ฟิสิกส์บนน้ำแข็ง

เมื่อฉันดูภาพยนตร์ รายการทีวี หรือกีฬา ฉันมักพบว่าตัวเองคิดถึงฟิสิกส์ของสถานการณ์ ในอเมริกาเหนือ เรากำลังใกล้จะสิ้นสุดฤดูกาลฮ็อกกี้น้ำแข็ง เป้าหมายหลักของกีฬานี้คือเพื่อให้เด็กซนเข้าไปในตาข่าย แต่ผู้เล่นจะตีเด็กซนได้ไกลแค่ไหน หากไม่มีตาข่ายและขอบของลานสเก็ต คุณสามารถทำให้เด็กซนวนรอบลานสเก็ตได้หรือไม่? คำถามประเภทนี้เป็นเครื่องมือที่เหมาะสำหรับการสอนฟิสิกส์ 

เนื่องจาก

คุณสามารถเริ่มต้นด้วยสถานการณ์พื้นฐานที่สุดและต่อยอดเพื่อเข้าถึงความเป็นจริงที่ซับซ้อนผู้เล่นสามารถตีเด็กซนได้ไกลแค่ไหน หากไม่มีตาข่ายและขอบของลานสเก็ต คุณสามารถทำให้เด็กซนวนรอบลานสเก็ตได้หรือไม่? คำถามดังกล่าวเป็นเครื่องมือที่เหมาะสำหรับการสอนฟิสิกส์

เพื่อตอบคำถามว่าคุณสามารถตีเด็กซนได้ไกลแค่ไหน มีสามชั้นพื้นฐาน คุณเริ่มต้นด้วยน้ำแข็งซึ่งเป็นพื้นผิวที่ลื่นมาก ดังนั้นจึงปลอดภัยที่จะสันนิษฐานว่าแรงเสียดทานระหว่างเด็กซนกับน้ำแข็งนั้นเล็กน้อย คุณยังเพิกเฉยต่อแรงต้านของอากาศ ซึ่งเหลือเพียงแรงโน้มถ่วงด้านล่างและแรงปกติ 

(แรงผลักขึ้นจากน้ำแข็ง) ซึ่งสมดุลซึ่งกันและกัน ไม่มีแรงสุทธิหมายความว่าไม่มีการเคลื่อนไหว ดังนั้นคุณจึงออกแรงผลัก เช่น การตีจากไม้ฮอกกี้ ซึ่งส่งผลให้เด็กซนเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ตลอดไป

ทั้งหมดนี้เป็นกลไกง่ายๆ แต่ยังไม่สมจริงนัก แม้ว่าน้ำแข็งจะลื่นมาก แต่ก็จะมีแรงเสียดทาน

ระหว่างก้อนน้ำแข็งกับปุ่ม ซึ่งขัดขวางการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ซึ่งหมายความว่าคุณต้องรับผิดชอบมัน ในระดับพื้นฐาน แรงเสียดทานเป็นปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อน แต่ความซับซ้อนเหล่านี้สามารถจับต้องได้ด้วยแบบจำลองแรงเสียดทานอย่างง่าย ซึ่งพบได้จากการทดลองสำหรับวัสดุต่างๆ สมมติว่าค่าสัมประสิทธิ์

แรงเสียดทานมีค่าประมาณ 0.1 สำหรับลูกกอล์ฟบนน้ำแข็ง โดยใช้จลนศาสตร์พื้นฐานและกฎที่มีประโยชน์ของนิวตัน ที่ให้ระยะหยุดรถมากกว่า 1,000 ม. เมื่อชนลูกเป็ดด้วยความเร็วเริ่มต้น 160 กม./ชม.

แม้ว่าจะสมจริงยิ่งกว่าไม่เคยหยุดนิ่ง แต่สถานการณ์นี้ก็ยังไม่อาจเชื่อได้ เนื่องจากต้องคำนึงถึง

แรงต้าน

ของอากาศด้วย แม้ว่าการชนกันระหว่างโมเลกุลของอากาศกับวัตถุอาจซับซ้อน เช่นเดียวกับการเสียดสี แต่ก็มีแบบจำลองเพื่ออธิบายสถานการณ์ โชคไม่ดีที่เมื่อใส่ค่านี้ลงในสมการของความเร่ง มีข้อติดขัด นั่นคือความเร่งสามารถใช้กำหนดการเปลี่ยนแปลงของความเร็วได้ แต่ตอนนี้ขนาดของความเร่งขึ้น

อยู่กับความเร็วด้วยเป็นไปได้ที่จะเขียนความเร่งเป็นอนุพันธ์ของความเร็วตามเวลา โดยเปลี่ยนสมการนี้เป็นสมการเชิงอนุพันธ์ แต่มีอีกวิธีหนึ่งในรูปแบบของการคำนวณเชิงตัวเลข ซึ่งช่วยให้คุณสามารถแยกปัญหาออกเป็นปัญหาที่เล็กและง่ายกว่ามากมาย ในกรณีนี้ การเคลื่อนไหวของลูกฮอกกี้

แบบเลื่อนสามารถจำลองได้ในระยะเวลาสั้นๆ เช่น 0.1 วินาที ในช่วงสิบวินาทีนั้น ลูกฮ็อกกี้จะลดความเร็วลง อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงความเร็วจะมีเพียงเล็กน้อย – น้อยพอที่จะสามารถคำนวณความเร่งและถือว่าคงที่ได้ ทำให้สามารถกำหนดการเคลื่อนไหวในช่วงเวลาสั้น ๆ นี้ได้ ด้วยความช่วยเหลือ

ของคอมพิวเตอร์ (เนื่องจากช่วงเวลา 0.1 วินาทีหมายถึงจุดข้อมูลจำนวนมาก) คุณจะได้รับแผนภาพเวลาเทียบกับตำแหน่งจุด ซึ่งแสดงสำหรับจุดมวล 170 กรัม ระยะหยุดรถ 227 ม. ปรากฎว่า แรงต้านของอากาศมีบทบาทสำคัญแล้วการตีเด็กซนไปรอบๆ ลานฮอกกี้ทั้งหมด 

(ประมาณ 180 ม. ในรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าโค้งมน) ด้วยการยิงเพียงครั้งเดียวล่ะ ในสถานการณ์สมมตินี้ การเคลื่อนไหวของเด็กซนสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน ส่วนง่ายๆ คือการเคลื่อนที่ไปตามขอบตรงของลานสเก็ต ผนังจะสร้างปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างกับอากาศ และเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์การลาก 

สำหรับการประมาณครั้งแรก เราสามารถถือว่าเด็กซนเป็นไปตามการคำนวณเช่นเดียวกับด้านบน แต่เมื่อเด็กซนเคลื่อนที่รอบมุมโค้งมนของลานสเก็ตซึ่งมีรัศมีความโค้ง 8.5 ม. กำแพงกั้นจะเพิ่มแรงใหม่สองแรงในการคำนวณ อย่างแรก แรงปกติจากผนัง ซึ่งดันเด็กซนไปด้านข้างเพื่อให้กลับตัว ประการที่สอง 

แรงเสียดทาน

ระหว่างผนังกับเด็กซนนอกจากนี้ ยังมีอีก 2 วิธีที่เด็กซนสามารถเดินทางรอบๆ ทางโค้งนี้ได้ มันสามารถ “กลิ้ง” ไปตามผนังได้ ซึ่งในกรณีนี้ยังคงต้องมีแรงเสียดทานกับผนังบางประเภทที่ทำให้เด็กซนเพิ่มความเร็วเชิงมุม เพื่อที่จะหมุนได้อย่างสมบูรณ์ ความเร็วเชิงมุมของปุ่มจะต้องเท่ากับความเร็ว

เชิงเส้นของปุ่มคูณด้วยรัศมีของปุ่ม (ซึ่งเป็นจริงสำหรับการกลิ้งใดๆ โดยไม่มีวัตถุลื่นไถล)อีกวิธีหนึ่งที่เด็กซนสามารถเคลื่อนที่ไปตามมุมต่างๆ ได้ก็คือการเลื่อนจนสุดโดยไม่ต้องกลิ้ง ในเวอร์ชันนี้ ความเร็วเชิงมุมของลูกเป็ดจะอยู่ที่ศูนย์และจะมีเพียงแรงเสียดทานจลน์เท่านั้น แน่นอนว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

ระหว่างลูกยางกับผนังน่าจะสูงกว่าปฏิกิริยาระหว่างน้ำแข็งกับยางมาก แต่มันซับซ้อนยิ่งขึ้นสำหรับแรงเสียดทานที่ผนัง-ลูกหมุนนี้ ขนาดของแรงเสียดทานขึ้นอยู่กับแรงปกติที่ผนังผลักลูกหมุนเพื่อให้ลูกหมุน แรงปกตินี้ขึ้นอยู่กับรัศมีความโค้งของผนังและความเร็วของลูกเป็ด ดังนั้น อีกครั้ง 

แรงเสียดทานที่ผนัง-ลูกซนขึ้นอยู่กับความเร็วของลูกซนเป็นไปได้ว่าเด็กซนอาจ “กระดอน” เมื่อมันเปลี่ยนจากส่วนตรงของผนังไปยังส่วนโค้ง สิ่งนี้ไม่เพียงทำให้สูญเสียพลังงานจลน์ (และช้าลง) แต่ยังหมายความว่าจะสูญเสียการสัมผัสกับผนังด้วย นี่เป็นปัญหาที่ค่อนข้างยาก และเพื่อแก้ปัญหานี้ 

คุณอาจต้องการข้อมูลการทดลองเพิ่มเติมเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างเด็กซนกับผนัง พิจารณาการบ้านของคุณในครั้งต่อไปที่คุณดูเกม!ในภายหลังก็พร้อมแล้ว” สำหรับ IBM แล้ว ผลกระทบของคอมพิวเตอร์และการปฏิวัติทางอินเทอร์เน็ตนั้นลึกซึ้งยิ่งขึ้นไปอีก สิ่งใหม่ที่เรียกว่า “ซอฟต์แวร์” เริ่มทำงานในปี 1990 ปัจจุบัน “มีอยู่ทุกที่และสัมผัสทุกกระบวนการทางธุรกิจ” เขากล่าว ปริมาณข้อมูล

Credit : ฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ / สล็อตแตกง่าย