ไขปริศนามหัศจรรย์ “ไข่ตั้งได้”
ถ้า ใครเคยดูมายากล หรือทดลองวิทยาศาสตร์ตอนวัยเยาว์ ที่นำ “ไข่มหัศจรรย์” มาหมุนติ้วในแนวนอนบนโต๊ะ
แล้วในไม่ช้าไข่ก็ลุกขึ้นหมุนในแนวตั้ง ความน่าทึ่งนี้นอกจากจะมีนักคณิตศาสตร์มาไขปริศนาให้แล้ว
แต่เขายังค้นหาอีกว่าถ้าหมุนเร็วมากๆ ในระดับหนึ่งจะเกิดภาวะสุญญากาศจนไข่ลอยเด้งออกจากโต๊ะได้
ทริกประหลาดที่เหล่านักมายากลนำไข่ต้มสุกมาแสดงโชว์ให้ไข่ลุกขึ้น ตั้งเองได้
โดยการหมุนไข่ในแนวนอน หมุนๆ เหมือนลูกข่าง ปลายด้านหนึ่งของไข่จะค่อยๆ ยกขึ้นมา
จนในที่สุดไข่ก็สามารถตั้งตรงในแนวดิ่งได้
สร้างความท้าทายให้แก่นักวิทยาศาสตร์ และนักคณิตศาสตร์ในการที่จะไขปริศนา ง่ายๆ ชิ้นนี้ไม่น้อย
ทั้งนี้ การ อธิบายปริศนามายากล “ไข่มหัศจรรย์” ในเบื้องต้น นั่นก็คือกฎฟิสิกส์ง่ายๆ
ที่ว่า ขณะหมุน มวลที่บริเวณจุดศูนย์กลางของไข่ได้เพิ่มขึ้น
และจุดศูนย์ถ่วงของไข่ได้ เคลื่อนสูงขึ้นจากพื้นผิวที่ไข่วางอยู่ จนไข่สามารถตั้งได้
แต่ถ้าเราพยายามตั้งไข่แล้วหมุนจากด้านใดด้านหนึ่งมันก็จะหล่นลงมา
ปริศนานี้ มีผู้ไขได้อย่างแจ่มแจ้งเมื่อ 3 ปีก่อน
โดย 2 นักวิชาการ ศ.คีธ มอฟแฟตต์ (Keith Moffatt) ภาควิชาคณิตศาสตร์ประยุกต์และฟิสิกส์ทฤษฎี
อดีตผู้อำนวยการสถาบันไอแซคนิวตัน (Isaac Newton Institute) มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
(University of Cambridge) และศ.ยูทากะ ชิโมมูระ (Yutaka Shimomura) ภาควิชาฟิสิกส์
มหาวิทยาลัยเคโอ (Keio University) ในญี่ปุ่น
ทั้งคู่พบว่า ปรากฎการณ์ไข่ตั้งได้นั้นเกิดขึ้นเฉพาะกับไข่ที่ต้มสุกจนแข็ง
เพราะว่าไข่ขาวและไข่แดงที่เหลวนั้นทำให้พลังงานกระจายตัวออกไป
แรงเสียดทานระหว่างไข่กับพื้นผิวที่วางไข่ไว้ทำให้เกิดผลไจโรสโคป (gyroscopic effect)
เมื่อไข่หมุนไปเรื่อยๆ พลังงานจลน์ของไข่จะเปลี่ยนไปเป็นพลังงานศักย์ เมื่อนั้นจุดศูนย์ถ่วงของไข่ก็สูงขึ้น
ทว่า หากหมุนไข่บนโต๊ะที่มีพื้นผิวราบเรียบอย่างแท้จริง การยกตัวของไข่ก็จะไม่เกิดขึ้น
เพราะจะไม่มีแรงเสียดทานมาช่วยเปลี่ยนพลังงานจนสามารถยกขึ้นได้
อีกทั้งไข่ดิบที่ไม่สามารถยกตัวได้นั้น เพราะมีของไหลซึ่งถ่วงให้ไข่หมุนช้าลง
ทำให้พลังงานจลน์มีไม่มากพอ ที่จะเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์และยกจุดศูนย์ถ่วง ของไข่ให้สูงขึ้นได้
อย่างไรก็ดี หลังจากที่ทั้ง 2 ได้เผยแพร่ผลการศึกษาก็ได้รับคำวิพากษ์วิจารณ์อย่างหนัก
เพราะยังมีปัญหาในประเด็น ”ค่าประมาณไจโรสโคปิก” (gyroscopic approximation) ซึ่งทำให้ง่ายต่อคณิตศาสตร์
โดยขณะนี้ ศ.มอฟแฟต และ ศ.ชิโมมูระ ได้ร่วมกันศึกษาเรื่องนี้อีกรอบกับไมเคิล บรานิคกี (Michal Branicki)
นักศึกษาชาวโปแลนด์ ทำวิจัยอยู่ที่ภาควิชาคณิตศาสตร์ประยุกต์ฯ ม.เคมบริดจ์
และทั้ง 3 ได้ตีพิมพ์รายงานการศึกษา 2 ชิ้นลงในวารสารของราชสมาคมแห่งอังกฤษ
(Proceedings of the Royal Society)
ในรายงานชิ้นดังกล่าว
(Dynamics of an axisymmetric body spinning on a horizontal surface. II. Self-induced jumping)
พวกเขาได้อ้างเหตุผลสนับสนุนการใช้ค่าประมาณไจโรสโคปิก และต่อยอดความคิดก่อนหน้า
โดยพวกเขาได้ค้นหาค่าความเร็วในการหมุนของวงรี ซึ่งในการทดลองนี้หมายถึง “ไข่” ว่า
จะต้องหมุนด้วยความเร็วแค่ไหนวงรีถึงจะหลุดจากการสัมผัสกับพื้นโต๊ะ และยกตัวขึ้นจนเด้งขึ้นมาตั้ง
หรือถึงขั้นเด้งกระโดดออกมาจากโต๊ะได้เลย
ทั้งนี้การหมุนของไข่นั้นมี 2 กุญแจสำคัญที่มีความซับซ้อนทางพลศาสตร์แตกต่างกันมากของบรรยากาศ
กล่าวคือการหมุนอย่างรวดเร็วจนเกิดภาวะสุญญากาศ และผลของแรงเสียดทานระหว่างชั้นของอากาศ
ซึ่งค่อยๆ ลดลงและกลับมาเพิ่มสูงขึ้น
โดยพวกเขาเชื่อว่าแนวคิดเช่นนี้ อาจนำไปสู่ความเข้าใจเหตุการณ์ในกรณีที่สภาพดินฟ้าอากาศที่ผิดปกติ
“นี่อาจจะเป็นแนวคิดที่ช่วยให้เราสามารถค้นพบแบบจำลองของระบบ ที่ช่วยอธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติได้”
ศ.มอฟแฟตต์ เผย
แต่ทว่าเหนืออื่นใดเขาได้ทิ้งท้ายว่า อย่างน้อยที่สุดก็ได้รู้ว่าคณิตศาสตร์ ยังคงมีความสนุกในตัวของมันเอง
ที่มา : //www.manager.co.th
| Create Date : 23 กุมภาพันธ์ 2553 |
| Last Update : 23 กุมภาพันธ์ 2553 16:34:13 น. |
|
3 comments
|
| Counter : 3029 Pageviews. |
 |
|
|
| โดย: น้องออม IP: 183.89.127.237 วันที่: 2 ตุลาคม 2553 เวลา:12:45:06 น. |
|
|
|
| โดย: ไม่รู้ไม่ชี้ IP: 183.89.127.237 วันที่: 2 ตุลาคม 2553 เวลา:12:47:02 น. |
|
|
|
| โดย: boy IP: 183.89.127.237 วันที่: 2 ตุลาคม 2553 เวลา:12:48:29 น. |
|
|
|
|
|
ฝากข้อความหลังไมค์
Rss Feed
ผู้ติดตามบล็อก : 200 คน [
จากน้องออม