หลอดแก้วรูปตัวยู ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 วิชาฟิสิกส์

หลอดแก้วรูปตัวยู

แม้วิชาฟิสิกส์จะไม่ค่อยได้พูดถึงอุปกรณ์ต่าง ๆ ในบทเรียนเหมือนวิชาเคมี และไม่ได้มีกล้องจุลทรรศน์สุดล้ำเหมือนวิชาชีววิทยา แต่ถ้าพูดถึงบทเรียนเรื่องความดันและแรงดันแล้ว วิชาฟิสิกส์ก็มีอุปกรณ์กับเขาเหมือนกันนะ ซึ่งอุปกรณ์ที่ StartDee จะมานำเสนอในวันนี้คือ หลอดแก้วรูปตัวยู นั่นเอง ซึ่งเพื่อน ๆ สามารถดาวน์โหลดแอป StartDee มาเรียนเพิ่มเติมกันได้นะ

รูปร่างของหลอดแก้วรูปตัวยู

หลอดแก้วรูปตัวยูที่เราเห็นกันจนชินตามักจะเป็นหลอดที่ขาทั้งสองข้างมีขนาดและความยาวเท่ากันพอดีเป๊ะ แต่หลอดแก้วที่มีขนาดของขาไม่เท่ากัน ก็สามารถใช้ในการทดลองได้ ไม่ถือว่าเป็นปัญหาแต่อย่างใด

หลอดแก้วรูปตัวยูแบบต่าง ๆ

หลักการของหลอดแก้วรูปตัวยู

หลักการของหลอดแก้วรูปตัวยูนั้นง่ายมาก ๆ คือ เมื่อเพื่อน ๆ เทของเหลวเข้าไปในหลอด แล้วปล่อยให้ของเหลวในหลอดหยุดนิ่ง เราจะเรียกภาวะนี้ว่า “ภาวะสมดุล” ซึ่งเพื่อน ๆ จะพบอีกว่า ระดับความสูงของของเหลวของทั้งสองขาจะเท่ากัน ถึงแม้ว่าขนาดของขาหลอดรูปตัวยูจะไม่เท่ากันก็ตาม และที่ระดับความสูง เท่ากันนี้ (วัดจากก้นหลอดเเก้วขึ้นมาที่ระดับเดียวกันของทั้งสองขา) จะทําให้ความดันของทั้งสองข้างมีค่าเท่ากันด้วยเช่นกัน

หลอดแก้วรูปตัวยู

ต่อมา เพื่อน ๆ ลองเติมของเหลวอีกหนึ่งชนิด แต่มีข้อแม้ว่าต้องแตกต่างกับของเหลวชนิดแรก และต้องไม่ผสมเป็นเนื้อเดียวกับชนิดแรกด้วย เช่น หากเพื่อน ๆ ให้น้ำเป็นของเหลวชนิดแรก ของเหลวที่เติมต่อจากน้ำ ควรเป็นน้ำมัน เป็นต้น  จะทําให้ของเหลวเดิมมีระดับลดลงในขาที่เติมของเหลวชนิดใหม่ลงไป ในขณะที่ระดับของเหลวเดิมในขาอีกข้างหนึ่งกลับสูงขึ้น

การทดลอง หลอดแก้วรูปตัวยู

เมื่อของเหลวทั้งสองชนิดอยู่นิ่ง จะทําให้ที่ระดับรอยต่อล่างสุดของหลอดทั้งสองข้าง จะมีค่าความดันเท่ากันนั่นเอง

หลอดแก้วรูปตัวยู

ถ้ายังอยากทดลองต่อ เพื่อน ๆ สามารถเติมของเหลวชนิดที่ 3 ลงไปได้อีกนะ แต่มีข้อแม้ว่าต้องไม่ผสมกับของเหลวชนิดที่ 2 หากวัดความดันที่ในหลอดเเก้วทั้งสองฝั่งระดับเดียวกับรอยต่อตํ่าที่สุด จะพบว่า ยังคงมีความดันเท่ากันในหลอดทั้งสองข้าง

หลอดแก้วรูปตัวยู

มาเขียนสมการกันเถอะ !

เมื่อเพื่อน ๆ รู้แล้วว่า ที่ระดับล่างสุดของรอยต่อของของเหลว มีค่าความดันเท่ากันทั้งสองหลอด เพื่อน ๆ สามารถเขียนสมการได้ดังนี้

หลอดแก้วรูปตัวยู

Pซ้าย = Pขวา  

เมื่อ P คือความดัน มีหน่วยเป็น Pa

และ  P = ρgh

เมื่อ ρ คือ ความหนาแน่นของของเหลว มีหน่วยเป็น kg/m3

g คือ ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก มีหน่วยเป็น m/s2

h คือ ความลึกของของเหลว มีหน่วยเป็น m

หรือถ้ามีของเหลว 3 ชนิด จะเขียนสมการได้ดังนี้

Pซ้าย = Pขวา  

P3 + P2 = P1 

Blog_Picture_AW08_Draft01

ทั้งสองฝั่งของหลอดที่เปิดออกสู่อากาศมีความดันบรรยากาศมากระทำด้วย เเต่เนื่องจากทั้งสองฝั่งของ     หลอดเเก้วเปิดออกสู่อากาศ ความดันบรรยากาศจึงหักล้างกันหมด

และถ้ามีของเหลวมากกว่านี้อีก เพื่อนๆ สามารถบวก P4, P5, P6 เข้าไปในสมการด้านซ้ายมือไปได้เรื่อย ๆ เลยนะ (การเพิ่มของเหลวลงไปจะทำให้ระดับของรอยต่อต่ำสุดลดต่ำลงด้วย)

การประยุกต์ใช้ความรู้เรื่องหลอดเเก้วรูปตัวยูสามารถนำไปใช้สร้างเครื่องมือวัดความดันของเเก็สได้ โดยจะมีการต่อท่อเเก็สที่ต้องการวัดความดันเข้าสู่ขาใดขาหนึ่งของหลอดเเก้วรูปตัวยู เรียกเครื่องมือวัดความดันแบบนี้ว่าเเมนอมิเตอร์

นี่เป็นแค่อุปกรณ์แรกเท่านั้นนะ ยังมีอุปกรณ์อีกมากมายที่เพื่อน ๆ ต้องเรียนรู้ ซึ่ง StartDee จะนำบทเรียนสนุก ๆ นี้มาให้เพื่อน ๆ ได้อ่านเพิ่มอีกในอนาคต แต่ถ้าเพื่อน ๆ รอไม่ไหว อยากเรียนฟิสิกส์เพิ่มเติมก่อนไม่รอแล้วนะ ลองอ่านบทเรียนออนไลน์เรื่องการเกิดคลื่น หรืองานและพลังงานได้นะ ขอให้สนุก!

Mock-Exam-Banner_Draft01-1

 

แสดงความคิดเห็น