การศึกษาการดูดและผลักระหว่างแผ่นกลมบางที่ลอยบนผิวน้ำด้วยวิธีเชียเรนสังเคราะห์ของผิวอิสระ

A Study of attraction and repulsion of thin disks floating on water surface using free surface synthetic schlieren method

Name: ชวพัฒน์ ปฐมพรรษ

ThaSH: น้ำ -- การวิเคราะห์

ThaSH: สารลดแรงตึงผิว -- การดูดซับ

Abstract: วัตถุที่ลอยอยู่บนผิวน้ำทําให้พื้นผิวของน้ําเกิดการเปลี่ยนรูปจากผิวน้ำที่มีลักษณะราบเรียบเป็นผิวที่มี ความโค้ง โดยทั่วไปเมื่อนําวัตถุที่มีลักษณะสมมาตรไปลอยบนผิวน้ำจะก่อให้เกิดความโค้งของผิวน้ำ โดยรอบที่มีความสมมาตรเช่นกัน ทําให้แรงลัพธ์ในแนวราบเนื่องจากแรงตึงผิวมีค่าเป็นศูนย์หรือวัตถุ จะไม่มีการเคลื่อนที่ในแนวราบ แต่เมื่อวัตถุลอยอยู่ใกล้กับวัตถุอื่นๆ ความโค้งของผิวน้ำบริเวณโดยรอบวัตถุจะไม่มีความสมมาตร ส่งผลให้เกิดแรงลัพธ์จากแรงคะปิลลารีที่กระทําต่อวัตถุในแนวราบวัตถุจึงเคลื่อนที่เข้าหาหรือออกจากวัตถุที่อยู่ใกล้เคียง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของผิวโค้งระหว่างวัตถุทั้งสอง การวิจัยนี้นําเสนอแนวคิดการใช้วิธีเชียเรนสังเคราะห์ของผิวอิสระ (FS-SS) สร้างภูมิลักษณะผิวของน้ำและประยุกต์ภูมิลักษณะผิวน้ำดังกล่าวในการวิเคราะห์แรงคะปิลลารีที่กระทํากับแผ่นกลมบางสองชิ้นบนผิวน้ำ AI UNIVE จากการทดลองพบว่าวิธีเชียเรนสังเคราะห์ของผิวอิสระสามารถสร้างภูมิลักษณะของผิวน้ำได้ในรูปแบบ 2 มิติและ 3 มิติ ที่มีความละเอียดในเรือนที่เล็กกว่ามิลลิเมตร จากการศึกษาแรงดูดคะปิลลารี ในกรณีที่แผ่นกลมบางทั้งสองมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ พบว่าแรงคะปิลลารีมีค่าอยู่ในช่วง 10^(-10) N ถึง 10^(-9) N กรณีที่แผ่นกลมบางทั้งสองมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำแรงคะปิลลารีระหว่างแผ่นกลมบาง มีขนาดอยู่ในช่วง 10^(-12) N ถึง 10^(-9) N และในกรณีที่แผ่นกลมบางแผ่นหนึ่งมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ และอีกแผ่นมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำแรงคะปิลลารีระหว่างแผ่นกลมบางมีขนาดอยู่ในช่วง 10^(-13) N ถึง 10^(-9) N แต่อย่างไรก็ตามแรงที่คํานวณได้จากวิธีเชียเรนสังเคราะห์ของผิวอิสระมีความแตกต่างอย่างมีนัยยะจากการคํานวณ โดยการติดตามการเคลื่อนที่ของวัตถุด้วยโปรแกรม Tracker ทั้งนี้เนื่องจากแรงคํานวณมาจากสมการของแรงคะปิลลารีที่ลดรูปซึ่งมึเงื่อนไขไม่สอดคล้องกับการทดลองการคํานวณมีความแม่นยําจําเป็นต้องใช้วิธีเชิงตัวเลขในการคํานวณแรงคะปิลลารี

Abstract: A Floating object on water surface causes the surface deformation from a smooth surface to a curved surface, creating surface tension from another floating object. In general, a symmetrical object floating on the water surface will also create symmertrical water meniscus around the object, which results in zero the horizontal capillary force or in other word, the object has no horizontal motion. When the floating objects are however in the vincinity of each other, water meniscus around each object is no longer in symmetry, causing a net horizontal capillary force object moves forword or away from nearby object, depended upon the nature of the curved surface between them. This research proposed the use of Free Surface Synthetic Schlieren (FS-SS) method to create three-dimensional surface characteristics of water surface around objects and to relate it to the lateral force acting floating thin disks. The results found experimentally that the FS-SS method was able to create water surface topography in three dimensions with resolution of submillimeter scale. From the study of attractive capillary force between two circular disks that are both denser than water, it was found the capillary force is in the range of 10^(-10) N to 10^(-9) N. As for the case of attractive capillary force between two circular disks that are less dense than water, the force is in the range of 10^(-12) N to 10^(-9) N. For the repulsive capillary force between two circular disks, one denser and one less dense than water, the force is in the range of10^(-13) N to 10^(-9) N . However, the forces calculated from FS-SS and from tracking the motion using Tracker program are significantly different. The main factor is due to the inapplicable of the simplified capillary force equation to the experimental conditions. Numerical method is needed in order to precisely calculate capillary force.

มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. สำนักหอสมุด

Address: เชียงใหม่

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: พรรัตน์ วัฒนกสิวิชช์

Role: ประธานกรรมการ

Name: นิรุต ผุสดี

Role: กรรมการ

Name: ถิรนันท์ สอนแก้ว

Role: กรรมการ

Created: 2563

Modified: 2565-12-24

Issued: 2565-12-24

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: การสอนฟิสิกส์

Grantor: มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

©copyrights มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	610531086.pdf	6.02 MB	2	2024-01-04 14:21:37

ใช้เวลา

-0.978674 วินาที