กระจกแสงพิฆาตของอาร์คิมิดีสมีจริงหรือไม่?
ราว 400 ปีก่อน กาลิเลโอ กาลิเลอี นักฟิสิกส์แห่งอิตาลีอธิบายการเส้นทางการเคลื่อนที่ของกระสุนปืนใหญ่ว่ามันจะมีลักษณะเป็นเส้นโค้งที่มีชื่อว่า พาราโบลา (Parabola)
แนวคิดของกาลิเลโอดูเหมือนเป็นสิ่งที่ชัดเจนมากในยุคของเรา แต่คนสมัยนั้นเชือว่ากระสุนปืนใหญ่จะพุ่งออกไปเป็นเส้นตรง แล้วเมื่อถึงจุดหนึ่งมันก็ตกลงมาตรงๆแบบหักศอก!
คำอธิบายของกาลิเลโอได้รับการเชื่อถือเพราะมันนำไปสู่การคำนวณจุดตกของกระสุนปืนใหญ่ได้แม่นยำขึ้น
ที่จริงแล้ว ไม่ใช่แค่กระสุนปืนใหญ่เท่านั้นที่เคลื่อนที่เป็นโค้งรูปพาราโบลา
นักฟิสิกส์เรียกการเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งของวัตถุภายใต้แรงโน้มถ่วงว่า การเคลื่อนที่แบบโปรเจคไทล์ (Projectile Motion) ไม่ว่าจะเป็น สายน้ำที่ถูกฉีดออกจากสายยาง ก้อนหินที่เราขว้างออกไป ลูกบาสที่ถูกชู้ตไปยังห่วง ฯลฯ ล้วนแล้วแต่เคลื่อนที่เป็นโค้งรูปพาราโบลา
แม้ว่าแรงต้านอากาศ รวมทั้งการหมุนของตัววัตถุจะส่งผลให้วิถีการเคลื่อนที่ของพวกมันผิดเพี้ยนไปจากโค้งพาราโบลา แต่นักฟิสิกส์จะมองว่าหลักๆแล้วมันเคลื่อนที่เป็นพาราโบลา จากนั้นจึงเติมผลที่เกิดจากปัจจัยอื่นๆเข้าไปให้ได้ภาพที่ถูกต้องแม่นยำที่สุด
คำถามคือ พาราโบลาคืออะไร?
นิยามของพาราโบลาจริงๆแล้วค่อนข้างเข้าใจยาก แต่เราสามารถเรียนรู้มันผ่านคุณสมบัติที่น่าสนใจอย่างหนึ่ง นั่นคือ หากเราสร้างกระจกที่มีหน้าตัดเป็นรูปพาราโบลา มันจะสะท้อนแสงที่ลำแสงมีลักษณะขนาน(เช่น แสงอาทิตย์)ให้ไปรวมที่จุดๆหนึ่งที่เรียกว่า จุดโฟกัส มราอยู่ตรงกลางได้
สมบัติข้อนี้เป็นที่รู้กันดีมาตั้งแต่ยุคกรีกโบราณแล้ว
ตำนานเล่าว่า อาร์คิมิดีส อัจฉริยะแห่งกรีกผู้มีชีวิตราวสองร้อยกว่าปีก่อนคริตกาลนำกระจกมาเรียงรายเป็นรูปพาราโบลาเพื่อรวมแสงอาทิตย์ให้กลายเป็นลำแสงพิฆาตไปเผาเรือข้าศึกศัตรู
หากเราเป็นเรือของข้าศึกคงจะรู้สึกตกใจอย่างมากเพราะสิ่งที่พุ่งมาจู่โจมนั้นมิใช่ลูกกระสุนปืนใหญ่หรือธนู ทว่าเป็นลำแสงที่ร้อนจัดจนเรือลุกไหม้
ทุกวันนี้นักวิทยาศาสตร์พยายามทดลองว่าแนวคิดดังกล่าวเป็นจริงได้แค่ไหน
รายการชื่อดังอย่าง MythBusters ทดลองเรียงกระจกเป็นพาราโบลาเพื่อจำลองการเผาเรือของอาร์คิมิดีส แต่ก็ไม่สำเร็จ มีการตั้งสมมติฐานว่ากระจกของอาร์คิมิดีสอาจส่องแสงอาทิตย์ไปทำให้เรือรบของข้าศึกแสบตาจนสูญเสียการมองเห็นก็ได้
ในปี ค.ศ. 2005 สถาบันชื่อดังอย่าง MIT ได้ทำการทดลองด้วยการใช้กระจกที่เรียงเป็นพาราโบลาจุดไฟเผาเรือไม้จำลองที่อยู่ห่างออกไปได้สำเร็จ! แต่ในครั้งนี้เรือจำลองติดตั้งอยู่บนพื้นดิน ทำให้หลายคนสงสัยคลางแคลงว่าหากนำไปทดลองใกล้ทะเลจริงจะสำเร็จหรือไม่ เพราะ สภาพความชื่น กระแสลม รวมทั้งลักษณะความโคลงของเรือที่เกิดจากคลื่นส่งผลต่อการรวมแสงได้ทั้งสิ้น
ไม่ว่าตำนานของอาร์คิมิดีสจะเป็นเรื่องจริงหรือไม่ แต่ความสามารถในการสะท้อนของพาราโบลานั้นเป็นเรื่องจริงแน่นอน
ปัจจุบันจานที่ใช้รวมสัญญาณจำนวนมากนิยมใช้รูปพาราโบลาเป็นโครงหลักในการออกแบบ แล้วปรับเปลี่ยนรายละเอียดปลีกย่อยไปตามลักษณะการใช้งาน
ยกตัวอย่างเช่น จานรับสัญญาณโทรทัศน์วิทยุและสัญญาณดาวเทียม กระจกหลักที่ใช้ในการรวมแสงของกล้องโทรทรรศน์หลายประเภท
โรงไฟฟ้าแสงอาทิตย์หลายแห่งไม่ได้ใช้โซลาร์เซลล์ในการผลิตกระแสไฟฟ้า แต่ใช้โลหะผิววาวมาสร้างเป็นรางพาราโบลา (Parabolic Trough) เพื่อรวมแสงดวงอาทิตย์ไว้ที่จุดโฟกัส โดยที่จุดโฟกัสจะร้อนจัดจนของเหลวภายใน (thermal oil) ระเหยกลายเป็นไอพลังงานสูงไปปั่นกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้าได้
เตาพลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศฝรั่งเศสชื่อว่า Odeillo solar furnace มีขนาดมหึมา โดยตัวจานกระจกมีพื้นที่ 54x48 เมตร โค้งรูปพาราโบลา สามารถรวมแสงอาทิตย์จนจุดโฟกัสมีอุณหภูมิสูงถึง 3,500 องศาเซลเซียสเพื่อใช้ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์มากมาย
ไมโครโฟนสำหรับบันทึกเสียงบางประเภทมีการออกแบบให้ใช้งานร่วมกับจานรวมเสียงรูปพาราโบลา (Parabolic microphone) ซึ่งจะช่วยให้ "เก็บ" เสียงในทิศทางที่จานหันไปได้ดีขึ้น
แน่นอนว่าในทางกลับกัน
หากนำแหล่งกำเนิดสัญญาณไปไว้ที่จุดโฟกัสของพาราโบลา มันย่อมสะท้อนกับจานของพาราโบลาจนให้สัญญาณที่พุ่งตรงออกไปนอกจานอย่างเป็นระเบียบ
เราพบเห็นการทำงานในลักษณะนี้ได้ในไฟหน้ารถยนต์และสปอร์ตไลท์หลายๆรุ่น รวมทั้งจานที่ใช้ในการส่งสัญญาณจากโลกสู่ยานอวกาศ และจานที่ใช้ส่งสัญญาณจากยานอวกาศกลับมายังโลก
ก่อนจะจบเรื่องนี้ ขอย้อนกลับไปที่กล้องโทรทรรศน์สักหน่อย ในการรวมแสงจากวัตถุท้องฟ้าให้ได้อย่างมีประสิทธิภาพนั้น
การใช้กระจกรูปโค้งพาราโบลาเป็นหนึ่งในวิธีที่ฮิตที่สุดก็จริง แต่ด้วยเหตุผลบางอย่างทำให้กล้องโทรทรรศน์หลายๆแบบกลับเลือกใช้กระจกโค้งอีกแบบในการรวมแสง นั่นคือ โค้งไฮเปอร์โบลา(Hyperbola)
ครั้งหน้าจะเล่าเรื่องโค้งไฮเปอร์โบลาให้ฟังครับ
อ้างอิง
- 7
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
