เทคนิคช่วยจำฟิสิกส์

ลำดับตอนที่ #15 : เรื่องของ"รอก"แบบไม่ต้อง"ลอก" (ของม.ต้น)

ก็เป็นบทต่อไปของนิวตันละนะครับ
เรื่องรอกเกือบทุกคน มักจะได้เจอกับมันครั้งแรกตอนประมาณ ม.3
ซึ่งการเรียนเรื่องรอกส่วนใหญ่ ก็จะเน้นการจำสูตรเป็นหลัก
โดยจะให้หาว่า ต้องใช้แรงน้อยลงเป็นกี่เท่าของน้ำหนักจริง
โดนบังคับให้จำทำนองว่า รอกเดี่ยวเคลื่อนที่ ต้อง 2 ยกกำลัง n โดย n คือจำนวนรอก
หรือถ้าเจอรูปนี้ เอาน้ำหนักวัตถุหารด้วย 5 จะได้แรง อะไรทำนองนี้
ซึ่ง เมื่อพี่ผ่านมาตรงจุดนี้ รู้สึกว่าการสอนแบบนั้น มันน่าเบื่อมากๆ
ทำไมตอนนั้นเราไม่เจอการสอนให้เขียนรูปดูละ
เพราะถ้าสอนแบบนั้นก็อาจจะไม่ต้องมานั่งจำสูตรพวกนี้

หลักการทำโจทย์เกี่ยวกับรอกมีอยู่ 2 ข้อ
1.เชือกเส้นเดียวกันความตึงเท่ากัน
2.แรงขึ้นเท่ากับแรงลงทุกที่ (เพราะเราจะสนใจจังหวะที่มันอยู่นิ่ง หรือ สภาวะสมดุลนั่นเอง)

ทีนี้ก็ลองมาดูชนิดของรอกกัน

รอกเดี่ยว


(รูปนี้ได้มาจาก web http://www1.skz2.go.th/dome/rog.htm ขอขอบคุณด้วยนะครับ
และขออนุญาติ นำมาใช้ ณ ตรงนี้เลยนะครับ)

1.รอกเดี่ยวเคลื่อนที่(สังเกตุว่า เวลาใช้งานมันจะเคลื่อนที่) ทุกคนคงเคยเรียนว่ามันจะผ่อนแรงได้ครึ่งนึง ก็คือ ถ้าวัตถุหนัก 20 N ก็จะใช้แรงเพียง10 N ในการยกมันขึ้น
ทีนี้ก็จะมาดูว่า ทำไม ถึงใช้แรงแค่ครึ่งเดียว



ดูจากรูป วิธีทำ ก็ไม่มีอะไรมาก แค่เอา กรอบไปครอบตรงรอกที่เราสนใจแล้วใช้หลัก 2 หลักนั้นก็จบ
อย่างแรกก็คือ แรงตึงเชือกของทั้งสองด้านจะเท่ากัน
เพราะงั้นเราจะให้แรงทั้งสองด้านเป็น F
แล้วน้ำหนักที่ต้านแรง F ก็คือ Mg (บางที่จะใช้เป็น W ก็ไม่เป็นไรใช้แทนกันได้)

ทีนี้ก็ให้แรงขึ้นเท่ากับแรงลง ก็คือ

Mg(หรือ W) = F + F
                W = 2F
                 F  = w/2  นั่นเอง
เพราะงั้น นี่ก็จะเป็นข้อพิสูจน์ได้ว่า ทำไมรอกเดี่ยวเคลื่อนที่จะผ่อนแรงไปได้ครึ่งนึง

2.รอกเดี่ยวตายตัว ก็คงเคยเรียนกันมาแล้ว ว่า มันจะไม่ผ่อนแรง แต่ช่วยอำนวยความสะดวกในการดึงเท่านั้น

(รูปนี้ได้มาจาก web http://www1.skz2.go.th/dome/rog.htm)
เพราะงั้นวัตถุหนักเท่าไหร่ก็ต้องยกเท่านั้นแหละ

รอกพวง
ต่อไปจะขึ้นรอกพวง ที่เน้นสูตรกันมาก แต่ มันมีวิธีทำง่ายๆแบบไม่ต้องจำ
ซึ่งจะหาแรงที่ต้องใช้ได้ดังนี้
รอกพวงแบบแรก




อย่างแรกเลยก็แบบเดิม ใส่กรอบให้มัน แล้วก็เขียนแรงเข้าไป



จะได้ว่า แรงสีเขียว = แรงสีฟ้า 2 อันรวมกัน
แล้วก็ทำ แบบนี้ไปเรื่อยๆ



จะได้ว่า แรงเส้นเขียว = 2 เส้นน้ำเงิน
และ เส้นเหลือง = 2 เส้นเขียว
สรุปก็คือ ถ้าให้ แรงในเส้นน้ำเงินเป็น F แล้ว แรงในเส้นสีเขียวก็จะเป็น 2F และ แรงในเส้น สีเหลืองเป็น 4F
เมื่อได้อย่างนี้แล้ว ก็เอากรอบไปครอบอีกที ที่ตรงไม้

แล้วก็จับแรงขึ้นบน เท่ากับลงล่าง จะได้
แรงเส้นเหลือง + แรงเส้นเขียว + แรงเส้นน้ำเงิน  = น้ำหนักวัตถุ
แทนค่าลงไปแรงเส้นเหลือง = 4F แรงเส้นเขียว = 2F แรงเส้นน้ำเงิน = F
ก็จะได้ว่า       4F+2F+F = W
ดังนั้น 7F = W เพราะงั้นแรงที่ใช้ก็จะได้ F = W/7 นั่นเอง
อันนี้ก็เป็นแบบรอกอีกอันหนึ่งที่ชอบเอาไปออกข้อสอบของม.ต้นนะครับ
แสดงตัวอย่างมานี่ก็ให้ดูๆ วิธีคิดกันไว้
แต่ไม่ต้องไปจำว่ารูปแบบนี้ แรงที่ใช้ต้องเป็น W/(2n+1)โดยให้ n เป็นจำนวนรอก
ซึ่งยุ่งยาก เดินสะดุดล้มทีก็ลืมแล้ว วาดรูปแล้วเรียนรู้เทคนิคดีกว่าครับ มันจะจำได้แน่น และ ทนกว่ากัน
ปล. ไอ้ที่ให้จำแบบนั้นอ่ะ มีจริงๆนะครับ ใครเคยโดนก็บอกกันมามั่งละกัน

รอกพวงแบบสอง


อันนี้วิธีทำก็คล้ายๆอันแรกนะครับ เอากรอบครอบเข้าไป
ใส่แรงเข้าไป (สังเกตุ มันเชือกเส้นเดียวกันหมด ไม่มีการตัด เพราะฉะนั้น แรงตึงเชือกทุกเส้นจะเท่ากับ F
 

เมื่อดูจากรูปก็จะได้ว่า F+F+F+F = W เพราะงั้น 4F = W
แรง F จึงมีค่าเป็น W/4 นั่นเอง ก็คงจะตรงกับที่เคยเรียนๆกันมานะครับ

อันนี้ก็เป็นรอกพวงอีกชนิดหนึ่ง ที่ลักษณะคล้ายๆ ข้างบน แต่จะผ่อนแรงได้มากกว่า



เราก็จะมาหากันว่า ถ้าต้องยกของหนัก W จะต้องออกแรงเป็นเท่าไหร่
เริ่มก็แบบเดิมนะครับ เอากรอบครอบ เขียนแรงขึ้นกะลง แล้วจับเท่ากัน


ทำแบบเดิมๆ ก็จะได้ว่า 5F = W เพราะงั้น F = w/5 นั่นเอง


เป็นยังไงครับ เริ่มจะทำเองได้แล้วใช่ไม๊ โจทย์ รอกทั่วๆไปก็มีแค่นี้แหละครับ
แต่ในม.ต้นมันจะเอามาประยุกต์กับโมเมนต์(คาน) ทำให้ดูยากขึ้นไปอีก
แล้วพอในม.ปลาย มันจะเอาไปปนกับแรงเสียดทาน ทำให้ยิ่งงงครับ
ยังไงก็ตาม ทำความเข้าใจกับตัวอย่างเหล่านี้(ทำรูปยากนะครับ)ให้ละเอียด แล้วไปลองทำโจทย์ของม.ต้นดู วาดรูปไปแบบนี้แหละ ซักพักจะคล่อง แล้วทำได้ในที่สุด