Six Degrees of Freedom

posted on 16 Oct 2011 11:42 by zedth in Navy-Story directory Knowledge
ผมว่าหลายๆ คนต้องสงสัยแน่ๆ เลย ว่าเวลาเรือโคลงเนี่ย มันโคลงแบบไหน ส่วนใหญ่ก็จะคิดกันว่า โคลงซ้าย โคลงขวา หรือ โคลงหน้า โคลงหลัง นั่นก็ใช่ครับ แต่ความเป็นจริงก็คือ เรือมันโคลงทุกทิศทุกทาง เอียงซ้ายที ขวาที เด้งหน้า เด้งหลัง เป็นแบบนี้จนกว่าคลื่นลมมันจะสงบนั่นแหละ ซึ่งในทางวิศวกรรมศาสตร์แล้ว การโคลงทั้งหลายแหล่นี้ จะมีอยู่ 6 รูปแบบ หรือที่เรียกว่า Six Degrees of Freedom (6DoF) ซึ่งเดี๋ยวเราจะมาผ่าพิสูจน์หาสาเหตุกันว่า ทำไมเรือมันถึงได้โคลง

Six Degrees of Freedom นั้นคืออาการการเคลื่อนไหวของวัตถุ ตามแนวแกน X , Y และ Z หรือที่เรียกว่า 3 มิตินั่นเอง ใครที่ไม่ได้เรียนสายวิทย์ หรือไม่ตั้งใจเรียนวิชาฟิสิกส์ในห้อง อาจจะงงๆ หน่อยๆ แต่เอาเป็นว่า ในโลกเรานี้ เราจะสมมติมิติ หรือแกนขึ้นมาสามแกน นั่นก็คือ แกน X คือ ความกว้างหรือความยาว  แกน Y คือความสูง และแกน Z คือความลึก ลองนึกถึง รูปลูกบาศก์ หรือกล่องสี่เหลี่ยมนะครับ นั่นแหละสิ่งที่ประกอบไปด้วย 3 แกนล่ะครับ

ทีนี้การเคลื่อนไหวตามแนวแกนนี้ก็แบ่งออกเป็นการเคลื่อนที่ตามแนวแกน และการหมุนตามแนวแกน
สำหรับการเคลื่อที่ตามแนวแกนก็มีอยู่ 3 ลักษณะ คือ

1. Surge คือการเคลื่อนที่ไปด้านหน้า และ ด้านหลัง เปรียบกับเรือหรือรถก็คือ การเดินหน้าถอยหลังนั่นเองครับ
 

 2. Sway คือการเคลื่อนที่ไปด้านข้าง ซ้ายและขวา อันนี้ก็เปรียบกับการที่เรา สไลด์ไปทางข้างนั่นเอง
 
3. Heave คือการเคลื่อนที่ ขึ้นและลง เปรียบเสมือน การขึ้น-ลงลิฟต์
 
 
ส่วนการหมุนตามแนวแกนนี้ก็มีอยู่ 3 ลักษณะเช่นเดียวกัน คือ

1. Roll คือการหมุนแบบเอียงซ้าย เอียงขวา ให้นึกถึงการไกวเปลครับ
 
 
2. Pitch คือการหมุนแบบ เอียงไปข้างหน้า และหลัง ให้นึกถึงการโล้ชิงช้าไว้ครับ
 
 
3. Yaw คือการหมุนไปตามระนาบ อันนี้ให้นึกถึง ตัวเราที่ยืนอยู่กับที่แล้วก็หมุนรอบตัวเอง หรือนึกถึงม้าหมุนก็ได้ครับ

การเคลื่อนที่และการหมุนใน 6 รูปแบบนี้เองที่เรียกรวมกันว่า Six Degrees of Freedom (6DoF) ซึ่งการศึกษาในเรื่องนี้ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในเรื่องต่างๆ ได้มากมาย ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของการออกแบบเรือ เครื่องบิน กระสวยอวกาศ หุ่นยนต์ หรือแม้แต่การออกแบบเกม โดยเฉพาะกับเกมประเภท First Person Shooting (FPS) หรือเกมแนวเดินยิงนั่นเองครับ

สำหรับเรือแล้ว การเคลื่อนไหวแบบ 6DoF นี้จะเกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลาที่เรือเคลื่อนที่ แต่จะเกิดมากเกิดน้อย เกิดถี่แค่ไหน ก็ขึ้นอยู่กับสภาวะท้องทะเล และด้วยการออกแบบเรือ เมื่อเรือมีการเอียงไปทางด้านใดด้านหนึ่ง หรือเอียงไปทางหัวเรือหรือท้ายเรือ ด้วยแรงจากคลื่นลม เรือจะสามารถเอียงกลับคืนมาอยู่ในสภาพเดิมได้ และสิ่งที่ทำให้เรือมีอาการเช่นนั้นได้ก็คือ โมเม้นต์ตั้งตรง หรือ Righting Moment ด้วยแรงกระทำจากคลื่นลม และแรงจากโมเม้นต์ตั้งตรงนี้เอง ที่ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า การทรงตัวของเรือ (Ship’s Stability) ขึ้น หรือพูดง่ายๆ ว่า เรือจะพยายามกลับมาอยู่ในสภาพเดิมทุกครั้งที่เรือมีอาการเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งนั่นทำให้เรือโคลงเคลงไปมานั่นเอง

ยิ่งคลื่นแรงก็ยิ่งไปกระตุ้นให้การเคลื่อนไหวแบบ 6DoF มีความรุนแรงมากขึ้น และการเคลื่อนไหวนี้ก็จะเป็นไปแบบ Mix & Match คือจะเกิดแบบพร้อมๆ กันทีละหลายๆ อาการเลยทีเดียว เช่น ในขณะที่เรือแล่นไปข้างหน้า เรือก็จะโคลงกลับไปกลับมา ทั้งทางด้านข้างด้วย ด้านหน้าด้านหลังด้วย และก็มีอาการลอยขึ้นลอยลงตามการยกตัวของคลื่นด้วย เรียกได้ว่า จัดเต็ม กันมาเลยทีเดียว แล้วแบบนี้จะไม่ให้อ้วกไหวได้อย่างไรเล่าครับ พี่น้องครับ
คุณชาย เดี๋ยวพิ้งส่งโปสการ์ดมาให้ทั้งสี่แบบเลยค่ะ
แต่รบกวนขอที่อยู่อีกทีนะคะ สะดวกในกล่องข้อความที่ไหน
ตามสบายเลย

big smile big smile

#5 By caffeineaddict on 2011-12-03 01:36

หลักการเดียวกันครับ เอาไปใช้ได้กับหลายศาสตร์ ไอ้นี่มันเป็น Fact เป็นพื้นฐาน สามารถนำไปใช้ประยุกต์ได้กับหลายๆ วิชา

#4 By เจ้าชายน้อย on 2011-10-17 16:37

Degree of freedom
ตอนแรกเห็นชื่อแล้วนึกว่าวิชา physics: Kinetic theory of gas T^T

#3 By nodtem32 on 2011-10-17 11:43

เดี๋ยวพรุ่งนี้ไปพายเรือจะทดลองโคลงเรือดู อิอิconfused smile

#2 By DOUNGALA on 2011-10-16 23:45

ผมเคยเห็นเรือประมงมันโคลงหน้าหลังด้วยครับ

แบบว่าโคลงทีนี่เสียวเรือล่มเลยทีเดียว

#1 By K ToKa on 2011-10-16 18:41

Facebook