1 ความรู้เกี่ยวกับวัสดุ

    ในชีวิตประจำาวันนักเรียนพบวัสดุพื้นฐานต่าง ๆ มากมาย วัสดุเหล่านั้นอาจอยู่ในรูปสิ่งของ เครื่องมือเครื่องใช้ต่าง ๆ เช่น ไม้กวาด ด้ามอาจทำาจากไม้หรือพลาสติก ไม้บรรทัดทำาจากพลาสติก สเตนเลสหรือเหล็กแก้วน้ำาทำาจากแก้วพลาสติกหรือเซรามิกวัสดุพื้นฐานเหล่านี้อาจมีคุณสมบัติบางอย่าง ที่เหมือนกันหรือแตกต่างกันการที่นักเรียนจะเลือกวัสดุพื้นฐานชิ้นใดเพื่อนำาไปพัฒนาชิ้นงานต้องคำานึงถึง ลักษณะคุณสมบัติและความเหมาะสมเพื่อให้การทำงานเสร็จสมบูรณ์ปลอดภัยเหมาะสมและประหยัด 

            ในชีวิตประจำวัน มนุษย์นำวัสดุจากธรรมชาติและวัสดุที่มนุษย์สร้างขึ้นมาใช้ประโยชน์มากมายในการดำรงชีวิต โดยในสมัยโบราณวัสดุส่วนใหญ่ล้วนมาจากธรรมชาติ เช่น การนำหินมาสร้างเป็นอาวุธ นำหนังสัตว์มาทำเครื่องนุ่งห่ม นำดินมาปั้นเป็นภาชนะ แต่ปัจจุบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีพัฒนาและก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว จึงได้มีการนำความรู้เหล่านี้มาพัฒนาและปรับปรุงวัสดุต่าง ๆ เพื่อตอบสนองต่อความต้องการที่หลากหลายโดยผ่านกระบวนการทางเทคโนโลยีเเละถูกส่งต่อจนพัฒนามาเป็นกระบวนการออกแบบเชิงวิควกรรม เพื่อทำให้การเเก้ปัญหามีทางเลือก มีหลักการ เเละเป็นระบบมากยิ่งขึ้น

         ประเภทของวัสดุ

            การเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมกับงานจำเป็นต้องศึกษาหรือพิจารณาจากสมบัติของวัสดุนั้นให้ตรงกับงานที่ออกแบบหรือผลิตภัณฑ์ เพื่อให้สามารถสร้างชิ้นงานได้ตรงกับความต้องการ มีความปลอดภัย และใช้ทรัพยากรได้อย่างคุ้มค่า ซึ่งวัสดุมีอยู่หลายประเภทและแต่ละประเภทมีสมบัติต่างกัน ดังนั้น ผู้ออกแบบชิ้นงานจะต้องกำหนดสมบัติเบื้องต้น เพื่อจะเลือกใช้วัสดุและเครื่องมือได้อย่างเหมาะสม โดยทั่วไปวัสดุ แบ่งออกเป็น

 1. โลหะ (Metal) เป็นวัสดุที่ได้จากการถลุงแร่ต่าง ๆ เช่น เหล็ก ดีบุก อะลูมิเนียม นิกเกิล โลหะเมื่อถลุงได้จากสินแรในตอนแวกนั้น ส่วนใหญ่จะเป็นโลหะเนื้อค่อนข้างบริสุทธิ์ ซึ่งโลหะเหล่นี้จะมีเนื้ออ่อนไม่แข็งแรงเพียงพอที่จะนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรมได้โดยตรง ต้องผ่านการปรับปรุงสมบัติก่อนการใช้งาน โดยโลหะมีสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้า ตัวนำความร้อน สามารถตีป็นแผ่นให้เป็นแผ่นบางได้ สภาพทั่วไปมีความแข็ง ผิวมันวาวและเหนียว จึงเป็นวัสดุที่ใช้งานด้านโครงสร้าง ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ดังนี้

             1.1 โลหะประเภทเหล็ก (Ferous Metal) คือ โลหะที่มีพื้นฐานเป็นเหล็กประกอบอยู่ เช่น เหล็กกล้าเหล็กเหนียว เหล็กหล่อ เป็นวัสดุโลหะที่นิยมใช้ในงานโดรงสร้างและใช้กันมากที่สุดในวงการอุตสาหกรรม เช่นเครื่องจักร เครื่องทุ่นแรง เครื่องมือเดรื่องใช้ต่าง ๆ เนื่องจากเป็นวัสดุที่มีดวามแข็งแรง สามารถปรับปรุงคุณภาพและเปลี่ยนแปลงรูปทรงได้หลายวิธี เช่น การหล่อ การตี การกลึง การอัดขึ้นรูป

                 1.2 โลหะนอกกลุ่มเหล็ก (Nonferrous Metal) คือ โลหะที่ไม่มีส่วนประกอบของเหล็กผสมอยู่ เช่น ดีบุกอะลูมิเนียม สังกะสี ตะกั่ว ทองแดง เงิน ทองคำขาว ทองเหลือง แมกนีเซียม โดยวัสดุประเภทนี้มีคุณสมบัติในด้านความทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดและด่าง น้ำหนักเบา นำไฟฟ้า ยืดตัวได้ง่าย และมีความเหนียว บางชนิดมีราคาสูงกว่าเหล็กมาก จึงต้องมีการกำหนดในการใช้งานด้านอุตสาหกรรมที่เหมาะสม เช่น ทองแดงใช้กับงานไฟฟ้า ดีบุกใช้กับงานที่ทนต่อการกัดกร่อน อะลูมิเนียมใช้กับงานที่ต้องการให้มีน้ำหนักเบา


ความรู้เสริม

          อัลลอย โลทะเจือ หรือโลทะผสม คือ วัสดุที่เกิดจากการนำโลทะตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมาผสมเข้าด้วยกัน จนเกิดเป็นโลทะที่มีคุณสมบัติแตกต่างจากส่วนประกอบเดิม อัลลอยถูกสร้างตามสูตรและส่วนผสมที่กำหนดขึ้นเพื่อให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว สามารถนำไปใช้งานตามที่ผู้ผลิตต้องการได้ เช่น อะลูมิเนียมอัลลอยที่มีส่วนผสมของแมกนีเซียม มีคุณสมบัติดังนี้ น้ำหนักเบา ไม่เป็นสนิม ทนต่อการกัดกร่อน ระบายความร้อนได้ดี เหมาะกับการนำไปเป็นส่วนประกอบของเครื่องจักรแม่พิมพ์

        2. อโลหะ (Non Metal) เป็นวัสดุที่มีสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้า (ยกเว้นแกรไฟต์) ฉนวนความร้อน มีอัตราการยืดตัวต่ำ ไม่สามารถตีแผ่เป็นแผ่นบางได้ ซึ่งปัจจุบันวัสดุประเภทอโลหะถูกนำมาใช้มากที่สุดและมีบทบาทในภาคอุตสาหกรรมการผลิต โดยอโลหสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ดังนี้

              1) วัสดุจากธรรมชาติ (Natural Materials) คือ วัสดุที่เกิดมาจากธรรมชาติ ที่ถูกนำมาใช้โดยอาจอยู่ในสภาพเดิมหรือต้องผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพ เช่น

ไม้ (Wood)

             เป็นวัสดุแข็งที่ได้จากลำตันของตันไม้ แล้วนำมาแปรรูปเป็นไม้อัดหรือไม้แผ่น เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ เนื่องจากไม้เป็นวัสดุที่มีความแข็ง เนื้อไม้สามารถดูดซับเสียงได้ดี นำความร้อนต่ำทำให้ความร้อนจากภายนอกเข้ามาสู่ภายในอาคารได้ยาก เป็นฉนวนป้องกันไฟฟ้าได้ดี และสามารถแกะสลักเป็นลวดลายได้

ยาง (Rubber)

         เป็นวัสดุที่ได้จากการกรีดน้ำยางจากต้นยางพารา แล้วนำมาผ่านกระบวนการทำเป็นแผ่นยาง และสามารถนำมาแปรรูปใช้ประโยชน์ได้อย่างมากมาย เนื่องจากยางเป็นวัสดุที่มีความยืดหยุ่น กันน้ำได้ดี ไม่นำความร้อน และไม่นำไฟฟ้า


ผ้า (Fabric)

            เป็นวัสดุที่ได้จากการทอเส้นใยของไหม ฝ้าย หรือขนสัตว์บางชนิดเพื่อนำมาใช้เป็นเครื่องนุ่งห่ม เนื่องจากผ้าเป็นวัสดุที่มีความอ่อนนุ่ม มีน้ำหนักเบา ดูดซับน้ำได้ดี แต่ไม่กันน้ำ

               “วัสดุฉลาด คือ วัสดุที่มีความสามารถในการตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอก เช่น มีรูปร่างเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิหรือมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า เช่น เลนส์ของแว่นตากันแดดสามารถ ปรับสีได้เองตามความเข้มของแสงที่เปลี่ยนแปลงไป ลวดนำทาง (Guide Wire) ในการผ่าตัด สายสวน (Catheter) ผ่านทางเส้นเลือด ถ้าหากวัสดุฉลาดเหล่านี้สามารถซ่อมแซมตัวเองหรือ พัฒนาตัวเองให้ดียิ่งขึ้น จะเรียกวัสดุเหล่านี้ว่า วัสดุอัจฉริยะ (Intelligent Materials) เช่น

เส้นใยแก้วนำแสงที่มีข้อเสีย เรื่อง ความเปราะบางและแตกหักง่าย ดังนั้น เมื่อนำมาผสมกับวัสดุในกลุ่มพอลิเมอร์จำรูป จนเกิดเป็นเส้นใยแก้วนำแสงอัจฉริยะชนิดใหม่ที่สามารถซ่อมแซม ตัวเองได้เมื่อเกิดการแตกหักเสียหาย”

               “วัสดุชีวภาพ คือ วัสดุที่สามารถเป็นส่วนประกอบหรือฝังอยู่ภายในร่างกายมนุษย์ เพื่อใช้เป็นวัสดุทดแทนส่วนต่าง ๆ ในร่างกายที่เสียหายจากโรคหรือสาเหตุอื่น ๆ เช่น ขาเทียม หรือกระดูกเทียมที่ทำจากโลหะผสมที่เป็นมิตรต่อร่างกาย ได้แก่ โลหะไทเทเนียมผสม และ โลหะผสมระหว่างโคบอลต์-โครเมียม”

               “วัสดุนาโน คือ วัสดุที่มีขนาดอย่างน้อยหนึ่งมิติเป็นขนาดนาโน (มีขนาดระหว่าง 1 ถึง 100 นาโนเมตร) โดยแบ่งเป็น 2 กลุ่ม คือ วัสดุนาโนจากธรรมชาติ เช่น พื้นผิวใบบัวใยแมงมุม เส้นขนตีนตุ๊กแกและวัสดุนาโนจากการผลิต เป็นวัสดุนาโนที่ผลิตขึ้น เพื่อให้มีสมบัติ  หรือองค์ประกอบที่จำเพาะ เช่น อนุภาคนาโนของธาตุเงินมีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อโรค สามารถนำมาใช้ประโยชน์ทางการแพทย์ หรือ อุปกรณ์ฟอกอากาศ และสารเฟอร์โรอิเล็กทริกสามารถ      นำไปใช้งานทางด้านการเก็บข้อมูลของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์”


              2) วัสดุสังเคราะห์ (Synthetic Materials) คือ วัสดุที่สร้างขึ้นใหม่จากการผสมกันของวัสดุหรือสารตั้งแต่2 ชนิดขึ้นไป ด้วยกระบวนการทางเดมีในห้องทดลอง เช่น หลอม กดขึ้นรูป อบด้วยดวามวัอน ซึ่งวัสดุที่สร้างขึ้นใหม่นี้จะมีคุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงไปจากเดิม มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแน่นกว่าเดิม เช่น

ไม้สังเคราะห์ (Synthetic Wood)

           เป็นวัสดุทดแทนไม้จริงในรูปแบบต่าง ๆ เช่น เกล็ดไม้ ผงไม้ชิ้นไม้ขนาดเล็ก โดยผสมกับวัสดุประเภทอื่น ซึ่งวัสดุที่เกิดขึ้นเรียกว่า วัสดุประกอบ (Composite Materials) นำมาใช้ผลิตเป็นไม้สังเคราะห์ประเภทต่าง ๆ เช่น ผงไม้ผสมกับพลาสติก เรียกว่าWood Plastic Composite (WPC) และชิ้นไม้ขนาดเล็กผสมกับปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ เรียกว่า Wood Cement Board (WCB) 



พลาสติก (Plastic)

           เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่สังเคราะห์ขึ้นใช้แทนวัสดุธรรมชาติบางชนิดเมื่อเย็นจะแข็งตัว เมื่อถูกความร้อนจะอ่อนตัว บางชนิดแข็งตัวถาวร ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ


           - เทอร์มอพลาสติก (Thermoplastic) เป็นพลาสติกที่ใช้กันแพร่หลายที่สุดในโลก เมื่อได้รับความร้อนจะอ่อนตัว และเมื่อเย็นลงจะแข็งตัว สามารถเปลี่ยนรูปได้ เช่น อะคริลิก ไนลอน พอลิเอทิลีนพอลิโพรพิลีน พอลิสไตรีน มีสมบัติพิเศษ คือ เมื่อหลอมเหลวแล้วสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ตัวอย่างการนำพลาสติกประเภทนี้ไปใช้งาน เช่น ขวดน้ำ ขวดน้ำยาสารเคมี ถุงพลาสติก ปากกาไม้บรรทัด


           - เทอร์มอเซดติง (Thermosetting plastic) เป็นพลาสติกที่มีสมบัติพิเศษ คือ ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและทนปฏิกิริยาเคมีได้ดี เกิดคราบและรอยเปื้อนได้ยาก คงรูปหลังผ่านความร้อนหรือแรงดันเพียงครั้งเดียว เมื่อเย็นตัวลงจะแข็งมาก ไม่อ่อนตัวและเปลี่ยนรูปร่างมาได้ และไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ตัวอย่างการนำพลาสติกประเภทนี้ไปใช้งาน เช่น ถ้วยชามเมลามีน ที่จับกระทะ กันชนรถ


เซรามิก (Ceramic)

             คือ เครื่องปั้นดินเผาหรือเครื่องเคลือบดินเผา ที่ใช้วัตถุดิบชนิดตระกูลดินเหนียวเป็นหลัก ทำเป็นรูปทรงต่าง ๆ ผ่านกระบวนการผลิตที่ใช้อุณหภูมิสูง เซรามิกเป็นวัสดุที่มีความแข็งแต่เปราะทนต่อความร้อน ทนต่อการกัดกร่อน เป็นฉนวนไฟฟ้าและฉนวนความร้อน 


แก้ว (Glass)

            เป็นวัสดุที่เกิดจากการหลอมของส่วนผสมของสารอินทรีย์ส่วนใหญ่มักเป็นซิลิกา (Siica) เมื่ออยู่ในที่อุณหภูมิสูงจะหลอมจนเป็นน้ำ แก้วที่อยู่ในสถานะของเหลว แล้วถูกนำไปผ่านกระบวนการขึ้นรูปและทำให้เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว เนื้อแก้วบริสุทธิ์นั้น จะโปร่งใส ผิวเรียบ มีความแข็ง ทนต่อการขีดข่วน กัดกร่อน และความร้อน ทำให้แก้วมีประโยชน์ต่อการใช้งานอย่างกว้างขวาง

          ดังนั้น ความรู้เรื่องคุณสมบัติต่าง ๆ ของวัสดุ หรือเรียกว่า "วัสดุศาสตร์" จึงเป็นความรู้หลักการพื้นฐานสำหรับการประยุกต์ใช้งาน โดยการปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุต่าง ๆ แล้วนำมาผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ หรือเรียกว่า"วัสดุวิศวกรรม"


วัสดุศาสตร์


ความรู้พื้นฐานทางวัสดุ


1. ซิลิกา มีลักษณะเป็นผลึก ไม่มีสี หรือเป็นผลึก

สีขาว ไม่มีกลิ่น และรส พบมากในดินและ

หิน ทราย นำมาใช้ประโยชน์ในหลายด้าน อาทิ

เป็นสารดูดซับความชื้น เป็นสารเพิ่มความเงา

เป็นส่วนผสมของวัสดุก่อสร้าง และใช้เป็นสาร

เพิ่มความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์

2. โซดาแอช (Soda Ash) มีคุณสมบัติช่วยลด

อุณหภูมิในการหลอมเหลวทำให้สามารถขึ้น

รูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีรูปทรงซับซ้อนได้ง่ายขึ้น

3. หินปูน มีคุณสมบัติในการเพิ่มความแข็งแรง

ของเนื้อแก้วและทำให้แก้วมีความทนทานต่อ

สารเคมี


วัสดุวิศวกรรม


การประยุกต์ความรู้ของวัสดุด่าง ๆ และปรับปรุง

คุณสมบัติ แล้วนำมาสร้างเป็นผลิตภัณฑ์


การนำวัตถุดิบเข้าไปในเตาหลอม โดยใช้ความร้อน

ในการหลอมแก้วที่อุณหภูมิในเตาหลอมประมาณ

1,500 องศาเซลเซียส โดยโซดาแอชจะช่วยให้

อุณหภูมิหลอมเหลวต่ำลง และได้วัสดุวิศวกรรม

คือ "แก้ว" สิ่งที่มีลักษณะโปร่งใส แข็ง แต่เปราะ

แตกง่าย แก้วถูกนำมาใช้ประโยชน์เป็นภาชนะ

กระจก หลอดไฟ วิทยุ เส้นใยแก้วนำแสง เลนส์

แว่นตา


              เส้นใยแก้วนำแสง หรือไฟเบอร์ออปติก เป็นตัวกลางของสัญญาณแสงชนิดหนึ่งที่ทำมาจากแก้วซึ่งมีความบริสุทธิ์สูงมาก เส้นใยแก้วนำแสงมีลักษณะเป็นเส้นยาวขนาดเล็ก มีขนาดประมาณเส้นผมของมนุษย์ เส้นใยแก้วนำแสงที่ดีต้องสามารถนำสัญญาณแสงจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้ โดยมีการสูญเสียของสัญญาณแสงน้อยมาก เส้นใยแก้วนำแสงสามารถแบ่งตามความสามารถในการนำแสงออกได้เป็น 2 ชนิด คือ เส้นใยแก้วนำแสงชนิดโหมดเดี่ยว (Singlemode  Optical Fibers) และเส้นใยแก้วนำแสงชนิดหลายโหมด (Multimode  Optical Fibers)”


2 เครื่องกลและเครื่องมือในการสร้างชิ้นงาน


           เครื่องกลหรือกลไก เป็นสิ่งสำคัญที่ทำให้ระบบมีการขับเคลื่อนหรือดำเนินการอยู่ใด้ การทำงานของกลไกนั้นจะต้องเป็นการทำงานที่สัมพันธ์กันของอุปกรณ์แต่ละชิ้นในระบบนั้น ๆ และการเลือกใช้เครื่องกลให้เหมาะสมกับงานจะทำให้เกิดการทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพหรือตามวัตถุประสงค์


2.1 เครื่องกลในการสร้างขึ้นงาน

           เครื่องกล (Mechanical) เป็นเครื่องมือที่สร้างขึ้นมาเพื่อช่วยผ่อนแรงหรืออำนวยความสะดวกในการทำงานโดยออกแรงเพียงเล็กน้อย ก็สามารถยกของที่มีน้ำหนักมาก ๆ ได้



             เครื่องกลอย่างง่ายมี 6 ประเภท ประกอบด้วยรอก ดาน ล้อและเพลาพื้นเอียง ลิ่ม และสกรู

             1. รอก (Pulley) คือ เครื่องกลที่มีลักษณะเป็นล้อหมุนได้คล่องรอบแกน ที่ขอบของล้อมีเชือกหรือสายเคเบิลพาดล้อเพื่อใชัยกของหนักขึ้นที่สูงหรือหย่อนลงที่ต่ำ เช่น การก่อสร้าง โรงงานอุตสาหกรรม ระบบรอกเดี่ยวจะประกอบด้วย

          เมื่อนำรอกทั้ง 2 ประเภทรวมเข้าด้วยกัน เพื่อให้สามารถใช้ในการผ่อนแรงได้มากขึ้น และประหยัดพื้นที่การใช้งาน เรียกรอกประเภทนี้ว่า รอกพวง


              2. คาน (Lever) เดรื่องกลที่มีลักษณะแข็ง เป็นแท่งยาว ใช้ดีดหรืองัดวัตถุให้เคลื่อนที่รอบจุดหมุนหรือจุดฟัลครัม (F)ส่วนประกอบที่สำคัญในการทำงานของคานมี 2 ส่วน ประกอบด้วย แรงความพยายามหรือแรงที่กระทำต่อดาน (E) แรงความต้านทานหรือน้ำหนักของวัตถุ (W) และจุดหมุนหรือจุดฟัลครัม

                 คาน จำแนกออกเป็น 3 ประเภท ดังนี้

                1) ดานอันดับที่ 1 เป็นคานที่มีจุดหมุน (F) อยู่ระหว่างแรงพยายาม (E) และแรงต้านทาน (W) ดานแบบนี้จะช่วยผ่อนแรง เครื่องใช้ที่จัดเป็นดานอันดับที่ 1 เช่น คีมตัดลวด กรรไกรตัดเล็บ กรรไกรตัดผ้า อนตอกตะปู ชะแลง


                2) ดานอันดับที่ 2 เป็นดานที่มีแรงต้านทาน (W) อยู่ระหว่างแรงพยายาม (E) และจุดหมุน (F) คานแบบนี้จะช่วยผ่อนแรง เครื่องใช้ที่จัดเป็นคานอันดับที่ 2 เช่น รถเข็นดิน ที่เปิดขวด ที่ตัดกระดาษ


                3) ดานอันดับที่ 3 เป็นดานที่มีแรงพยายาม (E) อยู่ระหว่างแรงต้านทาน (W) และจุดหมุน (F) ดานแบบนี้ไม่ช่วยผ่อนแรง เครื่องใช้ที่จัดเป็นดานอันดับที่ 3 เช่น แหนบ ตะเกียบ ดีมคีบถ่าน ไม้กวาดด้ามยาว


             3. ล้อและเพลา (Wheel and Axle) คือ เครื่องกลที่มีลักษณะเป็นทรงกระบอก 2 ชิ้นติดกัน วัตถุชิ้นใหญ่กว่าเรียกว่า ล้อวัตถุชิ้นเล็กกว่าเรียกว่า เพลา โดยอาศัยอัตราส่วนระหว่างรัศมีของล้อและเพลาในการผ่อนแรง ดังนั้น หากต้องการให้ผ่อนแรงมากให้อัตราส่วนดังกล่าวต่างกันมาก ตัวอย่างล้อและเพลา เช่น ล้อรถลูกบิดประตู ไขควง พวงมาลัยรถ

        4. พื้นเอียง (Inclined Plane) คือ เครื่องกลที่ใช้ในการผ่อนแรง มีลักษณะเป็นไม้กระดานยาวเรียบใช้พาดบนที่สูงเพื่อขนย้ายวัตถุขึ้นสู่ที่สูงโดยการลากหรือผลัก ช่วยอำนวยความสะดวกในการขนย้ายสิ่งของขึ้นหรือลง

5. ลิ่ม (Wedge) คือ เครื่องกลที่ใช้ผ่อนแรงมีลักษณะปลายด้านหนึ่งแบนหรือแหลมส่วนอีกด้านหนึ่งเป็นหน้าเรียบ ใช้แยกเนื้อวัตถุออกจากกันด้วยการให้แรงในแนวตั้งฉากกับส่วนหัวที่เป็นด้านเรียบ จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแรงตั้งฉากไปเป็นแรงในแนวตั้งฉากกับพื้นเอียง


2.2 เครื่องมือในการสร้างชิ้นงาน

             เครื่องมือเป็นอุปกรณ์ที่มีความสำคัญมากในการสร้างชิ้นงาน เพราะสามารถสร้างชิ้นงานได้ละเอียด แม่นยำปรับแต่งชิ้นงานให้มีรูปร่างลักษณะตามต้องการและทำงานได้เร็วขึ้น เครื่องมือมีหลายประเภท ซึ่งแต่ละประเภทมีลักษณะและหน้าที่ในการใช้งานแตกต่างกัน ดังนั้น เราจะต้องรู้จักวิธีการใช้เครื่องมือให้เหมาะสมกับงาน ดังนี้


               1. เครื่องมือวัด เป็นเครื่องมือที่ใช้สำหรับการวัดเพื่อบอกระยะ หรือขนาดความกว้าง ความยาว ความสูง และความหนาของวัสดุหรือชิ้นงาน เช่น ไม้บรรทัดเหล็ก ตลับเมตร เวอร์เนียร์ดาลิเปอร์


               2. เครื่องมือตัด เป็นเครื่องมือที่ใช้สำหรับตัดชิ้นงานให้แยกจากกัน เช่น คัดเตอร์ กรรไกร เลื่อยมือ คีมตัด


              3. เครื่องมือสำหรับยึดติด เป็นเครื่องมือสำหรับยึดติดอุปกรณ์ เช่น กาว ปืนกาว สกรู ไขควง


              4. เครื่องมือสำหรับเจา: เป็นเครื่องมือที่ใช้สำหรับเจาะรู้ชิ้นงานประเภทโลหะหรือไม้ เช่น สว่านไฟฟ้า สว่านมือ

สว่านกระแทก ที่เจาะกระดาษ

เสียงและอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดเสียง

            เสียง เกิดจากการสั่นของวัตถุ ทำให้เกิดพลังงานที่วัตถุถ่ายเทไปยังตัวกลางแล้วเดินทางไปจนถึงผู้รับเสียง ดังนั้น การที่เราสามารถคุยกันได้ก็เพราะมีอากาศเนตัวกลางนั่นเอง เสียงสามารถเดินทางผ่านตัวกลางได้ทั้งของแข็ง ของเหลว และแก๊ส และจะไม่ได้ยินเสียงหากไม่มีตัวกลาง เช่นถ้าเราอยู่ในอวกาศที่เป็นสุญญากาศ เราจะไม่สามารถสื่อสารกันได้หากขาดอุปกรณ์ที่ช่วยในการสื่อสาร การสื่อสารในชีวิตประจำวันจะเกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลา ดังนั้น เสียงจึงเป็นการสื่อสารที่รวดเร็วและเกิดความชัดเจนมากกว่าการสื่อสารในรูปแบบอื่น ทำให้มีการคิดค้นเทโนโลยีต่าง ๆ ที่จะทำให้การติดต่อสื่อสารนั้นมีทั้งภาพและเสียงเพื่อการพูดคุยได้ชัดเจนและเป็นการลดปัญหาเกี่ยวกับการพูดคุยกันที่อยู่ไกลข้ามประเทศก็ตาม ทำให้เราควรจะมีความรู้และทักษะเกี่ยวกับเสียงเพื่อใช้งานเทคโนโลยีได้อย่างเหมาะสม



3.1 การเคลื่อนที่และอัตราเร็วของเสียง

            เสียงเป็นดลื่นกลตามยาวที่เกิดจากการสั่นของแหล่งกำเนิดเสียง พลังงานของการสั่นจะถูกถ่ายโอนให้แก่โมเลกุลของตัวกลางที่อยู่รอบ 1 ส่งผลให้โมเลกุลของตัวกลางเกิดการอัดตัวและขยายตัวแล้วเกิดการถ่ายทอดพลังงานไปโดยที่อนุภาคตัวกลางสั่นไปมาอยู่ที่เดิม


ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราเร็วของเสียง

            1. ชนิดของตัวกลาง เสียงอาศัยตัวกลาง ดังนั้น เมื่อเปลี่ยนตัวกลางจากอากาศเป็นของแข็ง หรือของเหลว

จะทำให้มีอัตราเร็วของเสียงที่เดินทางไปตามตัวกลางที่อุณหภูมิเดียวกัน จะแตกต่างกัน ดังนี้

           จากตารางข้างต้น จะเห็นได้ว่า อัตราเร็วของเสียงในตัวกลางที่มีสถานะเป็นของแข็งจะมีอัตราเร็วที่สุดรองลงมา คือ ของเหลวและแก๊ส ตามลำดับ

           2. อุณหภูมิ อัตราเร็วเสียงจะแปรผันตรงกับรากที่ 2 ของอุณหภูมิเคลวิน เพราะเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจะทำให้อนุภาคตัวกลางมีพลังงานจลน์มากขึ้น การอัดตัวและขยายตัวจะเกิดได้เร็วขึ้น ทำให้เสียงเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น ซึ่งความสัมพันธ์ระหว่างอัตราเร็วเสียงกับอุณหภูมิเคลวิน คือ

อัตราเร็วของเสียง

        คือ ระยะทางที่เสียงเดินทางไปในตัวกลางใดๆ ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา โดยทั่วไปเสียงเดินทางในอากาศที่มีอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส ได้ประมาณ 346 เมตรต่อวินาที และในอากาศที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส ได้ประมาณ 343 เมตร ต่อวินาที อัตราเร็วที่เสียงเดินทางในอากาคนั้นอาจมีค่ามากขึ้นหรือน้อยลงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวกลางเป็นหลัก และอาจได้รับอิทธิพลจากความชื้นบ้างเล็กน้อย


3.2 อุปกรณ์ที่ทำให้เกิดเสียง

อุปกรณ์ที่ทำให้เกิดเสียงมีอยู่มากมาย เช่น เครื่องดนตรี ระฆัง การพูดคุย โดยมีหลักการที่เหมือนกันก็คือเสียงต้องการตัวกลางในการเดินทางมาถึงผู้ฟัง ดังนั้น เราจึงควรศึกษาเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดเสียงว่ามีการทำงานอย่างไรจึงทำให้เกิดเสียงขึ้นมาได้


ㆍ ลำโพง (Speaker) หน้าที่สำคัญของลำโพง คือเปลี่ยนสัญญาณทางไฟฟ้าที่ได้มาจากเครื่องขยายเป็นสัญญาณเสียง ลำโพงที่สร้างเสียงให้เหมือนกับตันฉบับเดิมมากที่สุดจะมีราคาแพง เสียงเกิดจากมีสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับเข้าไปในคอยส์เสียง จึงทำให้แผ่นลำโพงสั่นลักษณะเคลื่อนที่ขึ้นและลง ส่งผลให้เกิดการอัดอากาศด้านหน้าจึงเกิดคลื่นเสียงขึ้น การสั่นเร็วหรือช้าขึ้นอยู่กับ

ความถี่ และเสียงจะดังหรือเบาขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของสัญญาณไฟฟ้า ดังนั้น ขนาดของลำโพงมีความสำคัญมาก ถ้าต้องการให้เสียงเหมือนกับเสียงธรรมชาติมากที่สุด ลำโพงจะต้องมีหลายขนาด ซึ่งเราแบ่งลำโพงโดยใช้ความถี่ออกเป็น 3 ประเภท คือ วูฟเฟอร์ (Woofer) ทวีตเตอร์ (Tweeter) และมิดเรนจ์ (Midrange)


ㆍ บัซเซอร์ (Buzzer) คือ ลำโพงแบบแม่เหล็กหรือแบบเปียโซ มีวงจรกำเนิดความถี่ (Oscillator)อยู่ภายในตัวเอง ลักษณะการทำงานเกิดจากการป้อนแรงดันไฟฟ้าทำให้กำเนิดเสียงได้ด้วยตัวเอง แต่ไม่สามารถเปลี่ยนความถี่ของเสียงได้ เสียงบัซเซอร์นั้นเรามักจะได้เห็นหรือได้ยินบ่อยครั้ง เช่น เสียงปี๊บที่อยู่ในคอมพิวเตอร์ ตัวจับเวลา การกดเมาส์และมีเสียงดังซึ่งส่วนมากบัซเซอร์จะถูกนำไปใช้กับโรงงานเพื่อแจ้งเดือนเกี่ยวกับระบบความปลอดภัยของอุปกรณ์หรือเครื่องจักรที่ทำงานอยู่ ทำให้ผู้ที่ปฏิบัติงานทราบถึงระบบที่ทำงานอยู่ว่ามีความปลอดภัยหรือไม่ บัซเซอร์ที่ติดในโรงงานจึงมีหลายแบบและหลายระดับเพื่อแจ้งเตือนตามความเหมาะสมของงานต่าง ๆ


4 ไฟฟ้าและอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดแสง

       ไฟฟ้า เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้เลยในสังคมปัจจุบัน เพราะอุปกรณ์ทุกชิ้นจำเป็นต้องมีไฟฟ้าเป็นแหล่งพลังงาน ไฟฟ้ายังเกิดได้ตามธรรมชาติหลายเหตุการณ์ เช่น ฟ้าแลบ ฟ้าผ่า ซึ่งเกิดจากประจุไฟฟ้านั่นเอง ยกตัวอย่างเช่นการเกิดปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิต เกิดจากบริเวณหนึ่งมีประจุไฟฟ้าสะสมอยู่มากแล้วถ่ายโอนไปยังอีกบริเวณหนึ่งอย่างรวดเร็วและเกิดในช่วงเวลาสั้น ๆ ในลักษณะการดึงดูด กรผลัก และการเกิดประกายไฟฟ้า ทำให้เราทราบว่า ประจุไฟฟ้ามีอยู่ด้วยกัน 2 ชนิด คือ ประจุบวกและประจุลบ และเมื่อทำการศึกษาในระดับอะตอมทำให้เรารู้ว่า อิเล็กตรอน (Electron; e) เป็นอนุภาคประจุลบ และโปรตอน (Proton; p) เป็นอนุภาคประจุบวก

4.1 วงจรไฟฟ้าและการต่อตัวต้านทาน

วงจรไฟฟ้าเกิดขึ้นได้เมื่อมีกระแไฟฟ้าไหลผ่าน ซึ่งแบ่งกระแสไฟฟ้าได้เป็น 2 ชนิด คือ ไฟฟ้ากระแสตรง และ ไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งในบ้านทุกบ้านที่ใช้ไฟฟ้าจะเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ ดังนั้น การนำไฟฟ้ามาใช้จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่รองรับไฟฟ้ากระแสสลับ

ตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละชนิดมีสิ่งหนึ่งที่เหมือนกันติดตั้งในวงจรไฟฟ้าอยู่ เพื่อให้ผู้บริโภคสามารถนำมาใช้กับไฟฟ้าภายในบ้านได้ก็คือ ตัวต้านทาน ซึ่งติดตั้งอยู่ในวงจรการทำงานทุกเครื่อง ดังนั้น การต่อตัวต้านทานจึงมีความสำคัญมากต่อการใช้งานเครื่องใช้ไฟฟ้า หรือทำการผลิตเครื่องไฟฟ้าชนิดต่าง ๆ ที่ต้องใช้ตัวต้านทานที่มีค่าความต้านทานแตกต่างกัน เพราะอุปกรณ์แต่ละชนิดต้องการกระแสไฟฟ้าที่แตกต่างกัน วงจรไฟฟ้าต่าง ๆ จึงมีวิธีการต่อตัวต้านทานได้ 2 แบบ คือ แบบอนุกรม และ แบบขนาน

จากรูปวงจรไฟฟ้า มีส่วนประกอบที่สำคัญ 3 ส่วน คือ

1.แหล่งกำเนิดไฟฟ้า (Power Source) คือ แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปทั้งวงจร เช่น ถ่านไง่ง่าย แบตเตอรี่ 

2. ตัวนำไฟฟ้า (Conductor) คือ วัสดุที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เช่น สายไฟ ทองแดง เงิน เหล็ก

3. เครื่องใช้ไฟฟ้าหรือโหลด (Electric Appiances or Load) คือ เครื่องใช้ไฟฟ้าที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับ

            ให้เป็นพลังงานรูปแบบอื่น เช่น เตารีดเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อน โดยใช้หลักการคือเมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดตัวนำที่มีความต้านทานสูง ๆ ลวดตัวนำนั้นจะร้อนจนสามารถนำความร้อนไปใช้ประโยชน์ได้พัดลมมีการเปลี่ยนรูปแรงดันไฟฟ้าเป็นพลังงานกล โดยอาศัยหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า มอเตอร์และเครื่องควบคุมความเร็ว


4.2 วงจรไฟฟ้าอย่างง่าย

           วงจรไฟฟ้าอย่างง่าย หมายถึง วงจรที่ประกอบด้วยแหล่งกำเนิดไฟฟ้า ตัวนำไฟฟ้า และเครื่องใช้ไฟฟ้าหรือโหลด เมื่อเปิดสวิตช์กระแสไฟฟ้าจะออกจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้า เช่น ถ่านไฟฉายจากขั้วบวกผ่านตัวนำไฟฟ้า เช่น สายไฟไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าในวงจร จากนั้นกระแสไฟฟ้าจะไหลออกไปยังขั้วลบของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า เป็นการเคลื่อนที่ครบวงจรของกระแสไฟฟ้า เรียกวงจรไฟฟ้านี้ว่า "วงจรไฟฟ้าแบบปิด" แต่ถ้าวงจรไฟฟ้านี้ไม่มีกระแสไฟฟ้าออกจากขั้วบวกของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าผ่านตัวนำไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าและไปยังขั้วลบ ซึ่งอาจเกิดจากส่วนใดส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้าขาดหรือไม่สัมผัสกัน เรียกวงจรไฟฟ้านี้ว่า "วงจรไฟฟ้าแบบเปิด"