ใส่ความเห็น

ปีกและการเกิดแรงยก

ปีกและการเกิดแรงยก
นกกับเครื่องบินมีสิ่งหนึ่งที่สำคัญมากที่ใช้เหมือนกัน นั่นคือทั้งสองสิ่งต้องใช้ปีกในการบิน  การบินของเครื่องบินกับนกอินทรีอาจจะไม่เหมือนกัน แต่ปีกทั้งสองชนิดมีรูปทรงในลักษณะที่คล้ายกัน คือพื้นผิวด้านบนของปีกจะโค้งจากด้านหน้าหรือขอบชั้นหน้าเพิ่มความหนา จากนั้นค่อยๆลดลงไปที่ด้านหลัง

การทดลองอุโมงค์ลม
สิ่งต้องเตรียม

1  กระดาษแข็ง

2  กล่องแบบสูง

3  เทปใส

4  พัดลม

5  เข็มร้อยดอกไม้ หรือไม้ไผ่ยาว

6   ด้ายสีแดง

การทดลอง

ตัดด้านหน้าและด้านหลังของกล่องนมออก เอากล่องกระดาษติดกาวหรือเทปเข้าด้วยกันเพื่อให้เป็นตารางขนาด 4×4 ที่แสดง จัดวางบนพื้นไม้กระดาน วางพัดลมไว้ตำแหน่งกลางด้านทางหลังกล่อง วางให้ตรงในทิศทางเดียวกับช่องที่ตัด  อุโมงค์ลมขั้นพื้นฐาน เสร็จสมบูรณ์แล้ว
พับกระดาษครึ่งใบติดเทปส่วนบนยึดติดกับส่วนล่างเข้าไปประมาณ 1 นิ้วจากขอบ กระดาษจะมีส่วนโค้งด้านบน โค้งมนที่เข็มเป็นแกนกลาง
เปิดพัดลมเพื่อเพิ่มความเร็วลม ต่ำสุด ถือระดับเข็มให้ได้ศูนย์กลางของกระแสอากาศ สังเกตุปีก จะเกิดอะไรขึ้น? กลับหัวกลับหางปีกลงและลองใหม่อีกครั้งจะมีผลอะไร?

การทดสอบต่อไป
ตัดด้ายติดเทปตามขอบด้านหน้าของปีกหลายๆชิ้น และด้านหลังเหนือพื้นผิวปีกด้านบน นำปีกไปทดลองกับอุโมงค์ลม เกิดอะไรขึ้นกับด้ายเมื่อกระแสอากาศผ่านเป็นอย่างไร จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเพิ่มความเร็วลมให้มีความเร็วสูงขึ้น
ทำปีกรูปร่างต่างๆที่แตกต่างกันออกไปและทดสอบ บันทึกผลและอธิบายผลการทดลอง
การทดสอบในระดับสูง
ปรับปรุงอุโมงค์ลมขั้นพื้นฐานให้ใหญ่ขึ้น มันจะมีประโยชน์มากในการทดสอบการบิน  เช่นการติดตั้งพัดลมที่มีความเร็วตัวแปรอย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์การวัดความเร็วลม (air speed indicator) สร้างกล่องไม้แทนที่กล่องนมเป็นต้น
การทดสอบมีความจำเป็น สำหรับเครื่องบินบางแบบต้องมีการทดสอบอย่างถูกต้องในอุโมงค์ลม การสร้างจากรูปแบบที่กำหนดอาจจะต้องแก้ไขในบางสิ่ง เพื่อให้ง่ายต่อการควบคุม เครื่องบินจะขึ้นหรือลงหรือเลี้ยวเอียงไปทางซ้ายหรือขวาถ้าทดสอบในทางปฏิบัติจากการบินไม่ใช่เรื่องง่าย วิธีการทดสอบคือการติดด้ายบนผิวเครื่องบินไปยังพื้นที่ที่ต้องแก้ไขตามรูปแบบ การเคลื่อนที่และทิศทางที่ด้ายถูกเป่าแสดงบอกพฤติกรรมการไหลของอากาศ
ปีกและแรงยก


เมื่อปีกผ่านอากาศ สิ่งที่เกิดขึ้น ที่ขอบชายหน้าของปีก คือแบ่งการไหลเวียนของอากาศ อากาศส่วนหนึ่งไปด้านบนของปีก  ส่วนที่เหลือจะไปอยู่ด้านล่าง เนื่องจากผล Coanda การไหลเวียนของอากาศมีแนวโน้มที่จะติดยึดพื้นผิวของปีกมากกว่าที่มีการเคลื่อนที่
         รูปร่างของปีก(airfoil) สร้างแรงยก
อากาศที่ผ่านใต้ปีกขึ้นยังคงเพิ่มขึ้นหรือลดลง ทั้งนี้เป็นเพราะพื้นผิวล่างของปีกจะแบนเกือบตรง แต่อากาศที่ไหลผ่านปีกด้านบนใช้ระยะทางไกลกว่าที่จะไปเพราะพื้นผิวด้านบนเป็นโค้ง เพื่อให้ทันกับอากาศภายใต้  อากาศที่ด้านบนจึงมีการเลื่อนเร็วขึ้น โดยหลักการ Bernoulli  เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นหมายถึงความดันต่ำ เป็นผลให้อากาศด้านบนของปีกมีความดันน้อยกว่าความดันอากาศใต้ปีก แรงดันที่แตกต่างนี้เรียกว่าแรงยก
รูปร่างปีกหรือ airfoil ออกแบบขึ้นเป็นรูปทรงที่ดีที่สุดสำหรับการสร้างแรงยก นั่นคือเหตุผลที่ธรรมชาติใช้ airfoil  ในนกที่บิน  แมลงและค้างคาว  วิศวกรได้ใช้เป็นรูปแบบนี้ในการสร้างปีกของอากาศยาน

การสูญเสีย แรงยก
สิ่งที่ต้องเตรียม
1 อุโมงค์ลม
2  ปีกกระดาษ
3  กระดาษแข็ง

วิธีทดลอง
ตั้งค่าปีกในอุโมงค์ลมเหมือนก่อน สังเกตตำแหน่งการย้ายกระแสลม ให้ปิดกั้นอากาศที่ไหลผ่านด้านบนของปีกด้วยกระดาษแข็ง โดยนำกระดาษแข็งวางตามแนวกึ่งกลางของขอบชายหน้าของปีกไปทางด้านบน จะเกิดอะไรขึ้น?
ทดสอบอีกครั้ง นำกระดาษแข็งปิดกั้นลมด้านพื้นผิวล่างของปีก สังเกตสิ่งที่เห็น?
อธิบายผลในรูปแบบของสิ่งที่ได้เรียนรู้เกี่ยวกับแรงยก

      การบินของ Frisbee
สิ่งประดิษฐ์ Frisbees ประดิษฐ์โดย เฟรเดอริ เมอริสัน ในปี 1940  ได้ใช้แนวความคิดของจากกระป๋องวงกลมว่างเปล่าร่อนดีมากเมื่อโยนคว่ำ ต่อมาเขาขายสิ่งประดิษฐ์ของเขาโดยตั้งเป็นบริษัทชื่อ Wham – O Corporation of California, สำหรับผลิตของเล่น ใช้ชื่อว่า”Frisbee”
Frisbee สร้างแรงยกในลักษณะเดียวกับปีก นั่นคือด้านบนสุดของดิสก์เป็นโค้งในขณะที่ด้านล่างจะแบน ในระหว่างการร่อน ส่งผลให้ความกดอากาศอยู่ที่ด้านบนน้อยกว่าด้านล่าง แต่เนื่องจาก Frisbee จะมีการทำงานในลักษณะการหมุนและแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ จึงมีความซับซ้อนมากกว่า
    แผนภาพ Close – up ของขนนก

           การสังเกตุขนนก
สิ่งต้องเตรียม
1  ขนนก
2  แว่นขยาย
วิธีการ
สังเกตุขนจากด้านข้าง มีรูปร่างแบบใด?
จากการขยายภาพให้สังเกตุการยึดติดของขนปีกเล็กๆ เหล่านี้ล็อกติดร่วมกันลักษณะใด?  อธิบายและวาดภาพสิ่งที่เห็นอย่างละเอียด?

ถือขนนกด้านปลายแกนปีก เอียงขนปีกเพื่อให้ขอบด้านหน้าสูงกว่าด้านหลัง เคลื่อนย้ายอย่างรวดเร็วผ่านทางอากาศ ให้สังเกตุรูปร่าง ขนปีกของนกและแต่ละขนจะมีรูปทรงคล้ายกับปีกเครื่องบินและมีจำนวนมากการไซ้ขน และเล่นน้ำของนกจึงเป็นการจัดระเบียบขนเพื่อสร้างแรงยกให้เกิดในทิศทางเดียวกัน
การบินของนกขนาดใหญ่ที่มีน้ำหนักมาก จะเปิดปีกมากและปิดอย่างรวดเร็วเพื่อให้เกิดแรงยกมาก เมื่อบินสูงขึ้นจนได้ระดับก็จะลดลงเหลือเท่าที่จำเป็นสำหรับการบินระดับ
มีหลายอย่างที่ควรเรียนรู้จากนก  เช่นโครงสร้างของนกเป็นกระดูกกลวงที่มีช่องว่างมากทำให้นกมีน้ำหนักเบาแข็งแรง กล้ามเนื้อหน้าอกของนกซึ่งมีขนาดใหญ่มากและมีประสิทธิภาพ ในการส่งแรงไปที่ปีกมี และลำตัวของนกได้รับความคุ้มครองจากขนที่หนาแน่น

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s

%d bloggers like this: