พลิกดี - ไม่พลิกดี ขับอย่างไรให้ปลอดภัยไม่พลิกควํ่า

วันก่อนนั่งดูรายการสารคดี20/20ของช่อง abc (ในอเมริกา) รายการนี้ได้กล่าวถึงเรื่องความปลอดภัยในการบรรทุกของรถยนต์นั่งกึ่งบรรทุก (SUV) รถประเภทนี้ดูเหมือนจะเป็นรถสารพัดประโยชน์ แต่ความจริงแล้วมันกลับมีข้อจำกัดในการบรรจุน้อยกว่ารถเก๋งซะอีก น้องๆดูรูปตัวอย่างของรถ SUV ข้างบนนี้ซิครับ ดูแล้วน่าจะจุของได้เยอะไม่น่าเป็นอันตรายเหมือนอย่างที่รายการบอก แต่ทำไมจึงเป็นเช่นนั้นได้ ตอนนี้เราจะมาลองวิเคราะห์ดูว่าการบรรทุกของเยอะจะมีอันตรายได้อย่างไรบนท้องถนน

     SUV ย่อมาจาก Sport-Utility-Vehicle หรือรถสารพัดประโยชน์ครับ เจ้ารถSUVนี้นับว่าเป็นที่นิยมมากในอเมริกา ญี่ปุ่นหรือแม้แต่ในประเทศไทย ทั้งนี้เนื่องจากรูปทรงภายนอกที่ดูปราดเปรียวแข็งแรง ดูเหมือนกับนั่งสบายในขณะเดียวกันก็สามารถลุยสมบุกสมบันได้ทุกที่ บางรุ่นยังขับเคลื่อนสี่ล้อ สามารถวิ่งในถนน- ตกถนน (แปลตรงๆจาก off road ครับ :-) ก็ได้ ราคาของมันในอเมริกานี่แพงกว่ารถเก๋งทั่งไปอีกครับ แต่ในความเป็นจริงแล้ว รถประเภทนี้กลับเป็นรถที่อันตรายบนท้องถนนมากกว่ารถประเภทอื่นซะอีก (รองจากรถจักรยานยนต์) ทำไมละครับ

     ข้อสังเกตุที่ 1  SUV เป็นรถที่ถูกออกแบบสำหรับการใช้นอกถนน (off road) ดังนั้นมันจึงมีช่วงล่างที่สูงกว่าชาวบ้านทั่วไปเพื่อไว้สำหรับลุยทางขรุขระนอกถนนได้ แต่ทว่าเมื่อมันมาอยู่บนถนนปะปนกันรถเก๋งทั่วไปแล้ว ความสูงของมันเนี่ยเป็นภัยต่อคนอื่นและตัวเองเลยครับ ที่เป็นภัยต่อคนอื่นเพราะความสูงของรถจะบังทรรศนะวิสัยของรถคันอื่น ถ้าเราขับตามหลังรถSUV ก็เป็นการยากที่จะมองผ่านรถคันหน้าเพื่อประมาณว่าจะมีอะไรอยู่บนถนนบ้าง ยิ่งถ้ารถคันหน้าเบรคกระทันหัน เราก็แทบจะไม่รู้ก่อนล่วงหน้าเลย ไม่เหมือนกับขับตามรถเก๋งด้วยกันที่เรายังพอมองลอดกระจกรถคันหน้าออกไปให้เห็นถนนข้างหน้าได้
     ระดับกันชนของรถประเภทนี้จะสูงกว่ารถเก๋งทั่วไป ถ้าเกิดอุบัติเหตุ รถSUVชนกับรถเก๋งละก็ แทนที่กันชนรถจะปะทะกับกันชนรถตามที่วิศวกรออกแบบไว้ กลับเป็นกันชนของSUVที่กินเข้าไปในกระโปรงหน้า หรือกระโปรงหลังของรถคันอื่น รถของผู้เคราะห์ร้ายก็ยู่ซิครับ เพื่อนของพี่โจเอง จอดรถเก๋งติดไฟแดงอยู่ดีๆ รถSUVคันหลังขับมาช้าๆแต่ลืมเบรคชนเข้าด้านหลัง ปรากฏว่ากันชนของรถที่มาชนสูงกว่ากันชนของรถเพื่อน เลยกินเข้ามาในตัวถัง รถยุบไปเลยครับ แถมเพื่อนยังปวดหลังปวดคอเคล็ดมาจนทุกวันนี้ ..อูยส์

ระดับกันชนของรถ SUV จะสูงกว่ารถทั่วไป (ภาพจาก http://www.fordvehicles.com/)

     ข้อสังเกตุที่ 2  เจ้าความสูงของรถประเภท SUV นี่แหละที่เป็นภัยต่อตัวเอง เพราะมันทำให้จุดศูนย์ถ่วงหรือจุดที่รวมนํ้าหนักของรถ (Center of Gravity) สูงขึ้นไปอีก เนื่องจากรถประเภทนี้ถูกออกแบบไว้วิ่งบนทางที่ขรุขระ เขาจึงปรับช่วงล่าง เปลี่ยนล้อให้ใหญ่ ยกตัวถังให้สูง แต่ถ้าเราเอามาใช้ผิดประเภท เอามาวิ่งด้วยความเร็วสูงบนถนนทั่วไป เมื่อจุดสูงถ่วงของรถที่สูงนี้ ทำให้โอกาสที่รถจะพลิกเวลาเข้าโค้งจึงมีมากกว่า และเมื่อรถเกิดพลิกและกลิ้งไป โครงสร้างของหลังคาและคานประตูรถส่วนมากจะไม่สามารถทนทานนํ้าหนักของรถเมื่อพลิกควํ่าได้ สิ่งนี้แหละครับที่อันตราย เพราะโอกาสที่หลังคาจะยุบลงมาบีบอัดคนขับและคนนั่งในห้องผู้โดยสารคารถจะมีสูงมาก ..อูยส์(อีกที)เป็นปลากระป๋องไป

     ข้อสังเกตุที่ 3  เมื่อตัวรถมีจุดศูนย์ถ่วงที่สูงอยู่แล้ว จึงทำให้ไม่สามารถบรรทุกนํ้าหนักได้มากตามอย่างรูปทรงที่เห็น เพราะสัมภาระที่เพิ่มขึ้นมาจะทำให้จุดศูนย์ถ่วงสูงขึ้นไปอีก ยกตัวอย่างเช่นรถ Ford Explorer ที่แสดงในรูปแรกสุดของเรื่องนี้นั้น จัดว่าเป็นรถยอดนิยมในอเมริกา ดูด้วยตาแล้วเหมือนว่าจะสามารถจุของได้มาก แต่ตามข้อมูลที่ได้จากโรงงานผลิตนั้นสามารถบรรทุกได้สูงสุด 450 กก. (980 lb) ซึ่งทางรายการ20/20ได้สาธิตให้ดูว่า แค่เอาคนเข้าไปนั่ง 5 คนก็เกินพิกัดที่กำหนดไว้แล้ว ยังไม่รวมสิ่งของสัมภาระเลยนะครับ อย่างนี้ก็ไปเที่ยวได้แต่ตัว กระเป๋าห้ามขนขึ้นรถไปด้วย..ฮา
ถ้าน้องสนใจอยากทราบว่ารถSUVแต่ละรุ่นมีพิกัดการบรรทุกได้เท่าไร ก็ไปดูได้ที่เวบไซท์ของ Consumer Report (http://www.consumerreports.org/Special/ConsumerInterest/Reports/0012suv1.html)

      น้องๆอาจจะสงสัยว่าทำไมรถที่สูงจึงไม่ปลอดภัย แล้วทำไมบรรทุกของไม่ได้มากนักนะครับ พี่โจจะสาธิตให้ดู

สมมุติว่ารถSUVคันหนึ่งกำลังเลี้ยวโค้งดังรูป

รถขณะเข้าโค้ง (ภาพจาก http://www.honda2001.com/models/cr-v/)

     เนื่องจากขณะเลี้ยว ความเร่งของรถจะทำให้เกิดแรงหนีศูนย์กลาง (ลูกศรสีแดงในรูป) กระทำต่อตัวรถ คอยดึงให้รถไถลออกนอกวงเลี้ยว (แหกโค้งนั่นแหละครับ) น้องจะสังเกตุแรงนี้ได้จากเวลาที่น้องนั่งรถอยู่ ถ้าเลี้ยวโค้งตัวเราจะถูกดึงออกไปทางตรงข้ามกับทางที่รถเลี้ยว
     แรงหนีศูนย์กลางนี้ก็เหมือนกับแรงเฉื่อยของการเคลื่อนที่จากสภาวะหยุดนิ่งในทางตรง นั่นคือมันจะคอยต่อต้านการเคลื่อนที่ในทางเลี้ยว เจ้าแรงนี้สามารถคำนวณได้จากมวลของรถ (m₁) คูณกับความเร่งในแนวรัศมี (A_n) ของรถแต่มีทิศตรงข้ามกับความเร่งนี้นั่นเอง สูตรนี้ไม่ได้มาจากไหนหรอกครับ F = ma กฎข้อ2 ของเซอร์นิวตันนั่นเอง เราจะเรียกแรงหนีศูนย์กลางนี้ว่า F_n ดังแสดงในรูปมองจากด้านบนดังต่อไปนี้

แรงกระทำต่อรถเมื่อเข้าโค้ง

     พี่โจขอให้คำแนะนำกับน้องผู้อ่านหน่อยนะครับว่าการศึกษาระบบพลศาสตร์ (Dynamics) ของระบบเครื่องกลนั้น การทำความเข้าใจในเรื่องระยะทาง ความเร็วและความเร่งของระบบนั้นๆ เป็นพื้นฐานที่สำคัญในการคำนวณขั้นต่อๆไป ดังนั้นน้องๆที่อยากเก่งพลศาสตร์ก็ต้องเข้าใจสูตรการคำนวณความเร็ว-เร่งให้ถ่องแท้ก่อนนะครับ ฉะนั้นถ้าใครไม่รู้ว่าความเร่งในการเลี้ยวนั้นคำนวณยังไง ก็ไปทบทวนบทเรียนฟิสิกส์ดูนะครับ (เอ้าใบ้ให้... A_n = v²/r เมื่อเลี้ยวด้วยความเร็วคงที่ v วงเลี้ยว r)

     เอาล่ะมาดูรถคันงามของเรากันต่อ ถ้าหากว่าเรามองมาที่รถจากด้านหน้าแล้วพิจารณาแรงที่กระทำบนรถดังรูปข้างล่างซ้ายนี้ จะเห็นว่าเจ้าแรงหนีศูนย์ F_nจะกระทำที่จุดศูนย์ถ่วง หรือจุดเฉลี่ยของมวล (จุดสีส้มในรูป) ถ้าหากว่ายางรถยนต์ไม่เกาะถนน รถก็คงจะไถลออกนอกโค้งไปตามแรงF_nนี้แล้ว แต่เนื่องจากล้อมีแรงเสียดทานกับพื้นถนน แรงเสียดทาน f_s จึงเกิดขึ้นมาต่อต้านแรงหนีศูนย์ โดยแรงเสียดทานนี้จะกระทำที่จุด A หรือที่ล้อรถส่วนที่สัมผัสกับถนนนั่นเอง (เพื่อให้ง่ายต่อความเข้าใจเราจะถือว่าแรงเสียดทานที่เห็นในรูปเป็นแรงที่รวมกันจากทุกล้อนะครับ)

โมเม๊นต์ที่กระทำที่รถเมื่อเข้าโค้ง

     ทีนี้ถ้าพิจารณาว่าจุด A นี้เป็นจุดหมุน ก็จะเห็นว่าเจ้าแรงหนีศูนย์นี้สามารถทำให้เกิดโมเม๊นท์ h₁x F_n(สีแดงของรูปในกรอบ) ที่จะคอยทำให้รถพลิกควํ่า ทว่าช้าก่อน นํ้าหนักรถช่วยไว้ได้ทันโดยสร้างโมเมนท์ d x W (สีเขียว) ขึ้นมาหักล้างไปได้ ดังนั้นรถจึงไม่พลิกควํ่าเนื่องจากยังมีสมดุลของโมเม๊นท์อยู่ (ข้อสังเกตุ แรงปฏิกริยาสีฟ้าแทนที่จะกระจายแยกไปให้ทุกล้อ ในกรณีนี้เราพิจ่รณาให้ย้ายไปกระทำอยู่ข้างเดียวกับจุด A เนื่องจากเราสมมุติว่าเมื่อรถเริ่มกำลังจะพลิกยกขึ้น แรงปฏิกริยาจะถูกถ่ายไปอยู่ด้านซ้ายหมด)

     ในการที่รถเกิดอุบัติเหตุพลิกควํ่าเวลาเข้าโค้งนั้น ก็เนื่องจากโมเมนท์ที่เกิดจากแรงหนีศูนย์ (h₁ x F_n - สีแดง) นี้มากกว่าโมเม๊นท์จากนํ้าหนักรถ (h₁x F_n - สีเขียว) ซึ่งปัจจัยที่จะมาเพิ่มโมเมนท์นี้ได้ก็คือ ความเร่งหนีศูนย์กลาง A_n และ ความสูงของจุดศูนย์ถ่วง h₁ ดังนั้นกรณีแรก ถ้าเราเข้าโค้งด้วยความเร็วสูงเกินไป ค่าความเร่งหนีศูนย์กลางนี้ก็จะมากและอาจจะทำให้โมเม๊นท์สีแดงมากกว่าสีเขียว ทำให้รถเอียงและพลิกได้

     อีกกรณีคือการที่เราบรรทุกของมากเกินไปก็จะทำให้จุดศูนย์ถ่วงของรถสูงขึ้น ทั้งนี้เนื่องจากพื้นที่ห้องสำหรับบรรทุกของในรถSUVส่วนใหญ่ จะอยู่สูงกว่าจุดศูนย์ถ่วงเดิมอยู่แล้ว ยิ่งถ้าบรรทุกของบนหลังคาแล้วละก็ไม่ต้องพูดถึง เมื่อรวมนํ้าหนักทั้งหมดแล้วเฉลี่ยหาจุดศูนย์กลางของนํ้าหนักรวมนั้น จุดศูนย์ถ่วงที่ได้ก็ยิ่งสูงขึ้นไปอีก ยกตัวอย่างเช่นถ้าเราเอารถไปบรรทุกช้างน้อยดังรูป

การเพิ่มนํ้าหนักบรรทุกจะทำให้จุดศูนย์ถ่วงสูงขึ้น

     สมมุติว่าจุดศูนย์ถ่วงรวมได้เปลี่ยนขึ้นไปอยู่ที่ระดับ h₂ ซึ่งสูงกว่า h₁ ดังนั้นโมเมนท์สีแดงจะยิ่งเพิ่มขึ้นไปอีก ทำให้รถมีโอกาสพลิกควํ่าได้มากกว่ารถก่อนบรรทุกเสียอีก ยิ่งเพิ่มอันตรายในการขับขี่มากยิ่งขึ้น จะเห็นได้ว่ารถเก๋งทั่วไปจะได้เปรียบรถSUVในการเกาะถนนเมื่อเข้าโค้งกว่าเพราะมีจุดศูนย์ถ่วงที่ตํ่ากว่า ยิ่งถ้าเป็นรถแข่งแล้วละก็ รถแทบจะเตี้ยแนบถนนเลยก็เพื่อให้เข้าโค้งได้มั่นใจที่ความเร็วสูงนั่นเองครับ

     พี่โจก็หวังว่าเมื่อน้องได้อ่านบทความนี้แล้ว ก็จะมีความเข้าใจในการขับรถอย่างปลอดภัยขึ้นนะครับ เราจะต้องพึงระวังเสมอว่า การเข้าโค้งด้วยความเร็วสูง หรือการหักเลี้ยวเปลี่ยนเลนอย่างกระทันหัน ย่อมมีโอกาสที่รถจะพลิกได้เสมอ ไม่เฉพาะรถSUVเท่านั้น แต่กระทั่งรถกระบะที่บรรทุกของสูง รถที่ไปยกช่วงล่าง รถตู้ทั้งหลาย รถตุ๊กๆ (ช่วงกว้างแคบ) รถทัวร์... โวว... แทบทุกประเภทที่เราเห็นขับกันซิ่งๆบนถนนเมืองไทยทั้งนั้นเลย ฉะนั้นถ้าน้องๆเห็นลูกพี่ที่ขับรถประเภทนี้ซิ่งมาแต่ไกล น้องก็อยู่ห่างๆลูกพี่เขาไว้นะครับ ปล่อยให้เขาไปก่อนเดี๋ยวก็ไปเจอเขานอนรอที่โค้งหน้าเองแหละ ก่อนจบก็ขอแนะนำสามัคคีสารฉบับเดือนนี้ครับ เชิญแวะไปอ่านกันได้ที่ http://magazine.samukkee.com สวัสดีครับ

แหล่งข้อมูล

• http://abcnews.go.com/onair/2020/2020Friday_001117_suvs_feature.html
• http://www.consumerreports.org/Special/ConsumerInterest/Reports/0012suv1.html
• (เอื้อเฟื้อภาพ) http://www.fordvehicles.com
• (เอื้อเฟื้อภาพ) http://www.honda2001.com/models/cr-v/
• หนังสือพื้นฐานฟิสิกส์ทั่วไปเช่นแบบเรียนในหลักสูตรมัธยมปลาย