ใช้ความรู้ทางฟิสิกส์มาอธิบายการทำงานของถุงลมนิรภัย (Airbag)
12-09-2019 อ่าน 12,613
การเดินทางด้วยพาหนะบนท้องถนนในประเทศไทยต้องใช้ความระมัดระวังให้มาก เพราะจากสถิติของคณะทำงานจัดทำแผนและมาตรการลดการสูญเสียจากภัยบนท้องถนนพบว่าในปี ค.ศ. 2016 หรือปี พ.ศ 2559 มีจำนวนผู้เสียชีวิตทางถนนมากถึง 22 356 ราย หรือมีผู้เสียชีวิต 62 รายต่อวัน ยังไม่นับจำนวนผู้ที่บาดเจ็บอีกจำนวนมาก ตีเป็นงบประมาณของรัฐที่ต้องสูญเสียถึงห้าแสนล้านบาท เทียบกับจำนวนประชากร ประเทศไทยมีผู้เสียชีวิตทางถนนเป็นอันดับต้นๆของโลก กรมทางหลวงสรุปอุบัติเหตุข้อมูล 6 เดือนแรกของปี ค.ศ. 2018 หรือปี พ.ศ. 2561 ว่าบนทางหลวงอุบัติเหตุส่วนใหญ่เกิดบริเวณทางตรงร้อยละ 65 รองลงมาคือทางโค้งปรกติร้อยละ 13
การที่อุบัติเหตุส่วนใหญ่เกิดบริเวณทางตรงเพราะสาเหตุหลักการเกิดอุบัติเหตุมาจากผู้ขับขี่รับรถด้วยความเร็วสูงกว่ากฎหมายกำหนดถึงร้อยละ 71 ในแต่ละปีทั่วโลกมีผู้เสียชีวิตทางถนนมากกว่า 1.25 ล้านคน นี่นับเป็นภัยคุกคามที่น่ากังวลมาก นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจึงคิดหาหนทางหรือสิ่งประดิษฐ์เพื่อช่วยลดอัตราการเสียชีวิตนี้ และหนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญที่ช่วยรักษาชีวิตผู้คนก็คือถุงลมนิรภัย
ถุงลมนิรภัย (Airbag) คือสิ่งประดิษฐ์ที่สร้างขึ้นเพื่อความปลอดภัยของยานพาหนะ ทำหน้าที่เหมือนหมอนนุ่มเพื่อป้องกันการกระแทกกับวัสดุภายในรถเมื่อเกิดอุบัติเหตุการชน โดยถุงลมนิรภัยจะขยายตัวอย่างรวดเร็วออกมาจากอุปกรณ์ที่เก็บมันไว้เช่นในพวงมาลัยของรถยนต์เมื่อเกิดอุบัติเหตุ โดยในปัจจุบันตามปรกติบริษัทผู้สร้างรถยนต์จะให้ถุงลมนิรภัยหลายจุดตามบริเวณที่นั่งโดยสารต่างๆ
เราสามารถอธิบายเรื่องถุงลมนิรภัยได้โดยใช้ความรู้ทางฟิสิกส์ โมเมนตัม (Momentum) คือปริมาณการเคลื่อนที่ของวัตถุ บอกถึงความพยายามที่วัตถุนั้นจะเคลื่อนที่โดยนิยามโดยสมการ
\(\overrightarrow{P}={m}\overrightarrow{v}\)
โดยที่ \(\overrightarrow{P},m,\overrightarrow{v}\) คือ โมเมนตัม มวล และความเร็วของวัตถุตามลำดับ
สิ่งสำคัญที่เราต้องสนใจคือแรงดล (Impulsive force) หมายถึงแรงที่มากระทำต่อวัตถุนั้นในช่วงเวลาสั้นๆ หรือกล่าวอีกอย่างแรงดลหมายถึงการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมที่เปลี่ยนไปในช่วงเวลาสั้นๆ แรงดลมีหน่วยเป็นนิวตันสามารถเขียนความสัมพันธ์ได้เป็นสมการ
\(\overrightarrow{F}= \frac{m(\overrightarrow{v}-\overrightarrow{u})}{\Delta \,t} \)
โดยที่ \(\overrightarrow{F},m,\overrightarrow{v},\overrightarrow{u},Δt\) คือ แรงดล มวลของวัตถุ ความเร็วตอนปลาย ความเร็วตอนต้น และผลต่างของเวลาตามลำดับ
บทความโดย
ณัฐพล โชติศรีศุภรัตน์
ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ
อ้างอิง
การที่อุบัติเหตุส่วนใหญ่เกิดบริเวณทางตรงเพราะสาเหตุหลักการเกิดอุบัติเหตุมาจากผู้ขับขี่รับรถด้วยความเร็วสูงกว่ากฎหมายกำหนดถึงร้อยละ 71 ในแต่ละปีทั่วโลกมีผู้เสียชีวิตทางถนนมากกว่า 1.25 ล้านคน นี่นับเป็นภัยคุกคามที่น่ากังวลมาก นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจึงคิดหาหนทางหรือสิ่งประดิษฐ์เพื่อช่วยลดอัตราการเสียชีวิตนี้ และหนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญที่ช่วยรักษาชีวิตผู้คนก็คือถุงลมนิรภัย
ถุงลมนิรภัย (Airbag) คือสิ่งประดิษฐ์ที่สร้างขึ้นเพื่อความปลอดภัยของยานพาหนะ ทำหน้าที่เหมือนหมอนนุ่มเพื่อป้องกันการกระแทกกับวัสดุภายในรถเมื่อเกิดอุบัติเหตุการชน โดยถุงลมนิรภัยจะขยายตัวอย่างรวดเร็วออกมาจากอุปกรณ์ที่เก็บมันไว้เช่นในพวงมาลัยของรถยนต์เมื่อเกิดอุบัติเหตุ โดยในปัจจุบันตามปรกติบริษัทผู้สร้างรถยนต์จะให้ถุงลมนิรภัยหลายจุดตามบริเวณที่นั่งโดยสารต่างๆ
เราสามารถอธิบายเรื่องถุงลมนิรภัยได้โดยใช้ความรู้ทางฟิสิกส์ โมเมนตัม (Momentum) คือปริมาณการเคลื่อนที่ของวัตถุ บอกถึงความพยายามที่วัตถุนั้นจะเคลื่อนที่โดยนิยามโดยสมการ
\(\overrightarrow{P}={m}\overrightarrow{v}\)
โดยที่ \(\overrightarrow{P},m,\overrightarrow{v}\) คือ โมเมนตัม มวล และความเร็วของวัตถุตามลำดับ
สิ่งสำคัญที่เราต้องสนใจคือแรงดล (Impulsive force) หมายถึงแรงที่มากระทำต่อวัตถุนั้นในช่วงเวลาสั้นๆ หรือกล่าวอีกอย่างแรงดลหมายถึงการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมที่เปลี่ยนไปในช่วงเวลาสั้นๆ แรงดลมีหน่วยเป็นนิวตันสามารถเขียนความสัมพันธ์ได้เป็นสมการ
\(\overrightarrow{F}= \frac{m(\overrightarrow{v}-\overrightarrow{u})}{\Delta \,t} \)
โดยที่ \(\overrightarrow{F},m,\overrightarrow{v},\overrightarrow{u},Δt\) คือ แรงดล มวลของวัตถุ ความเร็วตอนปลาย ความเร็วตอนต้น และผลต่างของเวลาตามลำดับ
เมื่อรถยนต์เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงพุ่งเข้าชนกำแพงเหล็กทำให้รถมีความเร็วเป็น 0 เมตร/วินาที อย่างรวดเร็วทำให้เกิดแรงดลที่มีค่ามาก ร่างกายของผู้ขับขี่จะชนกระแทกกับวัสดุภายในรถทำให้เกิดการบาดเจ็บและเสียชีวิต สิ่งที่ถุงลมนิรภัยทำก็คือช่วยยืดระยะเวลาการชนของร่างกายของผู้ขับขี่และผู้โดยสารนี้ให้นานขึ้น จากสมการจะเห็นว่า เมื่อ Δt มากขึ้น แรงดลก็จะน้อยลง (ถ้าเปลี่ยนจากถุงลมนิรภัยเป็นผนังเหล็กแทนจะเห็นว่า Δt จะน้อยมาก แรงดลก็จะมาก) เพราะถุงลมนิรภัยเป็นเหมือนหมอนนุ่ม ยืดระยะเวลาการชนของร่างกายของผู้ขับขี่และผู้โดยสารให้นานขึ้นและยังกระจายแรงดลไปทั่วพื้นที่ของร่างกายให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ร่างกายของผู้ขับขี่และผู้โดยสารก็จะมีความเสี่ยงในการบาดเจ็บและเสียชีวิตน้อยลง
การทำงานของถุงลมนิรภัย
โดยอุปกรณ์หลักของของถุงลมนิรภัยประกอบด้วยสิ่งสำคัญ 5 อย่างด้วยกันคือ ตัวตรวจวัดความเร่ง (accelerometer) วงจร ส่วนของความร้อน ส่วนจุดระเบิด และส่วนของถุงลมนิรภัย โดยตัวตรวจวัดความเร่งจะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว เมื่อรถยนต์ชนกับกำแพงหรือรถยนต์คันอื่น ตัวตรวจวัดความเร่งจะส่งสัญญาณไปที่วงจรทันที วงจรจะส่งกระแสไฟฟ้าไปยังส่วนของความร้อน ส่วนนี้สร้างความร้อนคล้ายเตารีดหรือเครื่องปิ้งขนมปังที่ใช้กันในบ้านแต่สร้างความร้อนได้เร็วกว่ามาก ไปจุดระเบิดทำให้เม็ดของแข็งของโซเดียม เอไซด์(Sodium Azide) ให้ระเบิด การระเบิดนี้ทำให้เกิดแก๊สไนโตรเจนไปเติมถุงลมนิรภัยที่แฟบซ่อนอยู่ให้ขยายตัวออกมาอย่างรวดเร็วโดยกระบวนการทั้งหมดนี้ใช้เวลาเพียง 0.08 วินาที โดยถุงลมนิรภัยนี้ก็จะมีรูเล็กๆระบายแก๊สออก เมื่อมีการชนเกิดขึ้นถึงลมนิรภัยนี้ก็จะเป็นดังหมอนนุ่มค่อยๆแฟบระหว่างที่ร่างกายหรือศีรษะของผู้ขับขี่หรือผู้โดยสารพุ่งชน ถุงลมนิรภัยจะช่วยเพิ่มผลต่างของเวลา Δt ในสมการแรงดล ทำให้แรงดลมีค่าลดลงและยังช่วยกระจายแรงดลออกไปสู่พื้นที่ที่มากขึ้น และนี่เองที่ช่วยให้ผู้ประสบอุบัติเหตุมีโอกาสมีชีวิตรอดมากขึ้น
และนี่คือความสำเร็จของวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ที่ช่วยออกแบบอุปกรณ์ที่ช่วยรักษาชีวิตของผู้คน ในระยะเวลาหลายสิบปีตั้งแต่มีการใช้ถุงลมนิรภัยมันได้ช่วยรักษาชีวิตของผู้คนได้จำนวนมาก อย่างไรก็ตามแม้จะมีเทคโนโลยีต่างๆมาช่วยเหลือ รักษาชีวิตเรามากมาย แต่สิ่งสำคัญที่สุดคือการไม่ประมาท จะได้ใช้ชีวิตอยู่ต่อไป ได้ศึกษาวิชาฟิสิกส์หรือทำสิ่งที่ตัวเองชอบต่อไป ขอให้ผู้ใช้พาหนะเดินทางบนท้องถนนทุกคนเดินทางถึงจุดหมายปลายทางอย่างปลอดภัย
และนี่คือความสำเร็จของวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ที่ช่วยออกแบบอุปกรณ์ที่ช่วยรักษาชีวิตของผู้คน ในระยะเวลาหลายสิบปีตั้งแต่มีการใช้ถุงลมนิรภัยมันได้ช่วยรักษาชีวิตของผู้คนได้จำนวนมาก อย่างไรก็ตามแม้จะมีเทคโนโลยีต่างๆมาช่วยเหลือ รักษาชีวิตเรามากมาย แต่สิ่งสำคัญที่สุดคือการไม่ประมาท จะได้ใช้ชีวิตอยู่ต่อไป ได้ศึกษาวิชาฟิสิกส์หรือทำสิ่งที่ตัวเองชอบต่อไป ขอให้ผู้ใช้พาหนะเดินทางบนท้องถนนทุกคนเดินทางถึงจุดหมายปลายทางอย่างปลอดภัย
บทความโดย
ณัฐพล โชติศรีศุภรัตน์
ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ
อ้างอิง
- Popsci.com. (2016). How Airbags Work, And How They Can Fail. [online] Available at: https://www.popsci.com/how-airbags-are-supposed-to-work/ [Accessed 25 Aug. 2019].
- World Health Organization. (n.d.). Number of road traffic deaths. [online] Available at: https://www.who.int/gho/road_safety/mortality/traffic_deaths_number/en/ [Accessed 25 Aug. 2019].
บทความฟิสิกส์ล่าสุด
หอสังเกตการณ์นิวทริโนไอซ์คิวบ์ ตอนที่ 2
29-02-2024
หอสังเกตการณ์นิวทริโนไอซ์คิวบ์ ตอนที่ 1
09-02-2024
