โมเมนตัมคืออะไร? และสำคัญอย่างไรในฟิสิกส์?
โมเมนตัม (momentum) เป็นคำที่เราใช้กันในชีวิตประจำวัน ทั้งในแง่โมเมนตัมของการชนไปจนถึงโมเมนตัมของเศรษฐกิจ จริงๆแล้วโมเมนตัมเป็นศัพท์ฟิสิกส์ มันเป็นปริมาณที่มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของวัตถุต่างๆ ตั้งแต่เล็กในระดับอนุภาคไปจนถึงใหญ่มหึมาในระดับกาแล็กซี
การทำความเข้าใจโมเมนตัมนั้นเรียบง่าย ลองจินตนาการถึง รถยนต์ กับ รถสิบล้อที่ไหลลงเนินมาด้วยความเร็วเท่ากัน เราย่อมหยุดรถสิบล้อได้ยากลำบากกว่ารถยนต์ เพราะ รถสิบล้อมีมวลมากกว่ารถยนต์จึงมีโมเมนตัมมากกว่า ส่งผลให้เราหยุดมันได้ยากกว่า
แต่ถ้ารถยนต์สองคันที่มีมวลเท่ากัน เคลื่อนที่ด้วยความเร็วไม่เท่ากัน รถยนต์คันที่เร็วกว่าย่อมหยุดได้ยากกว่า เพราะมันมีโมเมนตัมมากกว่าอีกคัน
จะเห็นได้ว่าโมเมนตัมเป็นปริมาณที่สื่อถึงความเฉื่อยของวัตถุที่เคลื่อนที่ ยิ่งโมเมนตัมมากเรายิ่งไปเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ได้ยาก โดยโมเมนตัมขึ้นอยู่กับมวลและความเร็วของวัตถุนั้นๆ ถ้าจะกล่าวให้ชัดเจนในรูปของสมการก็คือ
โมเมนตัม = มวล คูณ ความเร
ความสำคัญของปริมาณอย่างโมเมนตัมคือ อัตราการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมในช่วงเวลาหนึ่งมีค่าเท่ากับแรงที่กระทำกับวัตถุนั้น ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อสองของนิวตัน ข้อเท็จจริงนี้นับว่าเป็นประโยชน์ในการวิเคราะห์แรงที่กระทำต่อวัตถุในช่วงเวลาหนึ่ง
สมมติว่าเราปล่อยไข่ไก่ให้ตกจากความสูงค่าหนึ่งให้ตกกระทบพื้นคอนกรีต ผลปรากฏว่าไข่แตกกระจาย แต่ถ้าปล่อยใส่วัตถุที่นุ่มพออย่างเบาะ หมอน หรือฟองน้ำก้อนใหญ่ๆ ไข่อาจจะตกกระทบหมอนแล้วกระดอนไปมาเล็กน้อยโดยไม่แตก
ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น?
ไข่ที่ตกจากระดับความสูงเดียวกัน ย่อมมีความเร็วก่อนกระทบเท่ากัน และหลังจากกระทบแล้วมันย่อมหยุดนิ่งบนพื้นผิวนั้น โมเมนตัมของไข่จึงเปลี่ยนแปลงเท่าๆกัน แต่สิ่งที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนคือ ช่วงเวลาในการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม
ช่วงเวลาที่ไข่เริ่มกระทบจนหยุดนิ่งนั้น เป็นช่วงเวลาสั้นมากสำหรับพื้นคอนกรีตแข็งๆ แต่เป็นช่วงเวลาที่ยาวกว่าสำหรับฟองน้ำนุ่มๆ การทดลองนี้บอกเราว่ายิ่งโมเมนตัมเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาสั้น แรงที่กระทำกับวัตถุนั้นยิ่งมากตามไปด้วย
หลักการเรียบง่ายนี้อยู่เบื้องหลังการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยในชีวิตของผู้ใช้รถใช้ถนนทุกคน การออกแบบยานพาหนะอย่างรถยนต์ให้ปลอดภัยที่สุดเมื่อเกิดการชนขึ้น จะใช้การลดแรงปะทะที่ถ่ายทอดมายังผู้ขับขี่หรือผู้โดยสาร ด้วยการทำให้บริเวณที่ชนนั้นมีความยืดหยุ่น (เปรียบได้กับเบาะหรือฟองน้ำ) และมีการเปลี่ยนแปลงรูปทรง (deform) เพื่อให้ช่วงเวลาในการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมมีค่ามาก แรงที่จะเกิดขึ้นกับตัวถังจะได้มีค่าน้อย นอกจากนี้ยังต้องออกแบบให้แรงที่เกิดขึ้นกระจายไปยังส่วนต่างๆของวัสดุรับแรงกระแทกด้วย
เหล่าวิศวกรเรียกบริเวณที่เกิดการชนว่า Crumple Zone หรือ crush zone และทดลองเพื่อจำลองการชนที่อาจเกิดขึ้นด้วย crash test
แน่นอนว่าอุบัติเหตุนั้นเกิดขึ้นได้มากมายหลายรูปแบบ และในการชนแต่ละครั้งก็มีรูปแบบและปัจจัยที่หลากหลาย การค้นคว้าเรื่องความปลอดภัยของยานพาหนะต่างๆจึงเป็นหนึ่งในหัวข้อที่มีการศึกษากันอย่างต่อเนื่องจนถึงทุกวันนี้
แต่เรื่องของโมเมนตัมนั้นยังไม่จบ เพราะอย่างที่เกรินไปว่ามันเป็นปริมาณทางฟิสิกส์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งผมจะเล่าเรื่องกฏการอนุรักษ์โมเมนตัมและการวิเคราะห์การชนให้ฟังในครั้งถัดๆไปครับ
- 10
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
