บทเรียนออนไลน์
 -  รอก
 -  คาน
 -  ลิ่ม
 - พื้นเอียง
 - ล้อ เพลา
บทเรียนวิทยาศาสตร์ออนไลน์   เรื่อง  เครื่องผ่อนแรง

รอก

ลูกรอกเป็นวิวัฒนาการมาจากลูกล้อ และมีความมุ่งหมายที่จะลดความฝืดในการเปลี่ยนทิศทางของแรง เช่น ลูกรอกบนยอดเสาธง ช่วยเปลี่ยนทิศแรงที่คนชักเชือกลงให้เป็นแรงฉุดธงขึ้น และลดความเสียดทานระหว่างเชือกกับเสาธง การใช้ลูกรอกเพียงลูกเดียว ไม่อาจจะช่วยผ่อนแรงได้ แต่ถ้าใช้ลูกรอกสองลูกให้ลูกบนเป็นลูกที่ตรึงติด ลูกล่างเคลื่อนที่ได้ ผูกเชือกกับรอกลูกบนแล้วคล้องกับรอกลูกล่าง เอาเชือกกลับขึ้นไปพาดกับรอกลูกบนอีกในลักษณะนี้ น้ำหนักถูกแขวนไว้ด้วยเชือกสองเส้น แรงดึงในเชือกแต่ละเส้นจึงเท่ากับครึ่งเดียวของน้ำหนักที่ยกและเท่ากับแรงที่ใช้ฉุดยก ดังนั้น ถ้าเพิ่มจำนวนลูกรอกที่ติดตรึงและที่เคลื่อนที่ได้ให้เป็นรอกตับสองตับ คือ ตับบนและตับล่าง รอกตับชุดนั้นก็จะสามารถผ่อนแรงได้มากยิ่งขึ้น อัตราในการผ่อนแรงของรอกตับนั้นขึ้นกับจำนวนเส้นเชือกที่พันทบระหว่างลูกรอกทั้งสองตับนั้น เช่น มีเชือกสี่เส้นก็จะผ่อนแรงได้สี่เท่า แต่แรงพยายามจะต้องฉุดเชือกเป็นความยาวถึงสี่เท่าของระยะที่น้ำหนักนั้นถูกยกขึ้นไป ปั้นจั่นที่ใช้ตามท่าเรือ หรือสถานที่ก่อสร้าง ก็คือ เครื่องจักรกลแบบง่าย ๆ ซึ่งใช้เครื่องผ่อนแรงแบบลูกรอก รวมกับระบบผ่อนแรงแบบอื่นๆ เข้าไว้ในเครื่องเดียวกัน

รอก คือ เครื่องกลที่ช่วยอำนวยความสะดวก  หรือช่วยผ่อนแรงในการทำงาน แบ่งเป็น 3 ประเภท  คือ

  1. รอกเดี่ยวตายตัว  ไม่ผ่อนแรงแต่ช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงาน
  2. รอกเดี่ยวเคลื่อนที่   ผ่อนแรงได้  2  เท่า
  3. รอกพวง   ผ่อนแรงได้มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับจำนวนเส้นเชือกที่คล้องผ่านรอก
    แรงที่เกิดจากน้ำหนักของวัตถุที่จะใช้รอกยก  เรียกว่า  แรงต้านทาน   ส่วนแรงที่กระทำต่อเชือกเพื่อดึงวัตถุให้ยกสูงขึ้น  เรียกว่า  แรงพยายาม       
    1. รอกเดียวตายตัว ( Fixed Pulley ) เป็นรอกที่ไม่ช่วยผ่อนแรง แต่ช่วยอำนวยความสะดวก

    ให้            E           =            แรงดึง ( นิวตัน )
                               w            =          น้ำหนักหรือความต้านทาน ( นิวตัน )
                               T            =          แรงตึงของเชือก ( นิวตัน )
               เมื่อดึงวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่
                               E           =           T
                              T            =          W
     การคำนวณ สูตร E           =          W
    2. รอกเดี่ยวเคลื่อนที่ ( Movable Pulley ) เป็นลอกที่ช่วยอำนวยความสะดวกและช่วยผ่อนแรง
                ให้                 E+T             =            W
                                    T                   =             E ( เพราะเป็นเชือกเส้นเดียวกัน )
                                    E+E             =             W
                                    2E                =             W
           การคำนวณ สูตร E                  =            W/2
    3.  รอกพวง ( Block Pulley) เกิดจากการนำรอกหลายๆอันมาผูกกันเป็นพวงเดียว ทำให้ผ่อนแรงมากขึ้น การคำนวณให้คิดทีละตัว แบบรอกเดียว

    หรือ สูตร              E             =                W/2กำลังn
                                   n             =                จำนวนลอกที่เคลื่อนที่

    คาน
    คาน(Lever) คือ เครื่องกลชนิดหนึ่งที่ใช้ดีด-งัดวัตถุให้เคลื่อนที่รอบจุดหมุน(จุดFulcrum)  มีลักษณะแข็งเป็นแท่งยาว เช่นท่อนไม้หรือโลหะยาว คานอาจจะตรงหรือโค้งงอก็ได้ การทํางานของคานใช้หลักของโมเมนต์
    ส่วนประกอบที่สำคัญในการทำงานของคานมี 3 ส่วนดังนี้
    1. แรงความต้านทาน(W)หรือนํ้าหนักของวัตถุ
    2.แรงความพยายาม(E)หรือแรงที่กระทำต่อคาน
    3.จุดหมุนหรือจุดฟัลครัม(F=Fulcrum)


    คานจำแนกได้เป็น 3 ประเภท หรือ 3 อันดับ ดังนี้
    คานอันดับที่ 1 เป็นคานที่มีจุดหมุน(F)อยู่ระหว่างแรงความพยายาม(E)และแรงความต้านทาน(W)เครื่องใช้ที่ใช้หลักของคานอันดับหนึ่ง ได้แก่ ชะแลง กรรไกรตัดผ้า แจว คีมตัดลวด กรรไกรตัดเล็บ


  4. คานอันดับที่ 2 คือ คานที่มีแรงความต้านทาน(W)อยู่ระหว่างแรงความพยายาม(E)และจุดหมุน(F)เครื่องใช้ที่จัดเป็นคานอันดับที่2 ไดแก่ รถเข็นดิน ที่เปิดขวด ที่ตัดกระดาษ ที่หนีบกล้วยสาบ 

คานอันดับที่ 3 คือ  คานที่มีแรงความพยายาม (E) อยู่ระหว่างแรงความต้านทาน (W) และจุดหมุน(F) เครื่องใช้ที่จัดเป็นคานอันดับ 3 ได้แก่ แหนบ ตะเกียบ พลั่ว คีมคีบถ่าน ปากกา ไม้กวาดด้ามยาว  การผ่อนแรงของคานจะมีมากหรือน้อยให้พิจารณาจากระยะทางจาก Eถึง F และ W ถึง F ว่าระยะทาง EF ยาวหรือสั้นกว่า WF ถ้ายาวกว่า ก็จะผ่อนแรงถ้าสั้นกว่าจะไม่ผ่อนแรง


 ลิ่ม
ลิ่ม เป็นวัตถุแข็งตัน  ซึ่งปลายด้านหนึ่งมีลักษณะแบนหรือแหลม   ส่วนอีกด้านหนึ่งเป็นหน้าเรียบ  เมื่อใช้ลิ่มตอกลงไปในวัตถุ  ลิ่มจะแทรกลงไปในวัตถุได้ด้วยแรงตอก  
เป็นเครื่องมือกลพื้นฐาน ซึ่งโดยหลักการคือการใช้พื้นเอียงในการแยกของสองสิ่งออกจากกัน การให้แรงในแนวตั้งฉากกับส่วนหัว จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแรงตั้งฉากไปแนวแรงในแนวตั้งฉากกับพื้นเอียงจะทำให้เกิดการได้เปรียบเชิงกล ขึ้นอยู่กับสัดส่วนของความยาวและความกว้างของตัวลิ่ม โดย ถ้าลิ่มมีความกว้างมาก จะต้องใช้แรงมากกว่า ลิ่มที่มีความกว้างน้อยกว่า  ตัวอย่างของการใช้ลิ่ม เช่น ขวาน ตะปู มีด สิ่ว เป็นต้น

ประเภทของลิ่ม
 ลิ่มที่ใช้ประกอบระหว่างเพลากับชิ้นส่วนอื่นไม่ว่าจะเป็นเฟือง พลูเลย์ หรือล้อสายพานต่างๆลิ่มมีหลายประเภทขึ้นอยู่กับการใช้งาน โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

ลิ่มส่งกำลัง
                ประเภทนี้มีหน้าที่ส่งกำลังระหว่างล้อกับเพลาในเครื่องจักรกลใหญ่ๆที่ใช้ล้อสายพาน ใช้เฟือง ใช้คลัตช์ หรือเครื่องจักรกลเกษตร  ก็ใช้ลิ้มส่งกำลัง ลิ้มชนิดนี้ถอดประกอบได้ง่าย ลิ้มส่งกำลังจะมีความลาด 1 ต่อ 100 หมายถึง  ที่ความยาว 100 มิลลิเมตร  ความสูงของ ลิ้มจะลดลง 1 มิลลิเมตร ดังรูป

ลิ่มส่วนอัดเข้าไปในล้อกับเพลา
                ลิ่มประเภทนี้จะมีหัวท้ายปลายตัดตรง การใช้สอดใส่เข้าไประหว่างล้อกับเพลา จากนั้นจึงใช้แรงกระแทกอัดให้แน่นให้ได้ตำแหน่งตามต้องการ ร่องลิ่มจะต้องมีความยาวมากกว่าลิ่มสองเท่า การใส่ในทิศทางหนึ่งและเวลาต้องถอดในทิศทางตรงกันข้ามดังรูป

ลิ่มมีหัว
                ลิ่มประเภทนี้จะใช้ในกรณีที่ล้อ และเพลาสามารถในลิ่มได้เพียงด้านเดียวดังนั้นการถอดประกอบก็ต้องถอดเพียงด้านเดียว  ดังรูป

ลิ่มขวาง
                ลิ่มประเภทนี้เหมาะสำหรับยึดชิ้นงานที่ต้องการกับแรงดัด  แรงดัดโก่ง และแรงอัด  แต่ มีข้อเสียคือชิ้นงานจะมีความแข็งแรงน้อยลงเพราะรูขวางอยู่ ดังรูป

ลิ่มอัด
                ลิ่มประเภทนี้ไม่มีความลาดตามแนวยาว จะขนานตามแนวยามตลอดลำตัว  ดังนั้นแรงที่ขับขี่ล้อหรือเพลาให้หมุนนั้นจะกระทำผ่านผิวด้านของลิ้ม  ผิวด้านข้างลิ้มจะรับภาระเฉลือนแต่ข้อดีคือ  ระหว่างล้อกับเพลาจะไม่มีการเยื้องศูนย์ ลิ่มประเภทนี้เหมาะสำหรับเพลาที่หมุนดังรูป

ลิ่มฝัง  เป็นสิ่งส่งกำลังตามมาตรฐานของ DIN แบบ A ลักษณะดังรูปร่างของลิ่มฝังจะมีหัวท้ายเป็นรูปโค้งครึ่งวงกลม ในการประกอบจะวางลิ่มลงในร่องเพลาก่อน  แล้วเลื่อนล้อสวมเข้สาไปให้แน่น ตำแหน่งล้อที่อัดแน่นจะไม่สามารถกำหนดให้แน่นอน การกัดผิวร่องกระทำได้ยากจึงไม่นิยมนำมาใช้ แต่ลิ่มชนิดนี้ฝังลงในร่องจึงนำมาใช้ในงานที่รับโมเมนต์มากได้  ลิ่มชนิดนี้มีลักษณะรูปร่าง  ดังรูป

ลิ่มเว้า  เป็นลิ่มส่งกำลังตามมาตรฐานของ  DIN มีด้านที่ประกอบติดกับเพลาเป็นรูปเว้าให้แนวติดเพลากลม ไม่ต้องปาดผิวเพลาทำให้ลดต้นทุนการผลิตใช้กับงานที่รับโมเมนต์ต่ำพวกล้อขนาดเล็กๆลิ่มชนิดนี้มีลักษณะรูปร่าง ดังรูป

พื้นเอียง

พื้นเอียง คือ เครื่องกล ที่ช่วยผ่อนแรงมีลักษณะเป็นไม้กระดานยาวเรียบ ใช้สำหรับพาดบนที่สูงเพื่อขนย้ายวัตถุสิ่งของสู่ที่สูงโดยการลากหรือผลัก
ประโยชน์ของพื้นเอียง คือ  ช่วยอำนวยความสะดวกและช่วยผ่อนแรงในการขนย้ายสิ่งของขึ้นหรือ
ลงจากยานพาหนะ
ตัวอย่างการคำนวณ  นาย ก. ใช้พื้นเอียงยาว 8 เมตร วางพาดกำแพงสูง 2 เมตร โดยให้ปลายของพื้นเอียงอยู่บนกำแพงพอดี แล้วลากวัตถุหนัก 500 นิวตัน ขึ้นไปไว้บนกำแพง จงหาว่านาย ก ออกแรงเท่าใด
ให้ออกแรงลาก = X นิวตัน

งานที่ให้

=

งานที่ได้

แรงที่ใช้ลาก ? ความยาวพื้นเอียง

=

น้ำหนักวัตถุ ? ความสูงพื้นเอียง

X ? 8

=

500 ? 2

X

=

500 ? 2 / 8 = 125 นิวตัน

 

 

 

ตอบ แรงที่ออกเท่ากับ 125 นิวตัน

ตัวอย่างการคำนวณ   นักเรียนคนหนึ่งยกของหนัก 20 นิวตัน จากพื้นห้องวางบนโต๊ะสูง 0.90 เมตร งานเนื่องจากแรงยกของนี้มีค่าเท่าไร
                           จากสูตร      งาน    =    แรง x ระยะทาง
                                                       =     20 N  x 0.90 m
                                                       =      18   Nm               
                                               ตอบ     18    นิวตัวเมตร

ล้อ-เพลา

ล้อและเพลา เป็นเครื่องกลที่ช่วยผ่อนแรงประกอบด้วยวัตถุทรงกระบอก 2 อันติดกัน อันใหญ่เรียกว่าล้อ อันเล็กเรียกว่าเพลา ใช้เชือก 2 เส้น พันรอบล้อเส้นหนึ่ง อีกเส้นหนึ่งพันรอบเพลาโดยพันไปคนละทาง        ปลายข้างหนึ่งของเชือกที่พันรอบเพลาผูกติดกับวัตถุ ปลายข้างหนึ่งของเชือกที่พันรอบล้อใช้สำหรับออกแรงดึง เป็นเครื่องมือที่เราเห็นและใช้ในชีวิตประจำวันทั่วไป ได้แก่ พวงมาลัยรถยนต์ สว่านไฟฟ้า พัดลม ซึ่งจะประกอบด้วยเพลาเป็นแกนกลาง  ส่วนล้อจะอยู่ข้างนอก

ศูนย์วิทยาศาสตร์เพื่อการศึกษาขอนแก่น
ถนนมิตรภาพ ตำบลบ้านไผ่ อำเภอบ้านไผ่ จ.ขอนแก่น 40110
Tel. 043-274154-5 Fax. 043-274046