สวัสดีครับแฟนเพจที่รักทุกๆ ท่าน
เนื่องจากในวันนี้มีเพื่อนวิศวกรของผมท่านหนึ่งได้หลังไมค์มาสอบถามผมเกี่ยวกับเรื่องปัญหาทางด้านวิศวกรรมพลศาสตร์ ผมเห็นว่าเนื้อหาน่าสนใจดี จึงคิดว่าน่าจะมีประโยชน์หากผมมานำมาเล่าสู่กันฟังกับเพื่อนๆ ด้วยนะครับ
ก่อนอื่นผมขออธิบายเกี่ยวกับเรื่องวิศวกรรมพลศาสตร์กันสักเล็กน้อย จริงๆ เรื่องนี้วิศวกรอย่างเราๆ มักจะไม่มีความคุ้นเคยเท่าใดนัก อาจเป็นเพราะว่าสมมติฐานในการออกแบบโครงสร้างทั่วๆ ไปของเราจะอยู่บนหลักการของสถิตศาสตร์เสียเป็นส่วนใหญ่ ทำให้เมื่อต้องประสบปัญหาเชิงพลศาสตร์เพื่อนๆ ก็อาจจะมึนๆ งงๆ กันได้นะครับ แต่ ผมขอบอกเลยครับว่าเรื่องนี้ไม่ใช่เรื่องยาก ยิ่งหากเรารู้จักพื้นฐานของหลักการทางพลศาสตร์แล้วจะยิ่งพบว่าหลักในการนำไปใช้นั้นค่อนข้างตรงไปตรงมามากๆ ครับ
ปัญหาที่เพื่อนวิศวกรท่านนี้ถามมามีอยู่ว่า หากมีรถบรรทุกที่มี นน 30 T วิ่งมาด้วยความเร็ว 20 km/h คนขับๆ มาด้วยความเร็วคงที่ แต่ ด้วยอาการเหนื่อยล้าจึงทำให้คนขับเกิดอาการหลับในขึ้น เมื่อขับรถไปเรื่อยๆ ซึ่งทางข้างหน้าเป็นกำแพง คสล ขวางอยู่ และ ก่อนที่ตัวรถจะขับไปถึงกำแพง คสล เป็นระยะทาง 1 m คนขับก็เกิดรู้สึกตัวขึ้น จึงได้เหยียบเบรค จากนั้นตัวรถบรรทุกก็เกิดการชนเข้ากันกับกำแพง คสล (ดูรูปที่ 1 เพื่อประกอบคำอธิบายได้นะครับ)
อยากทราบว่าหากต้องการออกแบบมิให้กำแพง คสล นี้พังทลายเนื่องจากการชนของรถ จงหาแรงกระแทกที่เกิดขึ้นจากการชนที่จะต้องนำใช้ในการออกแบบกำแพง คสล นี้
ก่อนอื่นผมต้องขอเล่าถึงหลักการพื้นฐานที่เราจะนำไปใช้ในการวิเคราะห์ปัญหาข้อนี้ก่อนนะครับ ซึ่งก็คือ หลักการของพลังงานนั่นเอง
เราจะทราบว่าหลักการของ พลังงาน (ENERGY) จะมีค่าเท่ากับ กำลังงาน (WORK DONE) ที่เกิดขึ้นเสมอ หรือ เขียนได้ว่า
E = W (1)
มาดูที่สมการ พลังงาน (ENERGY) กันก่อนนะครับ สมการพลังงานพลศาสตร์ของวัตถุใดๆ ที่มีการเคลื่อนที่สามารถเขียนได้อยู่ในรูปว่า
E = 1/2 m v^(2) (2)
ในเมื่อ
E คือ พลังงานพลศาสตร์
m คือ มวลของวัตถุที่เราสนใจ
v คือ ความเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เราสนใจ
ต่อมาเรามาดูสมการ กำลังงาน (WORK DONE) กันบ้างนะครับ สมการกำลังงานพลศาสตร์ที่เกิดจากแรงกระแทกของวัตถุที่มีการเคลื่อนที่ซึ่งมีการชะลอตัวสามารถเขียนได้ว่า
W = F S (3)
ในเมื่อ
W คือ กำลังงานพลศาสตร์
F คือ แรงกระแทกที่เกิดขึ้น
S คือ ระยะทางที่เกิดการชะลอตัว
เราสามารถแทนค่า (2) และ (3) ลงในสมการที่ (1) ได้ว่า
1/2 m v^(2) = F S (4)
เพื่อนๆ จะเห็นว่าเราสามารถที่จะจัดรูปสมการที่ (4) ได้ใหม่ โดยเราจะสามารถแทนค่าหาแรงกระแทกที่เกิดขึ้นได้นั่นเอง โดยเขียนสมการที่ (4) ได้เป็น
F = 1/2 m v^(2) / S (5)
เรามาแทนค่าต่างๆ ลงในสมการนี้กันนะครับ
m คือ มวลของรถ มีค่าเท่ากับ 30 T หรือ 30,000 kg
v คือ ความเร็วของรถ มีค่าเท่ากับ 20 km/h หรือ 5.56 m/s
S คือ ระยะในการชะลอตัว มีค่าเท่ากับ 1 m ดังนั้น
F = [(1/2)(30,000)(5.56)^(2)/(1)] = 463,704
เราทราบว่าหน่วยที่คูณกันออกมาจะมีค่าเท่ากับ
[kg] [m^(2) / s^(2)] / [m] = [kg] [m / s^(2)]
โดยที่เราทราบว่าค่าๆ นี้จะมีค่าเท่ากับ (ดูรูปที่ 2 ประกอบนะครับ)
kg m / s^(2) = 1/9.807 kgf
ดังนั้นค่า
F = 463,704/9.807 = 47,283 kgf ~ 47 T
ดังนั้นแรงกระแทกที่เราจะต้องนำไปใช้ในการออกแบบกรณีที่รถบรรทุก นน 30 T วิ่งมาชนกำแพง คสล ด้วยความเร็วเพียง 20 km/h โดยที่เกิดการชะลอตัวที่ระยะ 1 m ก่อนการชนนั้นจะมีค่าไม่น้อยกว่า 47 T
จริงๆ แล้วหากพูดถึงหลักการทางด้านพลศาสตร์อื่นๆ จะพบว่ามีอีกหลายเรื่องราวที่น่าสนใจ ซึ่งหากเพื่อนๆ ศึกษาก็จะพบว่ามีประโยชน์มากๆ ดังนั้นเมื่อต้องประสบพบเจอกับปัญหาในลักษณะแบบนี้อีกก็ขอให้เพื่อนๆ อย่าเพิ่งหมดกำลังใจ และ ขอให้สู้ต่อไปนะครับ
หวังว่าความรู้เล็กๆ น้อยๆ ที่ผมได้นำมาฝากแก่เพื่อนๆ ทุกๆ ท่านในวันนี้จะมีประโยชน์ต่อทุกๆ ท่านไม่มากก็น้อย จนกว่าจะพบกันใหม่นะครับ
ADMIN JAMES DEAN
