เปิดโลกฟิสิกส์เบื้องหลังการขับขี่รู้จักแรงและการเคลื่อนที่บนท้องถนน

เปิดโลกฟิสิกส์เบื้องหลังการขับขี่ รู้จักแรงและการเคลื่อนที่บนท้องถนน
1,148

Share on

เคยสงสัย?? กันไหมครับว่า…เรื่องวิทยาศาสตร์ที่อยู่รอบตัวเราในชีวิตประจำวันมีอะไรบ้าง

ทั้งการเดิน การปั่นจักรยาน การขี่มอเตอร์ไซค์ หรือแม้แต่การนั่งรถยนต์ ทุกการเคลื่อนไหวที่เราเห็นและทำ ล้วนเกี่ยวข้องกับ

หลักวิทยาศาสตร์ที่เรียกว่า แรง (Force) และ การเคลื่อนที่ (Motion) เรามาดูกันครับว่า 2 สิ่งนี้เกี่ยวข้องกันยังไง และสำคัญกับการขับขี่แค่ไหน

วันนี้พี่เซฟจะขอเปิดคาบฟิสิกส์ในวิชาขับขี่ศึกษาครับ เพื่อชวนทุกคนมาสำรวจโลกของแรงและการเคลื่อนที่ที่เกี่ยวข้องกับการขับขี่ เพื่อให้ทุกคนเข้าใจเบื้องหลังการเดินทางบนท้องถนนได้ดียิ่งขึ้น

แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน หัวใจสำคัญของการขับขี่

ลองคิดดูสิว่า ทำไมรถยนต์ถึงวิ่งไปข้างหน้าได้ และทำไมเวลาที่เราเหยียบเบรก รถถึงชะลอตัวลง นี่แหละครับที่วิทยาศาสตร์ช่วยอธิบายได้ด้วย กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน (Newton’s Laws of Motion) ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญที่จะทำให้เราเข้าใจการเคลื่อนที่ทุกรูปแบบ

  • กฎข้อที่ 1: กฎความเฉื่อย (Law of Inertia) ของทุกอย่างจะรักษาสภาพเดิมไว้ ถ้าไม่มีอะไรมาชน หรือมาทำให้มันเปลี่ยนไป รถที่จอดอยู่ก็จะยังจอดนิ่ง ๆ ส่วนรถที่กำลังวิ่งด้วยความเร็วเท่าเดิมก็จะยังวิ่งต่อไปเรื่อย ๆ ถ้าไม่มีอะไรมาต้าน เช่น แรงเสียดทานจากถนน หรือแรงลมที่พัดสวนมา กฎข้อนี้อธิบายได้ว่าทำไมเวลาเราเบรกกะทันหัน ตัวเราถึงได้พุ่งไปข้างหน้า หรือทำไมเวลาเลี้ยวโค้งเร็วๆ ตัวเราถึงถูกเหวี่ยงออกด้านข้าง นั่นก็เพราะร่างกายของเรายังอยากจะเคลื่อนที่ในทิศทางเดิมอยู่ยังไงล่ะ
  • กฎข้อที่ 2: F = ma (Law of Acceleration) แรงที่กระทำต่อของสิ่งหนึ่ง (F) จะทำให้ของสิ่งนั้นเร่งความเร็ว (a) โดยความเร่งจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับแรงที่กระทำ และขึ้นอยู่กับน้ำหนัก (m) ของสิ่งของนั้นด้วย กฎข้อนี้อธิบายว่าทำไมรถคันใหญ่ ๆ ที่หนักกว่าถึงต้องใช้แรงเครื่องยนต์มากกว่ารถคันเล็ก ๆ และทำไมการเหยียบเบรกด้วยแรงที่มากขึ้นถึงทำให้รถหยุดได้เร็วขึ้น ซึ่ง “แรง” ในที่นี้ไม่ได้หมายถึงแค่แรงจากเครื่องยนต์นะครับ แต่ยังรวมถึง “แรงเสียดทาน” ระหว่างยางกับพื้นถนน หรือ “แรงลม” ที่พัดสวนมา และ “แรงโน้มถ่วง” ด้วย แรงพวกนี้มีผลต่อความเร็วที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงของยานพาหนะของเราทั้งนั้นเลย
  • กฎข้อที่ 3: แรงกิริยาเท่ากับแรงปฏิกิริยา (Law of Action-Reaction) ทุกครั้งที่เราออกแรงทำอะไร ก็จะมีแรงอีกอย่างที่เท่ากันแต่สวนทางกลับมาเสมอ เวลาที่ยางรถยนต์ของเราผลักถนนไปข้างหลัง ถนนก็ผลักยางรถยนต์กลับมาข้างหน้าด้วยแรงที่เท่ากัน ทำให้รถเราเคลื่อนที่ไปได้ หลักการนี้ยังอธิบายได้ว่าทำไมเวลาเราเหยียบเบรก ยางรถยนต์ถึงสร้างแรงเสียดทานกับพื้นถนน และพื้นถนนก็ออกแรงต้านกลับมา ทำให้รถชะลอตัวลงนั่นเอง

แรงและการเคลื่อนที่ในการขับขี่จริง
มาดูตัวอย่างการเอาหลักฟิสิกส์พวกนี้ไปใช้กับการขับขี่จริงกันบ้างดีกว่า

เปิดโลกฟิสิกส์เบื้องหลังการขับขี่ รู้จักแรงและการเคลื่อนที่บนท้องถนน

1.การเร่งความเร็วและการเบรก

เวลาเราเหยียบคันเร่ง เครื่องยนต์ก็จะสร้างแรงขับเคลื่อนให้รถวิ่งเร็วขึ้น แต่พอเราเหยียบเบรก ระบบเบรกก็จะสร้างแรงเสียดทานระหว่างผ้าเบรกกับจานเบรก และระหว่างยางกับพื้นถนน แรงเสียดทานพวกนี้จะทำให้รถเราชะลอตัว หรือที่เราเรียกว่า ความหน่วง (Deceleration) ยิ่งรถเราวิ่งเร็วเท่าไหร่ ระยะทางที่เราต้องใช้ในการหยุดรถก็จะยิ่งไกลขึ้นเท่านั้น นี่แหละคือเหตุผลว่าทำไมเราถึงต้องรักษาระยะห่างจากรถคันหน้าให้พอดีเสมอ

กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเร็ว ระยะเบรก และเวลา

เปิดโลกฟิสิกส์เบื้องหลังการขับขี่ รู้จักแรงและการเคลื่อนที่บนท้องถนน
เปิดโลกฟิสิกส์เบื้องหลังการขับขี่ รู้จักแรงและการเคลื่อนที่บนท้องถนน

2.การเลี้ยวโค้งและการทรงตัว

เวลาที่เราเลี้ยวโค้ง รถของเราจะมี แรงสู่ศูนย์กลาง (Centripetal Force) ที่ดึงให้รถเลี้ยวตามโค้ง แรงนี้มาจากแรงเสียดทานระหว่างยางกับพื้นถนน ยิ่งเราเลี้ยวด้วยความเร็วสูง หรือโค้งแคบเท่าไหร่ แรงที่ต้องการก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ถ้าแรงเสียดทานไม่พอ รถของเราก็อาจจะ ลื่นไถล (Skid) หรือ หลุดโค้ง (Understeer/Oversteer) ได้ง่าย ๆ เลยนะ การเข้าโค้งด้วยความเร็วที่เหมาะสมจึงเป็นเรื่องที่สำคัญมาก ๆ

เปิดโลกฟิสิกส์เบื้องหลังการขับขี่ รู้จักแรงและการเคลื่อนที่บนท้องถนน
เปิดโลกฟิสิกส์เบื้องหลังการขับขี่ รู้จักแรงและการเคลื่อนที่บนท้องถนน

3.แรงลมและแรงเสียดทาน

เวลาที่รถเราวิ่งไปข้างหน้า จะมี แรงลม (Air Resistance/Drag) และ แรงเสียดทาน (Friction) ระหว่างยางกับพื้นถนน แรงพวกนี้จะคอยต้านทานการเคลื่อนที่ของรถ ทำให้รถต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการรักษาความเร็ว ยิ่งวิ่งเร็ว แรงลมก็จะยิ่งเยอะขึ้นตามไปด้วย นี่แหละคือเหตุผลว่าทำไมรถแข่งถึงถูกออกแบบมาให้มีรูปร่างเพรียว ๆ เพื่อลดแรงลม และทำไมยางรถยนต์ถึงมีดอกยางเพื่อเพิ่มการยึดเกาะถนนไงล่ะ

เปิดโลกฟิสิกส์เบื้องหลังการขับขี่ รู้จักแรงและการเคลื่อนที่บนท้องถนน

เพราะฟิสิกส์ไม่ได้อยู่แค่ในห้องเรียน แต่มันอยู่ทุกครั้งที่เราหมุนพวงมาลัย เหยียบเบรก หรือเร่งเครื่องขึ้นเขา การเข้าใจหลักแรงและการเคลื่อนที่ จะช่วยให้เราคาดการณ์ได้ดีขึ้น ตัดสินใจได้แม่นขึ้น และขับขี่ได้ปลอดภัยยิ่งขึ้น

คราวหน้าเวลาขึ้นรถ ลองมองรอบตัวดูนะน้อง ๆ แล้วจะเห็นเลยว่า ฟิสิกส์ไม่ได้เป็นแค่วิชาในหนังสือ…

แต่มันคือเพื่อนร่วมทางที่ช่วยให้เรา “ถึงที่หมาย ปลอดภัยทุกการเดินทาง” จริง ๆ!

ที่มา

– What is Centripetal Force, www.sciencefacts.net/centripetal-force.html

– Stopping distance vs speed for three different levels of deceleration, https://shorturl.at/Qssng

– Effects of Winter on Fuel Economy, https://shorturl.at/1Iz9

เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง

978
“ความปลอดภัยทางถนน ต้องเริ่มจัดการที่ระบบ ควบคู่กับการให้ความรู้ และปลูกจิตสำนึก” เสียงจากแพทย์ผู้ปูทางขับขี่ปลอดภัยในไทย
683
ง่วง…หลับ…และตกจากเบาะหลัง ทุกเย็นหลังเลิกเรียน ภาพที่คุ้นตาคือ เด็กประถมสะพายเป้ใบใหญ่ ซ้อนท้ายมอเตอร์ไซค์ของพ่อแม่กลับบ้าน
1,181
การทัศนศึกษาคือวันที่เด็ก ๆ รอคอย! เพราะเป็นโอกาสให้พวกเขาได้ออกไปเปิดโลก เรียนรู้นอกห้องเรียน

สนับสนุนโดย

บริหารจัดการโดย

ติดตามข่าวสารของเรา

Loading

© Copyright 2022 Safe Education Thailand. All rights reserved.