เครื่องกลอย่างง่าย

รูปภาพของ kruaew
.....เครื่องกลอย่างง่าย.....
   
Tongue out กิจกรรมค้นให้พบ  
     ทำอย่างไรให้แรงของนักเรียนเพิ่มขึ้น

1. ให้นักเรียนร่วมทำกิจกรรมนี้กับเพื่อนอีกสองคน โดยช่วยกันพับเชือกรอบด้ามไม้กวาดสองด้าม ดังแสดงในรูป
2. ให้เพื่อนของนักเรียนทั้งสองคนพยายามดึงด้ามไม้กวาดออกจากกันโดยออกแรงเท่ากันตลอดการทดลอง เพื่อความปลอดภัยควรให้เพื่อนนักเรียนจับไม้ให้แน่นและไม่จำเป็นต้องออกแรงดึงเต็มที่
3. ให้นักเรียนพยายามดึงเพื่อทั้งสองเข้าหากันโดยการดึงที่ด้ามไม้กวาดทั้งสองด้าม นักเรียนทำได้หรือไม่
4. คราวนี้ให้ดึงเพื่อนทั้งสองเข้าหากันโดยการดึงที่เชือก นักเรียนทำได้หรือไม่
คิดทบทวน
ทำนายผล  นักเรียนคิดว่านักเรียนได้อะไรจากการพันเชือกรอบด้ามไม้กวาดหลายๆ รอบ

     ให้นักเรียนพิจารณาวัตถุต่างๆ ที่แสดงในหน้านี้ วัตถุใดบ้างที่นักเรียนคิดว่าเป็นเครื่องกล นักเรียนอาจแปลกใจก็ได้เมื่อทราบว่าวัตถุทุกชิ้นในรูปนี้เป็นตัวอย่างของเครื่องกลอย่างง่ายทั้งสิ้น จากที่นักเรียนได้เรียนรู้มาในตอนท้ายของเรื่องการได้เปรียบเชิงกลและประสิทธิภาพแล้ว เครื่องกลช่วยให้นักเรียนทำงานโดยการเปลี่ยนขนาดของแรง หรือทิศของแรงที่นักเรียนกระทำ
เครื่องกลอย่างง่ายแบ่งออกได้เป็นหกประเภท คือ พื้นเอียง ลิ่ม สกรู คาน ล้อและเพลา และรอก ในหัวข้อนี้นักเรียนจะได้เรียนรู้ว่าเครื่องกลอย่างง่ายประเภทต่างๆ ช่วยนักเรียนทำงานอย่างไร

 

รูปที่ 1 ไม่ว่านักเรียนจะรับประทานอาหารด้วยตะเกียบ
ผสมอาหารด้วยเครื่องตีไข่ ติดตั้งหลอดไฟชนิดเกลียว
หรือใช้คันเบ็ดดึงปลาเข้าฝั่ง นักเรียนใช้เครื่องกลอย่าง่ายทั้งสิ้น

 

Tongue out พื้นเอียง
นักเรียนเคยยกของจากที่ต่ำไปยังที่สูงหรือไม่ จากประสบการณ์นักเรียนคงทราบว่า งานนี้จะง่ายขึ้นถ้านักเรียนใช้ทางลาดมาช่วย เช่น การใช้ทางลาดช่วยให้นักเรียนดันรถเข็นของขึ้นไปบนทางเท้าหรือขึ้นไปยังรถบรรทุกได้ง่ายขึ้น ทางลาดเป็นตัวอย่างหนึ่งของเครื่องกลอย่างง่ายที่มีชื่อเรียกว่า พื้นเอียง ( Inclined Plan ) พื้นเอียงมีลักษณะพื้นผิวที่แบนราบและเอียง
พื้นเอียงทำให้นักเรียนต้องออกแรงในระยะทางที่มากขึ้น แต่แรงที่ออกจะมีขนาดน้อยกว่าแรงที่ได้ แรงที่ให้กับพื้นเอียง คือ แรงที่นักเรียนออกเพื่อผลักหรือดึงวัตถุ แรงที่ได้คือ แรงที่นักเรียนใช้ในการยกวัตถุโดยไม่อาศัยพื้นเอียง ซึ่งแรงนี้มีค่าเท่ากับน้ำหนักของวัตถุ
Tongue out การได้เปรียบเชิงกลของพื้นเอียง
     นักเรียนสามารถคำนวณหาค่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติของพื้นเอียงได้โดยการหารความยาวของพื้นเอียงด้วยความสูงของพื้นเอียง ดังสมการต่อไปนี้

การได้เปรียบเชิงกลอุดมคติ  ความยาวของพื้นเอียง / ความสูงของพื้นเอียง

     สมมติว่านักเรียนกำลังขนของขึ้นรถบรรทุกที่สูง 1 เมตร และนักเรียนจัดให้พื้นเอียงมีความยาว 3.0 เมตร ดังแสดงในรูปที่ 3 ค่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติของพื้นเอียงนี้ คือ 3.0 เมตร + 1 เมตร หรือ 3.0 นั่นคือพื้นเอียงนี้ช่วยเพิ่มแรงที่นักเรียนออกให้มากขึ้นเป็นสามเท่า


รูปที่ 2 ถึงแม้ว่าปริมาณของงานจะเท่ากันไม่ว่านักเรียน
จะยกรถเข็นขึ้นตรงๆ หรือเข็นรถเข็นขึ้นบนทางลาดไปยัง
รถบรรทุก แต่แรงที่นักเรียนออกจะน้อยกว่าเมื่อนักเรียน
ใช้พื้นเอียง

     เชื่อมโยงเหตุและผล

          เกิดอะไรขึ้นกับระยะทางที่นักเรียนใช้ในการ
ออกแรง

รูปที่ 3 ถ้านักเรียนเพิ่มความยาวของพื้นเอียงเป็นสองเท่า
โดยที่ความสูงยังคงเท่าเดิม ค่าการได้เปรียบเชิงกล
จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

     นักเรียนสามารถสรุปความสัมพันธ์ระหว่างความยาวของพื้นเอียงกับค่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติได้อย่างไร ถ้าความสูงของพื้นเอียงไม่เปลี่ยน การเพิ่มความยาวของพื้นเอียงจะทำให้การได้เปรียบเชิงกลอุดมคติเพิ่มขึ้น ดังนั้นถ้าความยาวของพื้นเอียงยิ่งมากขึ้น (ความชันของพื้นเอียงลดลง) แรงที่นักเรียนออกไปในการผลักหรือดึงวัตถุก็จะยิ่งน้อยลง

Tongue out ประสิทธิภาพของพื้นเอียง

     ถึงแม้พื้นเอียงจะไม่มีส่วนใดเคลื่อนที่ แต่ก็ยังมีการสูญเสียงานเนื่องจากแรง
เสียดทาน เหมือนกับกรณีที่เกิดในเครื่องกลแบบอื่นๆ แต่ในกรณีนี้แรงเสียดทาน
จะเกิดขึ้นระหว่างวัตถุกับพื้นเอียง เช่น ในขณะที่นักเรียนดึงลังสินค้าขึ้นไปตาม
 
พื้นเอียงจะมีแรงเสียดทานเกิดขึ้นระหว่างพื้นของลังกับผิวของพื้นเอียง นักเรียนสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของพื้นเอียงได้โดยการลดแรงเสียดทาน เช่นทำให้แรงเสียดทานลดลงโดยการวางลังสินค้าลงบนรถเข็นที่มีล้อแล้วเข็นรถขึ้นไปตามพื้นเอียงแทนที่จะลากลังขึ้นไป

Tongue out ลิ่ม  
     ถ้านักเรียนเคยเฉือนแอปเปิ้ลด้วยมีดหรือเคยเห็นใครผ่าฟืนโดยใช้ขวาน แสดงว่านักเรียนรู้จักเครื่องกลอย่างง่ายอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ลิ่ม ( Wedge ) ลิ่ม คือ อุปกรณ์ที่ปลายด้านหนึ่งหนาและค่อยๆ เรียวบางลงที่ปลายอีกด้านหนึ่ง นักเรียนสามารถมองลิ่มว่าเป็นพื้นเอียง ( หรือพื้นเอียงสองอันที่เอาหลังชนกัน ) ที่สามารถเคลื่อนที่ได้ก็ได้ เช่นเดียวกับกรณีของพื้นเอียง ลิ่มยิ่งมีขนาดยาวขึ้นและบางลงเท่าใด แรงที่ให้ในการทำงานก็จะยิ่งน้อยลง

สำหรับลิ่ม แทนที่วัตถุจะเคลื่อนที่ไปตามพื้นเอียง ตัวพื้นเอียงเองกลับเป็นตัวที่เคลื่อนที่ เช่น เวลานักเรียนใช้ขวานผ่าฟืน นักเรียนจะออกแรงกระทำที่ด้ามขวาน ด้ามขวานก็จะออกแรงกระทำต่อสันขวานด้านที่หนา ซึ่งแรงนี้จะทำให้ลิ่มเจาะลงไปในเนื้อไม้ ไม้จึงแตกแยกออกเป็นสองส่วน

ซิปเป็นอุปกรณ์อีกชนิดหนึ่งที่ทำงานโดยใช้หลักการของลิ่ม นักเรียนเคยลองดึงซิปทั้งสองข้างให้ติดกันด้วยมือเปล่า โดยไม่ใช้ตัวรูดช่วยหรือไม่ มันเป็นเรื่องที่แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่นิ้วของนักเรียนจะออกแงมากพอที่จะทำให้ฟันทั้งสองข้างของซิปติดเข้าด้วยกัน แต่เมื่อนักเรียนใช้ตัวรูดซิปขึ้น ภายในตัวรูดมีลิ่มเล็กๆ หลายอันช่วยเพิ่มแรงที่นักเรียนออกให้มากขึ้น ผลก็คือ แรงที่ใช้ในการรูดซิปมีขนาดมากพอที่จะใช้ปิดซิปทั้งสองข้างออกจากกันได้

 

รูปที่ 4 ในการแยกฟืนออกเป็นสองท่อนนั้น
ต้องใช้แรงมากพอสมควร แต่เมื่อใช้ลิ่มแรงที่
นักเรียนต้องออกนั้นมีขนาดลดลง

 
 
 
 
 

รูปที่ 5 นักเรียนอาจไม่เคยคิดถึงหลักการทำงานของซิป
ซิปใช้ลิ่มหลายตัวช่วยดันซิปทั้งสองด้านเข้าหากัน หรือแยกซิปออกจากกัน

 
 

Tongue out สำรวจสิ่งใหม่..คานสามประเภท..  
     คานทั้งสามประเภทแตกต่างกันในเรื่องของตำแหน่งของจุดหมุน ตำแหน่งของแรงที่ให้และตำแหน่งของแรงที่ได้ ให้สังเกตตำแหน่งเหล่านี้ในคานแต่ละประเภท
   
คานประเภทที่หนึ่ง  
     ถ้าระยะทางจากจุดหมุนถึงตำแหน่งแรงที่ให้มากกว่าระยะทางจากจุดหมุนถึงตำแหน่งแรงที่ได้ คานประเภทนี้จะเพิ่มแรง แต่ถ้าสลับกัน คานประเภทนี้จะเพิ่มระยะทาง นอกจากนี้คานประเภทนี้ยังเปลี่ยนทิศของแรงที่ให้ด้วย ตัวอย่างของคานประเภทนี้ ได้แก่ กรรไกร คีม และกระดานหก

 
 
 
คานประเภทที่สอง  

คานประเภทนี้จะเพิ่มแรงเสมอ แต่ไม่ทำให้ทิศของแรงที่ให้เปลี่ยน ตัวอย่างของคานประเภทนี้ได้แก่ ประตู คีมกะเทาะผลไม้เปลือกแข็ง และที่เปิดขวด

คานประเภทที่สาม  
     คานประเภทนี้ช่วยเพิ่มระยะทาง แต่ไม่ทำให้ทิศของแรงที่ให้เปลี่ยน ตัวอย่างของคานประเภทนี้ ได้แก่ คันเบ็ดตกปลา พลั่ว และไม้เบสบอล     

Tongue out ล้อและเพลา  
     นักเรียนสามารถขันสกรูเข้าไปในเนื้อไม้ชิ้นหนึ่งโดยไม่ต้องอาศัยเครื่องมือใดๆ ใช้เพียงแค่นิ้วมืออย่างเดียวได้หรือไม่ นักเรียนพลว่ามันยากเหลือเกิน แต่ถ้านักเรียนใช้ไขควงช่วย นักเรียนจะช่วยขันสกรูเข้าไปได้โดยง่าย
ไขควงเป็นเครื่องกลอย่างง่ายที่รู้จักกันในนามของ ล้อและเพลา ( Wheel and Axle ) ล้อและเพลาประกอบไปด้วยวัตถุรูปทรงกลมหรือทรงกระบอกสองอันที่ถูกยึดกัน และหมุนรอบแกนหมุนแกนหนึ่งร่วมกัน วัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าเรียกว่า ล้อ และวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่าเรียกว่า เพลา สำหรับไขควงด้ามจับคือ ล้อ ส่วนที่เป็นด้ามยาวคือเพลา
ทุกๆ ครั้งที่นักเรียนหมุนกลอนประตู นักเรียนกำลังใช้ล้อและเพลา ลูกบิดของกลอนคือล้อ ส่วนด้ามของกลอนคือเพลา กังหันน้ำ พวงมาลัยรถยนต์ และด้ามจับของเครื่องตีไข่ เหล่านี้ต่างก็เป็นตัวอย่างของล้อและเพลาทั้งสิ้น
   
Tongue out การได้เปรียบเชิงกลของล้อและเพลา  ล้อและเพลาช่วยให้การทำงานง่ายขึ้นอย่างไร เวลานักเรียนออกแรงหมุนล้อซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าเพลา จะทำให้เพลาหมุน และเกิดแรงกระทำต่อวัตถุเช่นเดียวกับสกรู ล้อและเพลาช่วยเพิ่มแรงที่นักเรียนออกให้มากกขึ้น แต่ในขณะเดียวกันนักเรียนก็จำเป็นต้องออกแรงในระยะทางที่มากขึ้นด้วย ซึ่งในกรณีนี้ก็คือระยะที่หมุนวนเป็นวงกลม

Tongue out วิทยาศาสตร์ และประวัติศาสตร์  
     วิศวกรรมอันน่าพิศวง
มนุษย์ได้นำเครื่องกลอย่างง่ายมาใช้ในการสร้างสิ่งก่อสร้างที่สวยงาม และมีประโยชน์มากที่สุดในโลกมาแล้วหลายแห่ง
          2550 ปี ก่อนคริสต์กาล
พีระมิดอันยิ่งใหญ่ ณ เมืองกิซา
ประเทศอียิปต์

             คนงานก่อสร้างได้ใช้ลิ่มไม้มนการตัดก้อนหิน 2.3 ล้านก้อน เพื่อสร้างพีระมิด ที่เหมืองหินคนงานใช้ลิ่มตอกกระแทกหินให้แตกเป็นก้อนๆ จากนั้นก็ลากก้อนหินที่หนักเหล่านี้ขึ้นไปตามพื้นเอียง ไปยังยอดของพีระมิด

    
   
                          500 ปี ก่อนคริสต์กาล
โรงละครแห่งอิพิเดารัส
ประเทศกรีซ

             แทนที่จะใช้ทางลาด ชาวกรีกใช้ปั้นจั่นที่ทำงานโดยใช้รอกในการยกก้อนหิน เพื่อสร้างโรงละครแห่งนี้ นอกจากนี้พวกเขายังใช้ปั้นจั่นในการนำนักแสดงมาลงบนเวทีในขณะแสดงอีกด้วย

 

   
          ค.ศ. 1000
วัดบริหาเทสราวา
ประเทศอินเดีย

             หอคอยของวัด ณ เมืองธันจาวูร์ มีความสูงกว่า 60 เมตร คนงานลากหินรูปโดมที่มีมวลกว่า 70,000 กิโลกรัม ขึ้นไปยังยอดหอคอยโดยอาศัยทางลาดที่ยาวหลายกิโลเมตร

   
               

ค.ศ. 1056
เจดีย์ยิงเสียน ประเทศจีน

     คานไม้ท่อนยาวที่เรียกว่า แอง ซึ่งเป็นคานประเภทหนึ่ง ถูกนำมาใช้ยกหลังคาของเจดีย์ น้ำหนักที่จุดกึ่งกลางของหลังคาจะกดลงที่ปลายด้านหนึ่งของท่อนไม้ ในขณะที่อีกปลายหนึ่งของท่อนไม้กระดกขึ้น เพื่อค้ำปลายด้านนอกของหลังคาไว้

   
          ค.ศ. 1994
อุโมงค์ชันเนลล์ จาก
สหราชอาณาจักรสู่ฝรั่งเศส

             อุปกรณ์ขุดพิเศษถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้ในการเจาะอุโมงค์ลอดใต้ช่องแคบอังกฤษ อุโมงค์นี้เปิดให้บริการได้ตั้งแต่เดือนพฤษภาคม ปี ค.ศ. 1994 และมีความยาว 50 กิโลเมตร เป็นอุโมงค์ที่มีแต่การสัญจรโดยทางรถไฟเท่านั้น

   
     นักเรียนสามารถคำนวณหาค่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติของล้อและเพลาได้จากรัศมีของล้อ และรัศมีของเพลา (รัศมีของล้อ และรัศมีของเพลา คือ ระยะที่วัดจากขอบนอกสุดถึงจุดศูนย์กลางร่วมของล้อและเพลา

การได้เปรียบเชิงกลอุดมคติ  รัศมีของล้อ / รัศมีของเพลา

ค่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติสำหรับไขควง โดยทั่วไปมีค่าประมาณ 1.5 เซนติเมตร หารด้วย 0.3 เซนติเมตร หรือเท่ากับ 5

ล้อและเพลาชนิดต่างๆ  อะไรจะเกิดขึ้นถ้านักเรียนออกแรงกระทำต่อเพลาแทนที่จะกระทำต่อล้อ สำหรับเรือล่องแม่น้ำ ดังรูปที่ 9 ข  เครื่องยนต์ออกแรงกระทำต่อเพลาของใบพัดขนาดใหญ่ ทำให้ใบพัดหมุน

ต้านน้ำ ในกรณีนี้แรงที่ให้จะกระทำในระยะทางสั้นๆ ในขณะที่แรงที่  
ได้จะกระทำในระยะทางที่ยาวกว่า ดังนั้น เมื่อมีการออกแรงกระทำต่อเพลา ล้อและเพลาจะเพิ่มระยะทาง นั่นหมายความว่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติของใบพัดของเรือมีค่าน้อยกว่า 1

รูปที่ 9 ก. ในอุปกรณ์บางชนิด เช่น ไขควง ล้อจะเป็นตัวหมุนเพลา
ข.ในกรณีของใบพัดของเรือล่องแม่น้ำ เพลาจะเป็นตัวที่หมุนล้อ

 
 
þ   จุดตรวจสอบ  ลูกบิดประตูทำงานอย่างไร  
   
Tongue out รอก  
     เวลานักเรียนชักธงขึ้นสู่ยอดเสา หรือลดธงลงจากยอดเสา หรือเปิด ปิดม่านหน้าต่าง นักเรียนกำลังใช้เครื่องกลอย่างง่ายอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่า รอก ( Pulley ) รอก คือ ล้อที่มีร่อง และมีเชือก ( หรือโซ่ หรือแม้แต่สายเคเบิ้ลเหล็ก ) คล้องตัวรอก เวลานักเรียนต้องการใช้รอก นักเรียนจะดึงเชือกทำให้นักเรียนสามารถเปลี่ยนขนาด และทิศของแรงที่นักเรียนออกได้
   
รอกตายตัว  รอกที่ถูกผูกติดกับเพดาน กำแพง หรืออะไรก็ตาม คือ รอกตายตัว รอกเดี่ยวตายตัวดังแสดงในรูปที่ 10 ก ไม่ได้เปลี่ยนขนาดของแรงที่ออก แต่ช่วยเปลี่ยนทิศของแรง ค่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติของรอกเดี่ยวตามตัวคือ 1 นักเรียนสามารถใช้รอกเดี่ยวตายตัวในการยกใบเรือตามที่นักเรียนได้อ่านมาแล้ว

รอกเคลื่อนที่  ถ้านักเรียนยึดรอกตัวหนึ่งไว้กับวัตถุที่นักเรียนต้องการเคลื่อนย้าย นักเรียนกำลังใช้รอกเคลื่อนที่ ดังแสดงในรูปที่ 10 ข เชือกที่คล้องผ่านรอกทั้งสองข้างจะเป็นตัวช่วยดึงวัตถุไว้ ผลที่ได้คือ

รอกเคลื่อนที่ซึ่งมีค่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติเท่ากับ 2 นั่น  
คือ แรงที่รอกกระทำต่อวัตถุจะมีค่าเป็นสองเท่าของแรงที่นักเรียนใช้ในการดึงเชือก แต่นักเรียนต้องออกแรงดึงเชือกในระยะทางที่มากขึ้น เช่น ในทุกๆ หนึ่งเมตรที่วัตถุถูกยกขึ้นด้วยรอกเคลื่อนที่ นักเรียนจะ

รูปที่ 10 ก.รอกตายตัวช่วยเปลี่ยนทิศของแรง
ข.รอกเคลื่อนที่ช่วยเพิ่มแรง
ค. และ ง. นักเรียนสามารถรวมรอกตายตัวและรอกเคลื่อนที่
เข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มค่าการได้เปรียบเชิงกล

ต้องดึงเชือกเป็นระยะทางสองเมตร  
     ขอให้สังเกตว่าเวลานักเรียนใช้รอกเคลื่อนที่ แรงที่ให้จะอยู่ในทิศเดียวกับแรงที่ได้ รอกเคลื่อนที่มีประโยชน์มากโดยเฉพาะเวลานักเรียนต้องการยกวัตถุขึ้นในขณะที่นักเรียนอยู่ที่สูงกว่าวัตถุ เช่น รถปั้นจั่นก่อสร้างจะใช้หลักการของรอกเคลื่อนที่ โดยมีขอที่ติดกับตัวรอกเป็นตัวเกี่ยววัตถุขึ้น
   
ระบบรอก  ถ้านักเรียนรวมรอกตายตัว และรอกเคลื่อนที่เข้าด้วยกัน นักเรียนจะได้ระบบรอก ระบบรอกลักษณะนี้ยังมีชื่อเรียกอีกอย่างว่า รอกพวง อีกด้วย ระบบรอกที่แสดงในรูปที่ 10 ค มีค่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติเท่ากับ 2 ส่วนในรูปที่ 10 มีค่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติเท่ากับ 3 ค่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติของระบบรอกมีค่าเท่ากับจำนวนเส้นเชือกที่พันรอบรอกที่ใช้ดึงวัตถุ ( ไม่รวมเชือกที่เราดึงลงเพราะเชือกเส้นนี้ไม่ได้ช่วยในการดึงวัตถุ
   
Tongue out ฝึกฝนทักษะ  กิจกรรม จำแนกหมวดหมู่  
     ถึงแม้ว่าคานและรอกอาจจะดูแตกต่างกัน แต่รอกสามารถมองว่าเป็นคานได้
เวลานักเรียนดึงเชือกลงจากรอกตายตัว วัตถุจะถูกดึงขึ้นไป หรือในอีกแง่หนึ่งคือ รอกเปลี่ยนทิศของแรงที่นักเรียนให้ไป เช่นเดียวกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในคานประเภทที่หนึ่ง แต่นักเรียนออกแรงดึงเชือกแทนที่จะออกแรงกระทำต่อคาน จุดศูนย์กลางของรอกทำหน้าที่คล้ายจุดหมุนของคาน
ให้นักเรียนวาดแผนภาพแสดงว่ารอกเดี่ยวตายตัวทำงานคล้ายคานประเภทที่หนึ่งได้อย่างไร และทำไมค่าการได้เปรียบเชิงกลจึงเท่ากับ 1

Tongue out เครื่องกลประกอบ
มีอุปกรณ์หลายชนิดรอบตัวนักเรียนที่มิได้มีลักษณะคล้ายคลึงกับเครื่องกลอย่างง่ายทั้งหกประเภทที่นักเรียนเพิ่งได้ศึกษามา ทั้งนี้ก็เพราะเครื่องกลที่ซับซ้อนส่วนมากถูกประกอบขึ้นจากเครื่องกลอย่างง่ายหลายชิ้น เครื่องกลที่ประกอบขึ้นจากเครื่องกลอย่างง่ายมากกว่าสองชิ้นขึ้นไปเรียกว่า เครื่องกลประกอบ ( Compound Machine ) ในการคำนวณหาค่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติของเครื่องกลประกอบ นักเรียนจำเป็นต้องทราบค่าการได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลอย่างง่ายแต่ละชิ้น ค่าการได้เปรียบเชิงกลทั้งหมดคือ ผลคูณของค่าการได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลอย่างง่ายแต่ละชิ้น
เครื่องเหลาดินสอเป็นตัวอย่างที่ดีตัวอย่างหนึ่งของเครื่องกลประกอบ เวลานักเรียนหมุนที่จับ นักเรียนกำลังใช้ล้อและเพลาทำให้เครื่องกลภายในทำงาน วงล้อสองวงที่อยู่ภายในของที่เหลาดินสอคือ สกรูซึ่งทำหน้าที่เฉือนปลายของดินสอไปเรื่อยๆ จนกระทั่งดินสอนั้นแหลม
ภายในของเครื่องเหลาดินสอในรูปที่ 11 ประกอบด้วยเพลาที่ใช้ในการหมุน เฟือง ( Gear ) เฟืองเหล่านี้จะทำหน้าที่หมุนวงล้อที่ใช้เหลาดินสอ ระบบเฟือง คือ อุปกรณ์ที่มีลักษณะเป็นล้อ และมีฟันซึ่งตรึงเข้ากับฟันของเฟืองตัวอื่นๆ ได้พอดี การหมุนเฟืองอันหนึ่งจะทำให้เฟืองอื่นหมุนตาม เฟืองเหล่านี้ประกอบรวมกันเป็นเครื่องกลประกอบ ซึ่งมีล้อและเพลาคู่หนึ่งเชื่อมต่อกับล้อ และเพลาอีกคู่หนึ่ง บางครั้งการเชื่อมต่อกันสามารถทำได้โดยตรงดังแสดงในรูปที่ 11 แต่อุปกรณ์บางชนิด เช่น จักรยาน การเชื่อมต่อกันทำได้โดยอาศัยโซ่

Tongue out วิทยาศาสตร์และสังคม

รูปที่ 11 ที่เหลาดินสอและนาฬิกาต่างก็เป็นตัวอย่างของเครื่องกลประกอบที่ใช้เฟือง

     เครื่องจักรกลทำงานแทนคน
ตกงานหรือได้งาน
 

      เมื่อ 150 ปีก่อน คนงานใช้เวลาทั้งวันเย็บผ้าด้วยมือ แต่ในปัจจุบันคนงานในโรงงานผลิตเสื้อเชิ้ตของประเทศอเมริกาเหนื่อยน้อยลง เพราะอาศัยจักรเย็บผ้ามาช่วยในการทำงาน ตั้งแต่อดีต มนุษย์ได้ประดิษฐ์เครื่องจักรกลขึ้นมาเพื่อช่วยในการทำงาน มาวันนี้โรงงานต่างๆ ใช้เครื่องจักรกลทำงานที่ยากและอันตราย หรือแม้แต่งานที่น่าเบื่อก็ทำได้ เครื่องจักรกลเหล่านี้สามารถทำงานหลายอย่างได้เหมือนกับหุ่นยนต์ในนิยายวิทยาศาสตร์
แต่ถ้าเครื่องจักรกลทำงานแทนคนได้แล้วก็จะต้องมีคนตกงาน สังคมจะนำเครื่องจักรกลมาช่วยมนุษย์ให้ทำงานได้ง่ายขึ้น และมีผลผลิตมากขึ้นได้อย่างไร โดยไม่ทำให้คนเสียโอกาสในการทำงาน

ประเด็น
อะไรคือผลกระทบจากการใช้เครื่องจักรกล

     เครื่องจักรกลใหม่ๆ เข้ามาทำงานที่มนุษย์ต้องทำ แต่ในขณะเดียว  
กันมันก็สามารถสร้างงานใหม่ขึ้นมาให้คนทำได้เช่นกัน สมมติว่า

รูปที่ 12 เครื่องจักรกลกำลังทำงานแทนมนุษย์

โรงงานผลิตรถยนต์แห่งหนึ่งเริ่มใช้เครื่องจักรกลแทนคนในการทาสี  
รถยนต์ ในช่วงแรกคนงานบางคนอาจตกงาน แต่เมื่อทางโรงงานสามารถผลิตรถยนต์ได้เพิ่มขึ้น โรงงานก็จำเป็นต้องจ้างคนงานเพิ่มเพื่อทำงานทั้งงานใหม่และงานเก่า แต่งานใหม่เหล่านี้ถูกกำหนดขึ้นมาเฉพาะสำหรับคนที่มีการศึกษาและมีทักษะในการใช้และดูแลเครื่องจักรกล
ถึงอย่างไรก็ตามคนงานบางคนที่มีทักษะการทำงานที่ไม่เป็นที่ต้องการอีกต่อไปก็ต้องตกงาน คนบางคนจะถูกบังคับให้ทำงานที่ต่างจากงานที่พวกเขาเคยทำ และมีรายได้น้อยลง หรือบางคนอาจไม่มีงานทำเลยก็ได้ ความท้าทายของสังคมคือการช่วยคนงานที่ตกงานเหล่านี้ให้มีทักษะเพิ่มเติมที่จำเป็นสำหรับงานใหม่
   
พวกเราทำอะไรได้บ้าง  การศึกษาสามารถฝึกคนรุ่นใหม่ให้สามารถทำงานใหม่ที่เกิดขึ้นได้ รวมทั้งช่วยฝึกทักษะใหม่ๆ ให้แก่คนงานรุ่นเก่าได้ คนที่รู้จักใช้คอมพิวเตอร์และเครื่องจักรกลใหม่ๆ สามารถหางานใหม่ได้ การฝึกให้รู้จักขายหรือออกแบบผลิตภัณฑ์ก็เป็นการเตรียมคนงานสำหรับงานใหม่ คนงานที่ตกงานสามารถฝึกทักษะงานต่างๆ ได้หลากหลาย โดยเฉพาะงานที่ไม่สามารถใช้เครื่องจักรกลทำได้ ตัวอย่างเช่น เรื่องของการดูแลคนชราหรือผู้ป่วย
   
ใครควรเป็นคนรับผิดชอบเรื่องค่าใช้จ่าย  การสอนให้คนรุ่นใหม่รู้จักกับงานใหม่ๆ ต้องมีค่าใช้จ่ายเช่นเดียวกับการฝึกคนงานรุ่นเก่าที่ตกงาน วิธีใดที่เหมาะสมที่สุดในการนำมาใช้จัดการเรื่องค่าใช้จ่ายเหล่านี้ ผู้ประกอบการอาจช่วยแบ่งเบาภาระค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้น ผู้ประกอบการบางรายอาจจ่ายค่าจ้างคนงานเต็มอัตราจนกระทั่งคนงานเหล่านี้ฝึกฝนทักษะจนชำนาญหรือสามารถหางานใหม่ได้ รัฐบาลอาจให้เงินแก่คนตกงานหรือฝึกทักษะให้แก่คนเหล่านี้ ฉะนั้นผู้เสียภาษีทุกคนจึงมีส่วนร่วมในการรับผิดชอบค่าใช้จ่ายเหล่านี้
   
Innocent ทบทวน  
1. ให้นักเรียนเขียนประเภทของเครื่องกลอย่างง่ายทั้งหก พร้อมทั้งยกตัวอย่างเครื่องกลอย่างง่ายแต่ละประเภทมาด้วย
2. ให้นักเรียนอธิบายวิธีหาค่าการได้เปรียบเชิงกลอุดมคติของเครื่องกลอย่างง่ายมาสี่ประเภท
3. ที่เปิดกระป๋องน้ำอัดลมเป็นคานประเภทใด อธิบายคำตอบของนักเรียนโดยใช้แผนภาพช่วย
4. คิดอย่างมีเหตุผล ค้นหาคุณสมบัติรวม เครื่องกลบางชนิดมีค่าการได้เปรียบเชิงกลน้อยกว่า 1 อธิบายเหตุผลว่าเหตุใดนักเรียนอาจต้องใช้เครื่องกลประเภทนี้
 

สร้างโดย: 
kruaew

 ช่วยด้วยครับ
นักเรียนที่สร้างบล็อก กรุณาอย่า
คัดลอกข้อมูลจากเว็บอื่นทั้งหมด
ควรนำมาจากหลายๆ เว็บ แล้ววิเคราะห์ สังเคราะห์ และเขียนขึ้นใหม่
หากคัดลอกทั้งหมด จะถูกดำเนินคดี
ตามกฎหมายจากเจ้าของลิขสิทธิ์
มีโทษทั้งจำคุกและปรับในอัตราสูง

ช่วยกันนะครับ 
ไทยกู๊ดวิวจะได้อยู่นานๆ 
ไม่ถูกปิดเสียก่อน

ขอขอบคุณในความร่วมมือครับ

อ่านรายละเอียด

สมาชิกที่ออนไลน์

ขณะนี้มี สมาชิก 0 คน และ ผู้เยี่ยมชม 317 คน กำลังออนไลน์