การศึกษาแบบจำลองการหาแรงยึดขาหลังของหนอนผีเสื้อ
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
อาทิตยา ขัดสี
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
อนิสรา บุญสด
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
โครงงานนี้ได้ศึกษาหาแรงยึดขาคู่หลังของหนอนผีเสื้อที่มีค่ามากที่สุด เราได้สังเกตหนอนผีเสื้อพบว่าหนอนผีเสื้อวงศ์ Prieridae หรือหนอนผีเสื้อตอนกลางวันสามารถเดินบนกระจกเรียบในแนวตั้งฉากกับพื้นได้ แต่หนอนผีเสื้อวงศ์ Sphingidae หรือหนอนผีเสื้อตอนกลางคืน ไม่สามารถเดินได้และจากการสืบค้นข้อมูล เราพบว่าลักษณะของขาหนอนผีเสื้อที่สังเกตจากกล้องอิเล็กตรอนชนิดส่องกราด มีลักษณะเป็นโพรงคล้ายกับจุ๊บยางดูดสุญญากาศ เราจึงตั้งสมมติฐานว่าแรงที่กระทำกับขาหนอนผีเสื้อ น่าจะมีแรงกดอากาศช่วยในการยึดขาหนอนผีเสื้อกับผิวกระจก และอีกพฤติกรรมหนึ่งที่สังเกตได้ คือ หนอนผีเสื้อสามารถยกขาคู่หน้า โดยขาคู่หลังยังสัมผัสพื้น เราได้สังเกตลักษณะขาคู่หลังที่ยึดกับพื้น เราจึงสงสัยว่า แรงยึดขาหลังของหนอนผีเสื้อที่มีค่ามากที่สุดมีค่าเท่ากับเท่าไร ด้วยข้อจำกัดเกี่ยวกับอุปกรณ์การทดลอง เราไม่สามารถวัดมวลของขาหนอนได้จริง และมีปัจจัยหลายๆอย่างที่ทำให้หนอนผีเสื้อออกแรงยึดต่างกัน ดังนั้นเราจึงสร้างแบบจำลองไม้ เพื่อศึกษาแรงยึดของขาคู่หลัง ในการสร้างแบบจำลองของแรงที่กระทำกับตัวหนอนผีเสื้อเพื่อหาแรงยึดของขาคู่หลัง โดยถือว่าตัวหนอนเป็นวัตถุแข็งเกร็งที่อยู่ในสภาพสมดุลในแนวราบ และอาศัยหลักสมดุลสถิตของวัตถุแข็งเกร็ง และกฎของนิวตัน เราพบว่าได้แรงดึงขา Anal prolegs ที่กระทำกับตัวหนอนมีค่ามากที่สุดเท่ากับ Mg((L_2+ L_cm)/(L_3- L_2 )) แรงปฏิกิริยาระหว่างขาหนอนกับพื้นกระจก คือ (ΔP)A + mg - (Mg(L _2 + L_cm)/(L _3 - L _2)) ขา anal prolegs ไม่หลุดจากพื้นเมื่อแรงดึงสูงสุดมีค่าน้อยกว่าผลรวมของแรงกดอากาศสูงสุดกับน้ำหนักของขาหนอน (ซึ่งมีค่าน้อยมาก) และจะหลุดจากพื้นเมื่อแรงดึงขา anal prolegs มากกว่าหรือเท่ากับ (ΔP)A + mg เมื่อ Mg คือ น้ำหนักของหนอนผีเสื้อ, L_2 คือ ระยะห่างระหว่างขา Abdominal prolegs คู่ที่ 3 และ 4, L_3 คือ ระยะห่างระหว่างขา Abdominal prolegs คู่ที่ 3 กับ Anal prolegs L_cm คือ ระยะทางจากศูนย์กลางมวลจนถึงจุดหมุนหรือ Abdominal prolegs คู่ที่ 3 mg คือ น้ำหนักของขาตัวหนอน โดยจากการทดลองได้ค่าแรงกดอากาศ หรือ (ΔP)A เท่ากับ 34.3 นิวตัน แบบจำลองให้ค่าแรงดึงสูงสุดของขา anal prolegs มีค่าเท่ากับ 8.40 นิวตัน โดยจากสมการ (ΔP)A + mg - (Mg (L _2 + L_cm)/(L_3 - L_2)) จะได้แรงปฏิกิริยาระหว่างขาหนอนกับพื้นกระจกเท่ากับ 26.2 นิวตัน แต่จะเห็นว่าถ้าไม่มีแรงกดอากาศภายในขาหนอนหรือ (ΔP)A จะเห็นว่าแรงปฏิกิริยาระหว่างขาหนอนกับพื้นกระจกจะติดลบหรือหนอนจะไม่สามารถยกขาคู่หน้าโดยที่ขาคู่หลังยังสัมผัสพื้น แต่จากการศึกษาพฤติกรรมของหนอนผีเสื้อและแบบจำลองที่สร้างขึ้นพบว่าหนอนผีเสื้อสามารถยกขาคู่หน้า โดยที่ขาหลังยังสัมผัสพื้น ดังนั้นขาหนอนผีเสื้อควรมีแรงกดอากาศภายในขาหนอนด้วย