ถามอะไรไม่เข้าท่า ว่าด้วยเรื่อง "ล้อเหวี่ยง" ?

[suman]

เยี่ยมไปเลย +100 จ้า

[Kan-]

[musso]

สิ่งที่ทำให้เกิดประสบการณ์ “เหวี่ยง” ได้นั้น ก็คือ Moment of Inertia ซึ่งจะมีสูตรที่ใช้คิดแตกต่างกันไปตามลักษณะรูปทรงของวัตถุ แต่สำหรับล้อจักรยานนั้น จะมีค่าเท่ากับ I = mr^2 (ไม่คำนึงถึงน้ำหนักเส้นลวด)

โดยที่ I คือ ค่า Moment of Inertia
m คือ มวลของล้อ
r คือ รัศมีของมวลล้อรอบแกนหมุน

ผมเห็นด้วยกับ คุณ kasareewa เรื่อง Moment of Inertia
ส่วนเรื่อง แอโรวไดนามิค ของคุณ giro ก็เห็นด้วย แต่ผมคิดว่าคงเป็นขั้นตอน ที่3 มากกว่า แต่สิ่งที่ผมคิดว่ามันมาคั่นกลางในการคำนวณหาทั้ง 2 อย่างนั้นคือ ซี่ลวด
เนื่องด้วยล้อจักรยาน มีลักษณะที่แปลกอยู่อย่างนึงคือ ซี่ลวดแต่ละเส้นจะเปลี่ยนกันเข้ามารับหน้ำหนักของเราที่กดลงบนล้อ ผ่านแกนดุม ลองนึกภาพคร่าวๆสมมุติว่าเรามีซี่ลวดอยู่ 4 เส้น ใน 1 วงล้อ
ผมจะแทน แต่ละเส้นไว้ที่ตำแหน่ง ของหน้าปัดนาฬิกา คือ 3.00น/6.00น/9.00น/12.00น ครบ 4 เส้นแล้วนะครับ พอเราปั่นเดินหน้าไปทางซ้ายมือ ซี่ลวดทุกเส้นจะวิ่งทวนเข็มนาฬิกา ซี่ลวดเส้นที่อยู่ตรง 12.00น
จะต้องรับน้ำหนักมากที่สุด แต่พอล้อหมุนต่อไปซี่ลวดที่อยู่ตรง 12.00น จะหมุนไปทาง 11.00น ซี่ลวดที่ 3.00น จะเริ่มเข้ามาแทนที่ และวนแบบนี้ไปเรื่อยๆ การถ่ายแรงจากลวดเส้นนึงไปเส้นนึงแบบนี้นั้น ความตึงของเส้นลวดจะส่งผลกับค่า resonance ของวงล้อ ณ ตำแหน่ง sin(θ) ต่างๆกัน ค่า resonance ตัวนี้ จะเกิดจากการเอาเรื่อง Moment of Inertia ที่คุณ kasareewa กล่าวไว้ และเรื่อง ซี่ลวดที่ผมสันนิฐานไว้ และเรื่อง แอโรวไดนามิค ที่คุณ giro กล่าวไว้ มาคิดร่วมกัน จากคณิตศาสตร์ทั้งหมดที่เอามาคำนวณ จะเห็นได้ว่า ถ้าเรามีขอบล้อที่มีมวลค่าคงที่ค่านึง มีแอโรวไดนามิคที่ส่งผลกับแรงเสียดทานคงที่ค่านึง การขึ้นซี่ลวดให้มีความตึงสัมพันธ์กับน้ำหนักตัวของผู้ปั่น จะทำให้เกิด resonance ณ ความเร็วที่คนปั่นต้องการได้ เพราะผมคิดว่าความเหวี่ยงเกิดจากค่า resonance ของวงล้อ

ปล. อย่าเชื่อผมนะ ผมเดาเอา

[vector2]

Resonance ที่คุณ musso กล่าวถึง ใช่เรื่องกาสั่นยองวัตถุที่ความถี่ธรรมชาติหรือเปล่าครับ

[musso]

Resonance ที่คุณ musso กล่าวถึง ใช่เรื่องกาสั่นยองวัตถุที่ความถี่ธรรมชาติหรือเปล่าครับ

ไช่ครับ เหมือนการสั่นของสายกีต้าร์ สายตรึงก็เสียงนึง สายหย่อนก็เสียงนึง เสียงที่คงความถี่ไว้ค่านึง นานพอที่เราจะได้ยินเป็น 1 โน้ต จุดนั้นเป็นความถี่ resonance ของความตึงนั้น
ลองดูคลิปนี้ครับ ลมพัดเข้าหาสะพาน สะพานค่อยๆแกว่งทีละน้อย จนถึงจุดเรโซแนนซ์ จนสะพานพัง ไม่น่าเชื่อว่าจะเกิดจากแรงลม เพราะตัวสะพานออกแบบให้ต้านลมได้ระดับนึงแล้ว แต่เขาลืมนึกถึงเรื่อง เรโซแนนซ์ ที่จะเกิดขึ้นด้วย ผมก็เชื่อว่าล้อเหวี่ยงด้วยหลักการนี้ด้วย

[iinspiration]

เข้ามาจดความรู้

[ลูกมะกรูด]

[giffila]

ล้อเหวี่ยง ไม่ใช่ล้อแกว่งนะครับ อย่าเข้าใจกันผิด 555

คำว่าเหวี่ยงในนิยามของล้ออะไรก็ได้ คือ ต้องเอาชนะแรงฉุดได้ง่าย เพื่อรักษาการหมุนให้เป็นไปอย่างคงที่
หากมีแรงเสียดทานภายนอกมากระทำต่อล้อ แรงเหวี่ยง (Moment of inertia-แรงเฉี่อยรอบแกนหมุน) นี้
จะทำช่วยเอาชนะแรงต้านได้ง่าย ทำให้ความเร็วของรถที่ท่านๆขี่ ไม่ลดความเร็วลง หน้าที่ของมันก็มีด้วยประการนี้เองครับ

การจะทำให้มีแรงเหวี่ยงเยอะ ก็ต้องเพิ่มน้ำหนักที่ขอบล้อให้มากขึ้นนะครับ และต้องแลกมาด้วยความหนักหน่วงเพื่อฉุดตัวล้อเองให้หมุนนะครับ

ส่วนเรื่องของ aerodynamic ก็เป็นเืรื่องของการ Design เพื่อลด drag force (แรงฉุดของลมหวน) ที่มากระทำต่อล้ออีกแรงหนึ่ง

ยกตัวอย่างง่ายๆก็ล้อช่วยแรง (Fly wheel ในเครื่องยนต์) ที่เวลาคลัทช์จับ ก็จะมีแรงเหวี่ยงของล้อนี้ช่วยไม่ให้รอบเครื่องตก
หากเอาตะกั่วถ่วงก็ต้องได้ผลเช่นเดียวกันครับ แต่จะทำยังไงไม่ให้แกว่ง ก็สุดแล้วแต่ฝีมือครับ

[musso]

เปรียบกับล้อช่วยแรงในเครื่องยนต์ผมเองก็เคยคิดแบบนั้นครับ แต่มันต่างกันโดยสิ้นเชิง ถ้าเรามองอะไรง่ายเกินไปก็จะตีโจทย์ไม่แตก ล้อช่วยแรงมีมวลที่ตรึงกับแกนอย่างแน่นหนาจากโครงสร้าง ไม่มีแรงมากระทำที่ขอบของล้อช่วยแรงเลย ถ้ามีแรงมากระทำก็มาจากคลัทช์ทั้งแผ่นและจุดสัมผัสเของคลัทช์ ก็สัมผัสล้อช่วยแรงเกือบทุกมุม แต่ล้อจักรยานมีแรงเสียดทานมากระทำที่ตำแหน่งล้อแตะพื้น และมีแรงจากแกนของดุมส่งผ่านซี่ลวดไปหาขอบล้อที่จุดตายบนขอวงล้อ และมีการถ่ายแรงจากซี่นึงไปซี่นึงตลอดเวลา ที่ซี่ลวดมีแรง2อย่างเกิดขึ้น แรงนึงเกิดจากการดึงของดุมกับขอบล้อในแนวดิ่งอีกแรงนึงเกิดจากการที่ล้อพยายามหมุน ซึ่งแรงกระทำจะตั้งฉากกับแรงอันแรก ถ้ามานั่งลากเส้นแรงทั้งหมดที่เกิดมาดู คนที่รู้เรื่องแรงดีๆเห็นก็รุ้แล้วว่าถ้ามีแรงแบบนี้มากระทำ คงจะหนีเรื่องเรโซแนนซไม่พ้นแน่ๆ และการเกิดเรโซแนนซ์นั้นอย่าคิดว่ามันเกิดช้ามันเกิดขึ้นเร็วมากเหมือนที่เรามองการสั้นของสายกีต้าร์ไม่ทันนั่นแหละครับ ผมรู้แค่นี้ครับเลยลองสันนิฐานดู

[giffila]

เปรียบกับล้อช่วยแรงในเครื่องยนต์ผมเองก็เคยคิดแบบนั้นครับ แต่มันต่างกันโดยสิ้นเชิง ถ้าเรามองอะไรง่ายเกินไปก็จะตีโจทย์ไม่แตก ล้อช่วยแรงมีมวลที่ตรึงกับแกนอย่างแน่นหนาจากโครงสร้าง ไม่มีแรงมากระทำที่ขอบของล้อช่วยแรงเลย ถ้ามีแรงมากระทำก็มาจากคลัทช์ทั้งแผ่นและจุดสัมผัสเของคลัทช์ ก็สัมผัสล้อช่วยแรงเกือบทุกมุม แต่ล้อจักรยานมีแรงเสียดทานมากระทำที่ตำแหน่งล้อแตะพื้น และมีแรงจากแกนของดุมส่งผ่านซี่ลวดไปหาขอบล้อที่จุดตายบนขอวงล้อ และมีการถ่ายแรงจากซี่นึงไปซี่นึงตลอดเวลา ที่ซี่ลวดมีแรง2อย่างเกิดขึ้น แรงนึงเกิดจากการดึงของดุมกับขอบล้อในแนวดิ่งอีกแรงนึงเกิดจากการที่ล้อพยายามหมุน ซึ่งแรงกระทำจะตั้งฉากกับแรงอันแรก ถ้ามานั่งลากเส้นแรงทั้งหมดที่เกิดมาดู คนที่รู้เรื่องแรงดีๆเห็นก็รุ้แล้วว่าถ้ามีแรงแบบนี้มากระทำ คงจะหนีเรื่องเรโซแนนซไม่พ้นแน่ๆ และการเกิดเรโซแนนซ์นั้นอย่าคิดว่ามันเกิดช้ามันเกิดขึ้นเร็วมากเหมือนที่เรามองการสั้นของสายกีต้าร์ไม่ทันนั่นแหละครับ ผมรู้แค่นี้ครับเลยลองสันนิฐานดู

กลัวคนอื่นสับสนนะครับอยากอธิบายว่า หน้าที่หลักๆของล้อช่วยแรงนี้ คือช่วยลดภาระการทำงานของเครื่องยนต์ ทุกครั้งที่มีแรงฉุดจากคลัทช์

ผมให้ความรู้เพิ่มเติมนะครับ แรงทั้งหมดที่ทำให้จักรยานเคลื่อนที่ได้ มาจากสูตร ผลรวมของแรง F= ma ทั้งนั้น แต่แรงต่างๆนั้นจะแยกแยะเป็นแรงบวกหรือแรงลบ ก็พอจะอธิบายได้คร่าวๆตามนี้

แรงที่ฉุดล้อหมุน (แีรงขับ) มาจากแรงที่ใส่ลงบันไดผ่านโซ่ข้ามมาเฟือง เรียกว่า Moment of Force (หรือ Torque ที่เราเข้าใจนั่นแหละครับ)
แรงเสียดทานระหว่างล้อกับพื้น คือ rolling resistance ซึ่งเกิดที่รัศมีขอบล้อ จะมีแรงต้านในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงขับเสมอ (ลดได้โดยใช้ยางที่เติมลมแข็งหรือหายางที่มีค่า rolling efficiency ที่ดีมาใ่ส่)
แรงเสียดทานของจุดหมุนต่างๆ คือ friction ซึ่งเกิดที่จุดหมุนต่างๆเช่นลูกปืน จะมีแรงต้านในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงขับเหมือนกัน
อีกแรงหนึ่งที่ืทุกคนมองข้าม คือ แรงต้านการหมุนที่เกิดจากน้ำหนักการบรรทุก เช่นน้ำหนักคน+จักรยาน แรงนี้จะมีผลทำให้เกิด moment of inertia ในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่
ส่วนแรงต้านที่มาจาก aero dynamic ก็จัดเป็นแรงที่ต้านการเคลื่อนที่เหมือนกันครับ
แรงสุดท้ายเป็นแรงคือแรงเหวี่ยงของล้อ ที่สามารถเป็นทั้งแรงบวกหรือลบได้เช่นกัน หากล้อเริ่มหมุนจากหยุดนิ่ง แรงที่ขับจากโซ่ จะต้องเอาชนะแรงทุกอย่างที่อยู่ข้างบนรวมถึงแรงต้านจากการเหวี่ยงของล้อด้วย

"ถ้าหากล้อหมุนด้วยความเร็วแล้วหยุดปั่น แรงเหวี่ยงของล้อนี้จะเป็นบวก ที่จะผลักให้จักรยานหมุนต่อไปได้อีกเรื่อย แต่ต้องมีค่ามากกว่าแรงต้านข้างบนรวมกันทุกข้อ"
"หากแรงเหวี่ยงมีเยอะ ก็จะหมุนได้นาน"

แต่กลัวคนสับสนเรื่อง resonance นะครับ
การเกิด resonance จริงๆจะต้องเกิดจากการสั่นพ้องของค่าความถี่2ความถี่มากระทบกันจนทำให้ amplitude พุ่งขึ้นสูงที่สุด(peak) จนทำให้เกิดเสียงดังหรือการไม่ balance ของวัตถุครับ
ซึ่งในความเป็นจริงไม่มีในสูตรการคำนวนเรื่องแรงการเคลื่อนที่ครับ

ส่วนการเกิดการแรงที่ซี่ลวด ตามที่คุณ mosso ว่านั้น คือหมายถึงล้อที่ออกแบบซี่ลวดมาไม่ดี เพื่อให้รองรับแรงกดที่สม่ำเสมอตามวงล้อ จนกลายเป็นล้อที่ไม่เป็น rigid body (เป็นของแข็ง หรือชิ้นเดียวกัน)
พอล้อไม่สามารถหมุนเป็นวงกลมดิ้กๆได้ ก็จะมีแรงมากระทำในองศาที่ไม่กลมนั้นๆในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งก็เหมือนเวลาเราขับรถตกหลุม เราจะต้องเสียแรงปั่นมากเพื่อเอาชนะหลุมไงครับ
(หากนึกถึงตัวอย่าง ก็ลองนึกภาพของการที่เอาเฟืองมาทำล้อดูครับ ตกร่องกลางระหว่างเฟืองจะปั่นไม่ออกเอา)
อันนี้ก็น่าจะเป็นเรื่องของแรงต้านการเหวี่ยงนะครับ ไม่น่าจะใช่ resonance

[musso]

"ถ้าหากล้อหมุนด้วยความเร็วแล้วหยุดปั่น แรงเหวี่ยงของล้อนี้จะเป็นบวก ที่จะผลักให้จักรยานหมุนต่อไปได้อีกเรื่อย แต่ต้องมีค่ามากกว่าแรงต้านข้างบนรวมกันทุกข้อ"
"หากแรงเหวี่ยงมีเยอะ ก็จะหมุนได้นาน"
แสดงว่าล้อเหวี่ยงเพราะ โมเม็นตั้ม หรือป่าวครับ ส่วนล้อที่ขึ้นซี่ลวดไม่ดี จนทำให้ล้อไม่เป็น rigid body ก็น่าคิดครับ สงสัยผมทำงานเกี่ยวกับเรื่องเรโซแนนซ์มากไปหน่อยเลยมองอะไรเกี่ยวข้องไปหมด

[tumtabang]

Machanic+Dynamic เรียนมาทั้งนั้น ลืมไปหมดแล้ววว

[thongchaii]

[ThaNanSak]

ขอเก็บข้อมูลครับ

[ekkachai22]

ปัก