‘เขย่าขวดก่อนเทซอส’ กับ ‘ตกบ่อทรายดูด’ เกี่ยวข้องกันอย่างไร?

หน้าที่ 1 - เขย่าขวดก่อนเทซอส

แฟนคอลัมน์ท่านหนึ่งคือ คุณณัฐพล ได้ถามคำถามที่น่าสนใจมากว่า “ทำไมการเขย่าขวดก่อนเทซอส จึงทำให้เทซอสได้ง่ายขึ้น?” คำถามนี้ดูเผิน ๆ เหมือนง่ายนะครับ เพราะแว้บแรกที่หลายท่านคิดน่าจะเป็น “ก็แน่ล่ะซี่ ถ้าซอสถูกเขย่าก็ต้องไหลดีขึ้นแหง ๆ เพราะแรงเขย่าทำให้ซอสเคลื่อนไหวไงล่ะ” ... แต่เรื่องราวต่าง ๆ ในโลกกลม ๆ ใบนี้ ถ้าเจาะลงไปลึกพอ ก็จะพบรายละเอียดที่น่าอัศจรรย์ไม่น้อย แต่ก่อนจะเขย่าซอส คงต้องเข้าใจคำว่า ของไหล (fluid) และความหนืด (viscosity) ซะก่อน เผื่อไปฟังนักวิชาการตัวจริงจะได้เข้าใจ คำว่า ‘ของไหล’ เป็นชื่อเรียกรวมของสสารที่ไหลได้ ไม่ว่าของเหลว แก๊ส และสารแขวนลอยต่าง ๆ ที่มีเม็ดอนุภาคกระจายอยู่ในตัวกลางอีกด้วย ส่วน ‘ความหนืด’ นั้น ลองคิดถึงนมสดกับนมข้นหวาน ซึ่งเห็นได้ชัดว่า นมข้นหวาน ‘หนืด’ กว่านมสดแน่ ๆ เพราะเราต้องเขย่ากระป๋อง นมข้นหวานถึงจะไหลออกมาได้ง่าย แต่นมสดนั้น แค่เทก็ไหลโจ๊กออกมากแล้ว โดยของเหลวส่วนใหญ่นั้นยิ่งเย็นยิ่งหนืด (อย่างนมข้นหวานที่ทิ้งไว้ในตู้เย็นมานาน ๆ จะหนืดมากขึ้น) แต่สำหรับแก๊ส พบว่ายิ่งเย็นกลับหนืดลดลงเล็กน้อย สำหรับ น้ำ นมสด กาแฟ หรือน้ำผึ้ง ที่เราคุ้นเคยกันดีนั้น ถ้าลองใช้ช้อนกวนดู จะพบว่า เริ่มกวนปุ๊บ ก็จะไหลปั๊บ แต่ไม่ว่าจะกวนเร็วหรือกวนช้า ของไหลกลุ่มนี้ก็ยังคงหนืดเท่าเดิม ของไหลที่มีนิสัยอย่างนี้มีชื่อเรียกว่า ของไหลแบบนิวโตเนียน (Newtonian fluid) ตามชื่อ เซอร์ไอแซค นิวตัน ยอดนักฟิสิกส์ ที่ว่ากันว่าโดนแอปเปิ้ลตกใส่ศีรษะจนปิ๊งเรื่องความโน้มถ่วงไงครับ ถ้าใครเคยนวดแป้งทำขนม อาจจะเคยสังเกตว่า ตอนแป้งผสมน้ำหมาด ๆ นั้น ถ้าจับเบา ๆ หรือใส่ถ้วยเขย่าดู จะเห็นน้ำแป้งไหลไปมาอย่างง่ายดาย แต่ถ้าคนน้ำแป้งแรง ๆ หรือปั้นคลึงเร็ว ๆ เนื้อแป้งจะกลับหนืดขึ้นอย่างน่าพิศวง เรียกว่า ยิ่งกวนเร็ว- ยิ่งหนืด (shear thickening) ของไหลแบบนี้เรียกว่า ของไหลไดลาแทนต์ (dilatant fluid) แต่ถ้าคุณไม่ชอบเข้าครัว ก็ลองไปเที่ยวทะเล แล้วไปเดินเล่นชายหาดแถว ๆ ที่คลื่นซัดน้ำเข้ามาถึงเป็นระยะ คุณจะพบว่า ถ้าคุณก้าวช้า ๆ เท้าก็จะกดเข้าไปลึก แต่ถ้าคุณวิ่งเร็ว ๆ พื้นทรายจะแข็งขึ้น (หรือหนืดมากขึ้น) จนแทบไม่ทิ้งรอยเท้าไว้เลย! ที่เป็นเช่นนี้เพราะทรายชายหาดมีน้ำแทรกอยู่พอประมาณ เม็ดทรายยังเกาะตัวกันดีพอสมควร (เด็ก ๆ ก็เลยก่อกองทรายเป็นรูปร่างต่าง ๆ ได้ไงครับ) แต่เมื่อเท้าของคุณเหยียบลงไป เม็ดทรายจะถูกบีดอัดเข้าหากัน ทำให้น้ำถูกไล่ออก ทำให้ทรายเปียกตามชายหาดมีพฤติกรรมต้านแรงที่มากระทำเหมือนกับน้ำแป้ง นั่นคือ เหยียบแรง ๆ จะทรายจะแข็ง เหยียบช้า ๆ ทรายจะนุ่ม แต่โลกนี้มักจะมีของคู่กันเสมอ (เช่น ครูกับศิษย์ หรือ ธุรกิจกับส่วย) ซึ่งหมายความว่า มีสสารบางอย่างที่มีพฤติกรรมตรงข้ามกับน้ำแป้งและหาดทราย นั่นคือ ยิ่งกวนเร็ว-ยิ่งไหลง่าย (shear thinning) โดยสสารกลุ่มนี้มีก๊วนย่อย ๆ อีก 2 ก๊วน ได้แก่ พวกที่กวนปุ๊บก็ไหลปั๊บ เช่น กาวน้ำใส เรียกว่า ของไหลซูโดพลาสติก (pseudoplastic fluid) ส่วนอีกพวกหนึ่งนั้น ต้องเขย่าแรงพอเพื่อเอาชนะค่าความเค้น ณ จุดคราก (yield stress) ถึงจะเริ่มไหลได้ แต่พอไหลแล้วก็จะหนืดน้อยลงเมื่อกวนเร็วขึ้น เช่น ซอสมะเขือเทศ เรียกว่า ของไหลพลาสติก (plastic fluid) ที่ว่ามานี้ เป็นการกวนของไหลให้เร็วขึ้นเรื่อย ๆ แล้วดูว่าความหนืดเปลี่ยนแปลงไปหรือไม่? อย่างไร? แต่หลังจากที่คุณเขย่าขวดซอสมะเขือเทศ แล้วเทซอสลงในถ้วยเล็ก ๆ และกวนต่อไปเรื่อย ๆ อย่างสม่ำเสมอ (อัตราเร็วคงที่) ก็จะพบว่า ยิ่งกวนนาน-ยิ่งไหลง่าย ซึ่งเป็นพฤติกรรมอีกอย่างหนึ่งของซอสมะเขือเทศที่เรียกว่า ทิโซทรอปี (thixotropy) แน่นอนว่า ซอสมะเขือเทศ ย่อมต้องมีคู่อีกเช่นกัน (ไม่ได้หมายถึง ไส้กรอก หรือไก่ทอดตรา ‘ตาแป๊ะหนวดขาว’ นะคร้าบ!) มีสสารบางอย่างที่ ยิ่งกวนนาน-ยิ่งหนืด เช่น กาวลาเทกซ์ เพราะอนุภาคของยางในกาวค่อนข้างเหนียวหนึบ พอกวนนาน ๆ เข้าอนุภาคพวกนี้ก็เลยมาเกาะรวมกันมากขึ้น (แต่ปัจจุบันเข้าใจว่าได้มีการเติมสารที่ลดการรวมตัวกันของอนุภาคแล้ว) พฤติกรรมแบบนี้เรียกว่า รีโอเพ็กซี่ (rheopexy) (บางท่านบอกว่า ไข่ขาวก็มีพฤติกรรมคล้าย ๆ แบบนี้เช่นกัน)

หน้าที่ 2 - ตกบ่อทรายดูด


แล้ว ‘ทรายดูด (quicksand)’ ล่ะเป็นยังไง? น่ากลัวเหมือนในหนังฮอลลีวู้ดไหม? ทรายดูดต่างจากทรายเปียกบนชายหาดตรงที่ว่า ทรายดูดมีน้ำในปริมาณที่มากเกินอิ่มตัว ทำให้เม็ดทรายแยกจากกันเกือบสิ้นเชิง เมื่อมีแรงค่อย ๆ มากระทำ ความหนืดก็จะลดลง คล้าย ๆ กับซอสมะเขือเทศที่ถูกกวนไปเรื่อย ๆ จนนุ่มขึ้น ถ้าคุณตกบ่อทรายดูด แล้วพยายามตะกาย ก็จะทำให้ทรายดูดไหลได้ดีขึ้น (เพราะมีความหนืดลดลง) ร่างกายก็จะจมลงไป แม้ว่าตัวคุณจะมีความหนาแน่นต่ำกว่าทรายดูดก็ตาม

แต่ถ้าคุณดิ้นแรง ๆ ทรายดูดส่วนที่อยู่ใกล้ ๆ กับผิวของคุณจะแข็งตัวขึ้นชั่วขณะ (เพราะมีความหนืดสูงขึ้น) แบบนี้ก็แย่เหมือนกัน เพราะคุณจะถูกตรึงจนขยับตัวไม่ค่อยได้

ผู้รู้แนะนำว่า ถ้าอยากรอด ก็จงปล่อยตัวนอนหงายสบาย ๆ ไม่เกร็ง ไม่ดิ้น และถ้ามีท่อนไม้พยุงขวางรองรับตัวอยู่ ก็จะช่วยให้คุณมีโอกาสรอดมากขึ้น โดยคุณต้องค่อย ๆ เลื่อนตัวลอยเข้าหาขอบบ่อ (ส่วนผมแนะนำว่า อย่าซุ่มซ่ามเผลอตกลงไปเป็นดีที่สุด)

แต่ถ้าตก ‘ถังซอสมะเขือเทศ’ จะต้องทำยังไงบ้าง ใครรู้ช่วยบอกทีสิครับ! (เอ๊ะ! หรืออยาก (เป็นหนู) ตกถังข้าวสารมากกว่า ..ฮิ..ฮิ)



แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์

ขอขอบคุณ ดร.อศิรา เฟื่องฟูชาติ นักวิจัย และหัวหน้าห้องปฏิบัติการรีโอโลยี ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (MTEC) สำหรับข้อมูลและคำแนะนำต่าง ๆ ในบทความนี้
ตีพิมพ์ครั้งแรกในคอลัมน์ Know How & Know Why หนังสือพิมพ์กรุงเทพธุรกิจ
ดร.บัญชา ธนบุญสมบัติ
buncht@mtec.or.th