1. กลไกการทำงานของระบบเทคโนโลยี
กลไก (Mechanism) คือส่วนประกอบของอุปกรณ์ที่ทำงานร่วมกันเพื่อส่งผ่านหรือเปลี่ยนรูปแบบการเคลื่อนที่ ในที่นี้เราจะมาทำความรู้จักกับกลไกพื้นฐาน 3 ชนิด คือ เฟือง, รอก, และคาน
1. เฟือง (Gears)
เฟืองเป็นชิ้นส่วนเครื่องจักรกลที่มีฟัน ใช้สำหรับส่งกำลังในลักษณะของแรงบิดและการหมุนจากเพลาหนึ่งไปยังอีกเพลาหนึ่ง สามารถเปลี่ยนความเร็ว, แรงบิด, และทิศทางการหมุนได้
1.1 เฟืองตรง (Spur Gear)
ลักษณะ: เป็นเฟืองแบบพื้นฐานที่สุด มีฟันขนานกับแกนหมุน
หลักการทำงาน: ส่งกำลังระหว่างเพลาที่ขนานกัน ฟันของเฟืองจะขบกันโดยตรง
ตัวอย่าง: ระบบเกียร์ในนาฬิกา, เครื่องจักรกลการเกษตร, ของเล่น
1.2 เฟืองดอกจอก (Bevel Gear)
ลักษณะ: ฟันเฟืองมีลักษณะเป็นกรวย
หลักการทำงาน: ใช้ส่งกำลังระหว่างเพลาที่ตัดกัน ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นมุม 90 องศา
ตัวอย่าง: สว่านมือ, ระบบเฟืองท้ายรถยนต์
1.3 เฟืองสะพาน (Rack and Pinion Gear)
ลักษณะ: ประกอบด้วยเฟืองหมุน (Pinion) และเฟืองตรงที่เป็นแท่งยาว (Rack)
หลักการทำงาน: เปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง หรือกลับกัน
ตัวอย่าง: ระบบพวงมาลัยรถยนต์, ประตูเลื่อนอัตโนมัติ
1.4 เฟืองตัวหนอน (Worm Gear)
ลักษณะ: ประกอบด้วยเฟืองที่มีลักษณะคล้ายสกรู (ตัวหนอน) และเฟืองวงกลม
หลักการทำงาน: ให้อัตราทดสูงมาก สามารถลดความเร็วรอบได้เยอะ และมีคุณสมบัติล็อกตัวเองได้ (หมุนย้อนกลับไม่ได้)
ตัวอย่าง: ในลิฟต์, ลูกบิดกีตาร์, ประตูรั้ว
2. รอก (Pulleys)
รอกเป็นล้อที่มีร่องสำหรับให้เชือกหรือสายพานพาดผ่าน ใช้สำหรับเปลี่ยนทิศทางของแรงหรือช่วยผ่อนแรงในการยกวัตถุ
2.1 รอกเดี่ยวตายตัว (Fixed Pulley)
หลักการทำงาน: ตัวรอกถูกยึดติดกับที่ ไม่เคลื่อนที่ตามวัตถุ ทำหน้าที่เปลี่ยนทิศทางของแรงดึงเท่านั้น ไม่ช่วยผ่อนแรง (ออกแรงเท่ากับน้ำหนักของวัตถุ) แต่ช่วยอำนวยความสะดวก เช่น การดึงวัตถุขึ้นโดยการดึงเชือกลง
ตัวอย่าง: การชักธงขึ้นสู่ยอดเสา, การตักน้ำจากบ่อ
2.2 รอกเดี่ยวเคลื่อนที่ (Movable Pulley)
หลักการทำงาน: ตัวรอกเคลื่อนที่ไปพร้อมกับวัตถุ ช่วยผ่อนแรงได้ 2 เท่า แต่ต้องดึงเชือกเป็นระยะทาง 2 เท่าของระยะที่วัตถุเคลื่อนที่ขึ้น
ตัวอย่าง: การใช้งานในระบบลิฟต์, ปั้นจั่นก่อสร้าง
2.3 รอกพวง (Compound Pulley)
หลักการทำงาน: เป็นการนำรอกเดี่ยวตายตัวและรอกเดี่ยวเคลื่อนที่มาประกอบกันเป็นระบบ ยิ่งมีจำนวนรอกมาก ก็ยิ่งช่วยผ่อนแรงได้มากขึ้น โดยจะผ่อนแรงเท่ากับจำนวนเส้นเชือกที่ช่วยพยุงน้ำหนักของวัตถุ
ตัวอย่าง: เครื่องจักรสำหรับยกของหนักในโรงงานอุตสาหกรรม
3. คาน (Levers)
คานเป็นวัตถุแข็งเกร็งที่ใช้หมุนรอบจุดหมุน (Fulcrum) เพื่อขยายแรงที่กระทำ ทำให้เราสามารถยกหรือเคลื่อนย้ายวัตถุที่หนักได้ง่ายขึ้น ประกอบด้วย 3 ส่วนสำคัญคือ จุดหมุน(F), แรงพยายาม(E), และแรงต้าน(R)
3.1 คานอันดับที่ 1
หลักการทำงาน: มีจุดหมุน (F) อยู่ระหว่างแรงพยายาม (E) และแรงต้าน (R) สามารถผ่อนแรง, ไม่ผ่อนแรง, หรือแค่เปลี่ยนทิศทางแรงก็ได้ ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากจุดหมุน
ตัวอย่าง: กรรไกร, ชะแลง, ไม้กระดก
3.2 คานอันดับที่ 2
หลักการทำงาน: มีแรงต้าน (R) อยู่ระหว่างแรงพยายาม (E) และจุดหมุน (F) เป็นคานที่ช่วยผ่อนแรงเสมอ
ตัวอย่าง: รถเข็นดิน, ที่เปิดขวด, ที่ตัดกระดาษ
3.3 คานอันดับที่ 3
หลักการทำงาน: มีแรงพยายาม (E) อยู่ระหว่างแรงต้าน (R) และจุดหมุน (F) เป็นคานที่ไม่ช่วยผ่อนแรง แต่ช่วยให้เกิดความเร็วและเคลื่อนที่ได้ไกลขึ้น
ตัวอย่าง: แหนบ, คีมคีบน้ำแข็ง, แขนของมนุษย์
กิจกรรม: โรงงานของเล่นหรรษา
ใช้กลไกต่างๆ เพื่อส่งกล่องของเล่นไปยังจุดหมายให้สำเร็จ!
ขั้นตอนที่ 1: ใช้คาน
ขั้นตอนที่ 2: เลือกเฟือง
ขั้นตอนที่ 3: ใช้รอก
กิจกรรม: ทดสอบความเข้าใจ
1. ในกิจกรรม "โรงงานของเล่น" กลไกใดที่ทำหน้าที่เปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงของสายพาน?
2. คานที่ใช้ผลักกล่องในตอนเริ่มต้น เป็นคานอันดับที่เท่าใด (สมมติว่าจุดหมุนอยู่ที่ฐาน)?
