ไขปริศนามหัศจรรย์ “ไข่ตั้งได้"

รูปภาพของ wantida

ไขปริศนามหัศจรรย์ “ไข่ตั้งได้"

    

       เทเลกราฟ/รอยัลโซไซตี – ถ้าใครเคยดูมายากล หรือทดลองวิทยาศาสตร์ตอนวัยเยาว์ ที่นำ “ไข่มหัศจรรย์” มาหมุนติ้วในแนวนอนบนโต๊ะ แล้วในไม่ช้าไข่ก็ลุกขึ้นหมุนในแนวตั้ง ความน่าทึ่งนี้นอกจากจะมีนักคณิตศาสตร์มาไขปริศนาให้แล้ว แต่เขายังค้นหาอีกว่าถ้าหมุนเร็วมากๆ ในระดับหนึ่งจะเกิดภาวะสุญญากาศจนไข่ลอยเด้งออกจากโต๊ะได้
      
       ทริกประหลาดที่เหล่านักมายากลนำไข่ต้มสุกมาแสดงโชว์ให้ไข่ลุกขึ้นตั้งเองได้ โดยการหมุนไข่ในแนวนอน หมุนๆ เหมือนลูกข่าง ปลายด้านหนึ่งของไข่จะค่อยๆ ยกขึ้นมา จนในที่สุดไข่ก็สามารถตั้งตรงในแนวดิ่งได้ สร้างความท้าทายให้แก่นักวิทยาศาสตร์และนักคณิตศาสตร์ในการที่จะไขปริศนาง่ายๆ ชิ้นนี้ไม่น้อย
      
       ทั้งนี้ การอธิบายปริศนามายากล “ไข่มหัศจรรย์” ในเบื้องต้น นั่นก็คือกฎฟิสิกส์ง่ายๆ ที่ว่า ขณะหมุน มวลที่บริเวณจุดศูนย์กลางของไข่ได้เพิ่มขึ้นและจุดศูนย์ถ่วงของไข่ได้เคลื่อนสูงขึ้นจากพื้นผิวที่ไข่วางอยู่ 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 หา่กหมุนไข่บนโต๊ะที่มีพื้นผิวราบเรียบอย่างแท้จริง การยกตัวของไข่ก็จะไม่เกิดขึ้น เพราะจะไม่มีแรงเสียดทานมาช่วยเปลี่ยนพลังงานจนสามารถยกขึ้นได้ อีกทั้งไข่ดิบที่ไม่สามารถยกตัวได้นั้น เพราะมีของไหลซึ่งถ่วงให้ไข่หมุนช้าลง ทำให้พลังงานจลน์มีไม่มากพอที่จะเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์และยกจุดศูนย์ถ่วงของไข่ให้สูงขึ้นได้
      
       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” ว่าจะต้องหมุนด้วยความเร็วแค่ไหนวงรีถึงจะหลุดจากการสัมผัสกับพื้นโต๊ะ และยกตัวขึ้นจนเด้งขึ้นมาตั้ง หรือถึงขั้นเด้งกระโดดออกมาจากโต๊ะได้เลย
      
       ทั้งนี้การหมุนของไข่นั้นมี 2 กุญแจสำคัญที่มีความซับซ้อนทางพลศาสตร์แตกต่างกันมากของบรรยากาศ กล่าวคือการหมุนอย่างรวดเร็วจนเกิดภาวะสุญญากาศและผลของแรงเสียดทานระหว่างชั้นของอากาศ ซึ่งค่อยลดลงและกลับมาเพิ่มสูงขึ้น โดยพวกเขาเชื่อว่าแนวคิดเช่นนี้อาจนำไปสู่ความเข้าใจเหตุการณ์ในกรณีที่สภาพดินฟ้าอากาศที่ผิดปกติ
      
       ”นี่อาจจะเป็นแนวคิดที่ช่วยให้เราสามารถค้นพบแบบจำลองของระบบที่ช่วยอธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาิตได้” ศ.มอฟแฟตต์เผย แต่ทว่าเหนืออื่นใดเขาได้ทิ้งท้ายว่า อย่างน้อยที่สุดก็ได้รู้ว่าคณิตศาสตร์ยังคงมีความสนุกในตัว

สร้างโดย: 
wantida

มหาวิทยาลัยศรีปทุม ผู้ใหญ่ใจดี
 
 

 ช่วยด้วยครับ
นักเรียนที่สร้างบล็อก กรุณาอย่า
คัดลอกข้อมูลจากเว็บอื่นทั้งหมด
ควรนำมาจากหลายๆ เว็บ แล้ววิเคราะห์ สังเคราะห์ และเขียนขึ้นใหม่
หากคัดลอกทั้งหมด จะถูกดำเนินคดี
ตามกฎหมายจากเจ้าของลิขสิทธิ์
มีโทษทั้งจำคุกและปรับในอัตราสูง

ช่วยกันนะครับ 
ไทยกู๊ดวิวจะได้อยู่นานๆ 
ไม่ถูกปิดเสียก่อน

ขอขอบคุณในความร่วมมือครับ

อ่านรายละเอียด

ด่วน...... ขณะนี้
พระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ (ฉบับที่ 2) พ.ศ. 2558 
มีผลบังคับใช้แล้ว 
ขอให้นักเรียนและคุณครูที่ใช้งาน
เว็บ thaigoodview ในการส่งการบ้าน
ระมัดระวังการละเมิดลิขสิทธิ์ด้วย
อ่านรายละเอียดที่นี่ครับ

 

สมาชิกที่ออนไลน์

ขณะนี้มี สมาชิก 0 คน และ ผู้เยี่ยมชม 62 คน กำลังออนไลน์