

แบบฝึกหัด

EASY

การเคลื่อนที่แบบวงกลมและแบบหมุน (3) (ชุดที่ 1)

MEDIUM

การเคลื่อนที่แบบวงกลมและแบบหมุน (3) (ชุดที่ 2)

HARD

การเคลื่อนที่แบบวงกลมและแบบหมุน (3) (ชุดที่ 3)

เนื้อหา

การเลี้ยวโค้งของรถจักรยานหรือจักรยานยนต์

การเลี้ยวโค้งของรถจักรยานหรือรถมอเตอร์ไซค์บนทางราบ
รถจักรยานหรือมอเตอร์ไซค์ เมื่อวิ่งเลี้ยวโค้งบนทางราบ ตัวรถจะเอียงเข้าหาจุดศูนย์กลางของความโค้ง

ในการเคลื่อนที่เป็นวงกลมจะต้องมี แรงเข้าสู่ศูนย์กลาง ซึ่งในกรณีการเลี้ยวโค้งของรถจักรยานหรือรถมอเตอร์ไซค์นี้แรงเข้าสู่ศูนย์กลางคือ แรงเสียดทาน นั่นเอง

ถ้าให้ m = มวลรถ + มวลคนขับ
        v = อัตราเร็วขณะเลี้ยวโค้ง
        r = รัศมีทางโค้ง 
        mu subscript s = สัมประสิทธิ์ความเสียดทานระหว่างล้อรถกับถนน 
        theta = มุมที่รถจักรยานหรือรถมอเตอร์ไซค์เอียงทำมุมกับแนวดิ่ง
       ให้รถจักรยานหรือมอเตอร์ไซค์เลี้ยวโค้งด้วยรัศมี r

ในแนวราบ               begin mathsize 14px style begin inline style sum for blank of end style begin inline style F subscript c end style begin inline style equals end style fraction numerator m v squared over denominator r end fraction end style
จากรูปที่ 3.1 จะได้    begin mathsize 14px style R sin theta equals fraction numerator m v squared over denominator r end fraction end style           (3.1)
ในแนวดิ่ง               begin mathsize 14px style R cos theta equals m g end style            (3.2)
นำ (3.1) /(3.2);    begin mathsize 14px style fraction numerator R sin theta over denominator R cos theta end fraction equals tan theta equals fraction numerator v squared over denominator r g end fraction end style

เมื่อรถจักรยานหรือมอเตอร์ไซค์เอียงทำมุมกับแนวดิ่ง
                      begin mathsize 14px style tan theta equals fraction numerator v squared over denominator r g end fraction space end style                   (3.3)
ดังนั้น                    begin mathsize 14px style theta equals tan to the power of negative 1 end exponent open parentheses fraction numerator v squared over denominator r g end fraction close parentheses end style

สมการ (3.3) ใช้สำหรับหาค่ามุมที่รถจักรยานหรือรถจักรยานเอียงโดยไม่ล้ม
จากแผนภาพวัตถุอิสระในรูปที่ 3.1 
                                begin mathsize 14px style f over N equals tan theta end style

ค่า begin mathsize 14px style f equals mu N end style ดังนั้น           begin mathsize 14px style mu equals tan theta end style           (3.4)

สมการ (3.3) = (3.4);    begin mathsize 14px style mu equals fraction numerator v squared over denominator r g end fraction end style
หรือ                            begin mathsize 14px style v equals square root of u g r end root end style          (3.5)
  • จากสมการ (3.5) จะเห็นว่า รถจักรยานหรือรถจักรยานยนต์สามารถเลี้ยวโค้งได้หลายอัตราเร็วสำหรับทางโค้งรัศมีหนึ่ง ๆ เพราะแรงเสียดทาน f จะสามารถเปลี่ยนแปลงได้
    • ถ้า v มาก f จะมากตาม
    • ถ้า v น้อย f จะน้อยตาม
    • แต่อย่างไรก็ตามแรงเสียดทานมีค่าจำกัดเพราะมีค่าสูงสุดเท่ากับ mu subscript s N เท่านั้น

ดังนั้น อัตราเร็วสูงสุดที่รถจักรยานหรือรถมอเตอร์ไซค์สามารถเลี้ยวโค้งได้อย่างปลอดภัยคือ

                   v subscript m a x end subscript equals square root of u subscript s g r end root space            (3.6)

จากสมการ (3.6) ไม่ได้หมายความว่าจะต้องเลี้ยวโค้งด้วยอัตราเร็ว v subscript blank equals square root of u subscript s g r end root space space เท่านั้น เพราะอัตราเร็วนี้เป็นอัตราเร็วสูงสุดที่สามารถเลี้ยวโค้งได้

ในกรณีของรถยนต์เลี้ยวโค้งบนทางโค้งราบจะมีแรงเสียดทานกระทำด้านข้างของยางรถยนต์ โดยจะทำหน้าที่เป็นแรงเข้าสู่ศูนย์กลาง ทำให้รถยนต์สามารถเลี้ยวโค้งได้ โดยไม่แล่นออกนอกโค้ง ด้วยอัตราเร็วเชิงเส้นค่าหนึ่ง สมการของอัตราเร็วสำหรับรถยนต์เลี้ยวโค้งจะมีรูปสมการเหมือนกับรถจักรยานยนต์
คือสมการ (3.6)