ผลของแรงต้านอากาศต่อการเคลื่อนที่แบบฮาร์โมนิกของระบบมวล-สปริง

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบการทดลองการเคลื่อนที่แบบฮาร์โมนิกของระบบมวล-สปริง และศึกษาขนาดของพื้นที่หน้าตัดของมวลที่ส่งผลต่อการกวัดแกว่งแบบถูกหน่วง โดยอาศัยโปรแกรมTracker ในการทดลองเลือกใช้สปริงที่มีค่าคงที่ต่างกัน2 ค่า ได้แก่ 9.8±0.1 N/mและ22.5±0.1 N/mตามลำดับ ทำการทดลองโดยใส่กระดาษวงกลมที่มีรัศมีต่างกันติดกับมวลแขวนที่ปลายสปริงโดยกำหนดให้มวลของระบบมีค่าคงที่จากผลการทดลองพบว่า คาบเวลาของการสั่นมีค่าเพิ่มขึ้นแบบไม่เป็นเชิงเส้น เมื่อรัศมีของแผ่นกระดาษเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่จะมีการหน่วงเนื่องจากแรงต้านของอากาศเข้ามาเกี่ยวข้อง และพบว่าสปริงที่มีค่าคงที่มากจะถูกหน่วงเร็วกว่าสปริงค่าคงที่น้อยและเมื่อพิจารณาขนาดของพื้นที่กระดาษวงกลมพบว่าพื้นที่ของกระดาษวงกลมรัศมีมากจะถูกหน่วงเร็วกว่า เนื่องจากมีพื้นที่รับแรงต้านอากาศมาก ทำให้การสั่นมีแอมพลิจูดลดลงเร็วนอกจากนี้การทดลองยังได้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างพื้นที่หน้าตัดของแผ่นกระดาษกับค่าคงที่ของการหน่วงเนื่องจากอากาศด้วย