ฟิสิกส์ ฉบับเรือกล้วย

มีคนมาหาว่าเด็กวิชาการอย่างเรานั่งเรือกล้วยไม่เป็น เลยมีการตกน้ำไปคนเดียวด้วย เราเลยต้องมาทบทวนหลักการฟิสิกส์กันใหม่ซะแล้ว

ตอนแรกเขาบอกว่าเวลานั่งเรือกล้วย "พอเรือเอียงซ้าย พวกเราก็ทิ้งน้ำหนักไปทางซ้าย พอเรือเอียงขวาพวกเราก็ทิ้งน้ำหนักไปทางขวา" เราบอกว่ามันผิดหลักการ เรือเอียงซ้ายก็ต้องทิ้งน้ำหนักไปทางขวา (and vice versa...) ตะหาก

เขาก็มาเถียงเราต่ออีกว่า เขาตั้งใจจะบอกว่า "ถ้าเรือสปีดโบ้ทเลี้ยวขวา เราก็จะทิ้งน้ำหนักทางขวา ถ้าสปีดโบ้ทเลี้ยวซ้าย เราก็ทิ้งน้ำหนักไปทางซ้าย" เราก็ว่าไม่ถูกอีกแหละ

ความจริงตอนที่เล่นเรือกล้วยเสร็จ พวกเรายังคุยกันต่อว่า ป้าๆ กลัวเหนื่อย ตอนตกน้ำไม่ค่อยมีแรงปีนขึ้นกล้วย เลยต้องงัดหลักการต่างๆ ที่เคยเรียนมา คิดคำนวณกันให้วุ่นว่าทำไงจะไม่ตกน้ำ ซึ่งพี่ปุ๊กก็โยงไปถึงการที่เขาทำถนนเอียง เราก็ฟังๆ แล้วก็ยังเก็บมาคิดตามทีหลัง เราว่าที่พี่ปุ๊กพูดมันไม่ถูก แต่ก็นึกไม่ออกว่าทำไม จนวันนี้โดนปรามาสว่าเราตกน้ำคนเดียว เลยต้องฮึดงัดทฤษฎีออกมาสู้

ก่อนอื่นต้องบอกก่อนว่า เรายังยืนยันว่าที่บอกว่า "เรือเอียงซ้าย ให้เอียงฝืนไปทางขวา" นั่นถูกต้องแล้ว โดยเราต้องดูที่ "การเอียงของเรือ" นะ ถ้าเรือเอียงซ้าย แบบนี้ / เราต้องทิ้งน้ำหนักลงด้านขวา โดยจินตนาการว่าพยายามจะทำให้เรือเอียงกลับเป็นแบบนี้ ให้ได้ ถ้าเราทิ้งน้ำหนักได้พอๆ กับแรงที่มาทำให้เรือเอียง เรือจะเป็นแบบนี้ -- ก็จะไม่ล่ม

เรื่องที่พี่ปุ๊กบอกว่า ต้องทิ้งน้ำหนักตัวบนเรือกล้วยเหมือนกับที่เขาทำถนนให้เอียงรับทางโค้ง เราว่าไปก็ไม่ค่อยเกี่ยวกับการทรงตัว+การกดน้ำหนักตัวบนกล้วยของพวกเราซักเท่าไหร่ (ฟังอธิบาย)

ต้องอย่าลืมว่า ในการทำถนนนั้นเขาเอียงถนนขึ้นรับทางโค้งเพราะเวลารถเลี้ยวเพื่อป้องกันการแหกโค้ง ซึ่งการแหกโค้งจะเกิดจากการที่แรงหนีศูนย์มากกว่าแรงเสียดทานของล้อ

ถ้าเราเลี้ยวซ้ายไปทางนี้ < จะมีแรงหนีศูนย์มากระทำที่รถไปทางขวา แบบนี้ > เขาจะต้องเอียงถนนขึ้น โดยเอียงซ้ายแบบนี้ / เพื่อให้มีการแตกแรงของน้ำหนักรถมาสร้างแรงเสียดทานที่ล้อเพิ่ม แรงที่แตกออกมาจะมีทิศทางเดียวกับการเลี้ยวคือไปทางนี้ < และจะช่วยหักล้างกับแรงหนีศูนย์

- ถ้าถนนไม่เอียงหรือเอียงทำมุมน้อยไป รถจะแหกโค้ง เพราะ แรงหนีศูนย์ มากกว่า แรงเสียดทาน + น้ำหนักรถ sin(x) โดย x เป็นมุมที่เอียง

- แต่ถ้าถนนเอียงมากไป รถจะตกเข้าโค้งด้านใน เพราะ แรงหนีศูนย์ น้อยกว่า แรงเสียดทาน + น้ำหนักรถ sin(x) ตรงนี้ให้นึกภาพมอเตอร์ไซค์ไต่ถัง ถนนส่วนใหญ่ไม่ค่อยจะเกิดกรณีตกโค้งด้านในแบบนี้

แต่ในกรณีเรือกล้วย การตกน้ำส่วนใหญ่จะเป็นการตกเข้าด้านในมากกว่าการตกแบบแหกโค้ง (ที่จริงจะเรียกว่าการตกแบบแหกโค้งก็ไม่ค่อยถูกเพราะมันไม่เกี่ยวกัน - อ่านต่อไป) การที่เราโน้มตัวไปด้านตรงกันข้ามกับการเลี้ยว ไม่ได้เกี่ยวกับการเอียงถนนเพื่อรับโค้ง (เพราะถ้ายิ่งเอียง ก็ยิ่งตกอะเดะ) แต่เป็นการเพิ่มแรงกดโดยหลักการของโมเม้นต์และคานต่างหาก

ในหลักการของคานและโมเมนต์ การจะไม่ให้เรือกล้วยคว่ำ เราทำได้สองอย่าง อย่างแรกคือ พยายามกดน้ำหนักลงด้านตรงกันข้ามกับที่เรือเอียง (เรือเอียงซ้าย เราต้องกดน้ำหนักด้านขวา อย่างที่พูดไปข้างบน) แต่เนื่องจากน้ำหนักตัวของเราเท่าเดิม (เป็นระบบปิด การที่น้ำทะเลเข้าปากเข้าตา เพิ่มน้ำหนักได้น้อยมาก) อีกวิธีหนึ่งที่จะช่วยเพิ่มแรงกดได้ คือ การขยายรัศมีของแรงที่กระทำออกไป

ถ้าอ่านแล้วยังไม่เข้าใจ ให้ลองนึกภาพคานงัดก้อนหิน แบบนี้

ก้อนหิน W --ระยะ r-- (จุดหมุน) -----ระยะ R---- แรงกด F

ถ้าเรากดที่ใกล้ๆ จุดหมุน จะต้องใช้แรงเยอะ ถ้ากดที่ไกลๆ จะใช้แรงน้อย เราได้สมการ W X r = F X R โดย R, r เป็น รัศมีจากจุดหมุน ส่วน F คือแรงที่กด W คือน้ำหนักก้อนหิน ถ้า W, r คงที่ (หินก้อนเดิม ห่างจากจุดหมุนเท่าเดิม) แรงกดจะแปรผกผันกับรัศมี R ที่ห่างจากจุดหมุน

เพราะฉะนั้นการนั่งเรือกล้วย นอกจากกดน้ำหนักด้านตรงข้ามกับที่เรือเอียงแล้ว เรายังต้องพยายามโน้มตัวทิ้งน้ำหนักออกไปด้านตรงข้ามให้ไกลๆ จากเรืออีกไปอีกด้วย (ทำให้ไกลๆ จากจุดหมุน)

หวังว่าเขียนมายาวขนาดนี้ คงจะสร้างความกระจ่างให้คนอ่านได้บ้างไม่มากก็น้อย ส่วนที่โดนปรามาสว่ามีตกน้ำไปคนเดียว ก็ต้องขอชี้แจงว่า ถึงจะตกน้ำ ก็เป็นการตกอย่างมีหลักการนะครับทั่น :)