นักวิทย์คำนวณปริมาณ ‘แรง’ ที่เกิดขึ้นในปรากฏการณ์ “Cheerios Effect” ได้แล้ว

เคยเห็นอาหารเช้าซีเรียลที่ลอยอยู่บนชามนมถูกดูดมารวมติดกันไม่ยอมกระจายออกไปทั่วชาม หรือบางทีก็ลอยไปติดขอบชามบ้างไหมครับ นั่นคือปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Cheerios Effect (เชียริโอส เอฟเฟค) ครับ

ตัวอย่าง ซีเรียลที่จะหาทางดูดติดกันเสมอ

ก่อนหน้านี้มีแบบจำลองและงานวิจัยมากมายที่พยายามศึกษาเกี่ยวกับปรากฏการณ์เชียริโอส แต่ทั้งหมดก็เป็นเพียงทฤษฎี ไม่มีการลงลึกถึงรายละเอียด ทำให้เราไม่รู้ว่าแรงที่ยึดวัตถุให้ติดกันโดยไม่ต้องใช้กาวนี้มีแรงมากแค่ไหน และอาจประยุกต์ใช้กับอะไรได้บ้าง

จนล่าสุดนักวิจัยจาก มหาวิทยาลัยบราวน์ (Brown University) ได้พัฒนาวิธีการวัดปริมาณ “แรง” ที่ใช้ในการยึดเหนี่ยววัตถุเป็นจนเป็นกลุ่มก้อนจากปรากฏการณ์เชียริโอสได้แล้ว ซึ่งถือเป็นครั้งแรกที่มีการคำนวณแรงเหล่านี้ จากวัตถุขนาดเล็กในระดับมิลลิเมตร-เซนติเมตร และการศึกษาคราวนี้อาจมีประโยชน์ นำไปใช้ได้มากกว่าแค่ไขข้อสงสัยในชามซีเรียล

การวิจัยได้รับการเผยแพร่ทาง Physical Review Letters โดย เอียน โฮ (Ian Ho) และ จียูส ปุชชี (Giuseppe Pucci) นักวิชาการและนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยบราวน์ ร่วมกับ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรม แดเนียล แฮริส (Daniel Harris)

จากการศึกษาพบว่า ผลของปรากฏการณ์เชียร์ริโอส เกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันของ แรงโน้มถ่วง และ แรงตึงผิว การเกาะตัวเข้าหากันของของเหลวทำให้เกิดฟิล์มบาง ๆ บนพื้นผิว วัตถุขนาดเล็กที่มีน้ำหนักไม่มาก จะลอยและสร้าง รอยบุ๋ม เล็ก ๆ บนผิวของเหลว เมื่อวัตถุขนาดเล็กสองชิ้นที่ลอยอยู่เหมือนกัน เคลื่อนเข้าใกล้กัน รอยบุ๋มก็จะทำให้มันตกลงมารวมกันด้วยแรงโน้มถ่วง และกระจุกรวมกันเป็นก้อนที่ใหญ่ขึ้น

เพื่อทดสอบแรงดูดของปรากฏการณ์เชียริโอส นักวิจัยใช้แม่เหล็กสองแผ่น คู่กับแม่เหล็กขนาดเล็กที่ลอยอยู่บนของเหลว โดยมีขดลวดไฟฟ้ารอบ ๆ อ่างน้ำ เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กสำหรับดึงแผ่นแม่เหล็กภายในอ่างออกจากกัน ระหว่างที่มันถูกดูดติดกันจากแรงของเชียริโอสเอฟเฟค แล้วทำการวัดค่าความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กที่ต้องใช้เพื่อดึงวัตถุออกจากกัน

“สนามแม่เหล็กทำให้เราสามารถควบคุมปริมาณแรงที่ใช้ได้อย่างละเอียด โดยไม่ต้องเอาตัวเองเข้าไปยุ่งกับปัจจัยทดลอง เนื่องจากสิ่งที่เรากำลังวัดอยู่นี้มีน้ำหนักพอ ๆ กับยุง แรงเพียงแค่ลมหายใจก็อาจเปลี่ยนแปลงผลของการทดลองได้” แฮร์ริส กล่าว

การค้นพบนี้อาจเป็นประโยชน์ในการออกแบบเครื่องจักร หรือหุ่นยนต์ขนาดเล็กจิ๋วระดับไมโครได้ เช่นการทำให้หุ่นยนต์สามารถกระโดดข้ามผิวน้ำ หรือเคลื่อนที่ไปบนพื้นผิวได้โดยที่ไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับความเสี่ยงที่มันจะติดกับวัสดุอื่นจากปรากฏการณ์เชียริโอส

“หากคุณมีเครื่องจักรขนาดหุ่นยนต์ขนาดเล็กจิ๋วหลาย ๆ ตัวที่ต้องเคลื่อนไหวไปมา คุณจำเป็นต้องรู้ว่าจะเคลื่อนไปได้อย่างไร และต้องใช้แรงมากเท่าไหร่เพื่อให้หลุดพ้นจากปรากฏการณ์เชียริโอส” ศาสตราจารย์ แฮร์ริสกล่าว

Fact – คำว่า “Cereal” (ซีเรียล) ที่หมายถึงอาหารเช้าซึ่งทำมาจากธัญพืชนั้นมีรากศัพท์มาจากคำว่า “Ceres” (ซีรีส) อันเป็นชื่อของเทพเจ้าแห่งผลผลิตและการเก็บเกี่ยวของชาวโรมัน

อ่านต่อ – นักวิจัยทดลอง “สอนหนูขับรถ” จนสำเร็จ ! เพื่อหาว่าการเรียนรู้มีแต่ทำให้เครียดจริงหรอ ?