'อ.เจษฎา' ไขข้อสงสัย ทำไมนอนบนเสื่อแล้ว จึงลอยน้ำได้? ชี้เป็นหลักวิทยาศาสตร์ เรื่อง แรงลอยตัว-ความหนาแน่น

รศ.ดร.เจษฎา เด่นดวงบริพันธ์ อาจารย์ประจำภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ไขข้อสงสัย กรณีโลกออนไลน์มีการแชร์คลิป "นอนบนเสื่อลอยน้ำ" ผ่านแฟนเพจเฟซบุ๊ก อ๋อ มันเป็นอย่างนี้นี่เอง by อาจารย์เจษฎ์ ว่า 

ช่วงนี้มีการแชร์คลิปวิดีโอ ของคนที่ทดลองทำตามคลิปติ๊กต๊อก ด้วยการเอา "เสื่อพลาสติก" โยนลงน้ำ แล้วกระโดดลงไปนอน ซึ่งแทนที่จะจมน้ำ กลับลอยได้เหมือนเป็นเรือ (ดูตัวอย่างคลิป "ทิ้งตัวนอนแบบนี้เเล้วมันจะลอยน้ำ จริงหรอ ? นอนบนน้ำ !!!) ทำไมถึงเป็นเช่นนั้นได้ ?

คำตอบของเรื่องนี้ ก็ไม่มีอะไรมากไปกว่า การยกเรื่อง "แรงลอยตัว" และ "ความหนาแน่น" มาอธิบายครับ … ซึ่งคล้ายๆ กับที่ผมเคยอธิบายว่า ทำไมพระพุทธรูปหนักกว่า 300 กก. ลอยน้ำได้ ? (ดูรายละเอียดด้านล่าง https://www.facebook.com/story.php?story_fbid=559322937884097&id=219186678564393  หรือจะจินตนาการง่ายๆ ใกล้ๆ ตัวกับ "กระทง" ก็ได้ครับ ว่าทำไมกระทงใบใหญ่ๆ ถึงลอยน้ำได้ ทั้งที่ก็มีน้ำหนักไม่เบาเลย ซึ่งอาศัยหลักทางฟิสิกส์ที่เรียกว่า  "แรงลอยตัว" และ "ความหนาแน่น" เช่นกันครับ 

- แรงลอยตัว หรือแรงพยุง (buoyancy force, FB) เป็นแรงดันที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุ ในทิศทางตรงกันข้ามกับน้ำหนักของวัตถุ 

- ตามธรรมชาติแล้ว วัตถุจะถูกดึงลงด้วยแรงโน้มถ่วงของโลก (gravity force) แต่ด้วยแรงลอยตัวนี้เองที่ทำให้วัตถุไม่จมลงไป 

- แรงลอยตัวนั้น เท่ากับความหนาแน่นของของเหลว (ซึ่งก็คือ มวลต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร) คูณด้วย ปริมาตรวัตถุส่วนที่จมในของเหลว คูณด้วย ค่าความเร่งโน้มถ่วงของโลก (FB = pVg)

- นอกจากนี้ การลอยตัวของวัตถุ ยังขึ้นอยู่กับความหนาแน่น (density) ของวัตถุนั้น และของเหลวที่วัตถุนั้นลอยอยู่อีกด้วย โดยความหนาแน่นจะคิดจากมวลต่อปริมาตร เช่น ไม้ชิ้นหนึ่งมีความหนาแน่น 0.9 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร สามารถลอยได้ในน้ำซึ่งมีความหนาแน่น 1 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร

- วัสดุหลายชนิดที่เอามาทำกระทง มักจะมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ เช่น โฟม ลำต้นกล้วย ขนมปัง ฯลฯ นั้นมีช่องว่างภายในอยู่มาก ทำให้มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ และลอยน้ำได้

- ยิ่งถ้ากระทงมี "ปริมาตร" หรือ "พื้นที่ผิวสัมผัสกับน้ำ" มากขึ้นเท่าไหร่ ความหนาแน่นของกระทงจะยิ่งลดลง ขณะที่ แรงลอยตัว ก็จะยิ่งเพิ่มขึ้น .. หากเราทำกระทงให้มีขนาดใหญ่ และมีขอบโค้งขึ้นมาเหมือนกับเรือ กระทงนั้นก็จะยิ่งลอยตัวได้ดีเลยทีเดียว

ดังนั้น การที่กระทงสามารถลอยตัวอยู่ในน้ำได้  เนื่องจากวัสดุที่ทำกระทงนั้นมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ และน้ำก็มีแรงลอยตัว ดันวัตถุให้ลอยขึ้นมา 

#สรุปว่า เมื่อเอามาเทียบกับกรณีของ "เสื่อพลาสติก" ลอยน้ำได้ จะเห็นว่า ด้านในของเสื่อนี้ทำจากวัสดุที่เป็นพวกฟองน้ำ ซึ่งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ และแผ่ออกเป็นแผ่นใหญ่กว้าง ทำให้มีแรงลอยตัวสูงขึ้นมากด้วย เพียบพอที่จะรองรับน้ำหนักตัวคนที่ไม่มากเกินไป และนอนให้ท่าที่กระจายน้ำหนักออกไปทั่วทั้งผืน 

แต่ถ้าม้วนเสื้ออันเดียวกันเป็นแท่ง แล้วโยนน้ำ ให้คนขี่บนม้วนเสื้อ จะทำให้พื้นที่ผิวสัมผัสน้ำน้อยลงมาก ขณะที่น้ำหนักเท่าเดิม เสื่อและคนก็จะจมน้ำได้

ปล. ไม่แนะนำให้ไปทดลองทำตามกันเองโดยไม่มีคนช่วยดูแล โดยเฉพาะในกลุ่มเด็กๆ และคนที่ว่ายน้ำไม่เป็นครับ เดี๋ยวพลาดจมน้ำขึ้นมาล่ะแย่เลย

ข้อมูล และ ภาพ จาก อพวช.

-------------------

(จาก https://www.facebook.com/story.php?story_fbid=559322937884097&id=219186678564393) 

"ทำไมพระพุทธรูปหนักกว่า 300 กก. ลอยน้ำได้ ? "

วันก่อน ไทยรัฐก็ทำข่่าว "ศพในตู้ ลอยน้ำได้" วันนี้มาเป็นข่าว "พระพุทธรูป ลอยน้ำได้" … เออออ มันมหัศจรรย์มากเหรอครับ เรือเป็นเหล็กทั้งลำ ยังลอยน้ำได้เลย 

การที่วัตถุใด จะลอยน้ำหรือจมน้ำนั้น ขึ้นอยู่กับ "แรงลอยตัว buoyancy force"  แรงลอยตัวในน้ำ คือแรงพยุงของน้ำที่กระทำต่อวัตถุที่อยู่ในน้ำนั้น ทำให้วัตถุลอยอยู่ในน้ำได้ …. การที่วัตถุบางชนิดลอยอยู่ในน้ำได้ เพราะแรงลอยตัวที่กระทำต่อวัตถุนั้น มีค่ามากเพียงพอที่จะต้านน้ำหนักของวัตถุซึ่งเกิดจากแรงโน้มถ่วงของโลก

อาร์คิมีดิส Archimedes นักปราชญ์ชาวกรีก เป็นผู้ค้นพบแรงลอยตัว และได้ให้หลักการเกี่ยวกับการจมและการลอยของวัตถุในของเหลวว่า "แรงลอยตัวที่กระทำต่อวัตถุ มีค่าเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ ด้วยปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมในของเหลวนั้น" 

จากหลักของอาร์คิมีดิส จะพบว่า แรงลอยตัวนั้น เท่ากับ ความหนาแน่นของของเหลว (ซึ่งก็คือ มวลต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร) คูณปริมาตรวัตถุส่วนที่จมในของเหลว คูณค่าความเร่งโน้มถ่วงของโลก (FB = pVg)

ด้วยเหตุนี้ "ความหนาแน่นของวัตถุ" จึงเป็นปัจจัยสำคัญที่จะทำให้วัตถุนั้นจมหรือลอยในน้ำ ถ้าวัตถุมีความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำ (1 พันกิโลกรัม ต่อลูกบาศก์เมตร) วัตถุจะลอยน้ำ ถ้าวัตถุมีความหนาแน่นเท่ากับน้ำ วัตถุจะลอยปริ่มน้ำ ถ้าวัตถุมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ วัตถุจะจมน้ำ

ดังนั้น ถึงแม้ว่า พระพุทธรูปตามในข่าว (หรือตู้ใส่ศพ) จะมีน้ำหนักมาก แต่ถ้ามีรูปทรงที่ทำให้มี"ปริมาตร" มากด้วย ก็ทำให้ความหนาแน่นน้อยลง และก็จะสามารถลอยน้ำได้ครับ เหมือนเรือที่ทำด้วยเหล็ก แต่ถูกต่อมาให้มีความกว้างยาวลึกมากขึ้น ความหนาแน่นรวมของทั้งลำเรือก็จะน้อยลง เรือจึงลอยน้ำได้