วอร์เทกซ์วงแหวน Ring Vortex

วอร์เทกซ์วงแหวน Ring Vortex

บทนำ Ring vortex หรือ วอร์เทกซ์วงแหวน เป็นปรากฎการณ์ธรรมชาติอย่างหนึ่ง ที่มีส่วนคล้ายคลึงกับพายุหมุน แต่แทนที่แกนกลางจะเป็นแนวตรง กลับเป็นวงกลมแทน ในการระเบิดของภูเขาไฟบางครั้ง ก้อนอากาศจะถูกอัดกระเด็นออกมาด้วยความแรง เมื่อวิ่งผ่านควัน ก็จะม้วนรวมควันเข้าไปในต้วด้วย จีงเรียกว่า smoke ring vortex อุปกรณ์จำลองการเกิด smoke vortex ring นี้ ทำขึ้นง่ายๆ จากกล่องกระดาษ เจาะรูกลมด้านหน้า และเปลี่ยนฝาหลังให้มีการยืดหยุ่นได้ เมื่อบรรจุควันเข้าไปในกล่อง เช่น ควันธูป แล้วเคาะเบาๆ ที่ด้านหลัง จะปรากฎ smoke ring vortex ออกมาจากด้านหน้ากล่อง น้องๆ สามารถเล่นสนุก เรียนสนุก กับ ring vortex ได้หลายอย่าง อาทิ ยิงขึ้นที่สูง, ยิงดับเปลวเทียน, เป็นต้น ทำแล้ว สำเร็จหรือไม่สำเร็จ เขียนมาบอกกันบ้างนะครับ ถ้ามีรูปสวยๆ มาแบ่งกันดูบ้าง ก็ยิ่งดีครับ การค้นคว้าวิจัยเรื่องวอร์เทกซ์วงแหวน ที่แรกบน web ที่ผู้สนใจเรื่องวอร์เทกซ์ และ วอร์เทกซ์วงแหวน พลาดชมไม่ได้ทีเดียว คือ web ของ T.T.Lim คุณ Lim จบปริญญาเอกจาก University of Melbourne ออสเตรเลีย แล้วมาทำวิจัยเรื่องวอร์เทกซ์อยู่ที่ Fluid Mechanics Division, Department of Mechanical Engineering ของ National University of Singapore (NUS) บนหน้า web นี้ จะมีภาพและวีดีโอที่น่าตื่นตาตื่นใจมาก เช่น การชนกันของวอร์เทกซ์วงแหวน, การทะลุและกระโดดของวอร์เทกซ์วงแหวน, และภาพของวอร์เทกซ์อื่นๆ บน web ของ woodrow.org มีภาพการทดลองวอร์เทกซ์วงแหวน แสดงให้เห็นว่า ขนาดของวงแหวนจะใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ตามระยะทางที่มันเคลื่อนที่ไป รายละเอียดของวอร์เทกซ์วงแหวน หาอ่านได้บน Wikipedia เช่นกันครับ จะเห็นภาพกราฟฟิคที่แสดงให้เห็นความเกี่ยวข้องของเฮลิคอปเตอร์ กับวอร์เทกซ์วงแหวน ด้วยครับ ยังมีงานวิจัยของประเทศอื่นๆ อีกนะครับ เช่น ที่ประเทศญี่ปุ่น ลองใช้ google หาดูได้ครับ ใช้ keyword ว่า ring, vortex, research ขอขอบคุณคุณครู, ผู้ปกครอง และ นักเรียน ที่ให้ความสนใจกิจกรรมปืนใหญ่วอร์เทกซ์วงแหวน ณ บูธของ สทอภ. ในงานมหกรรมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ ประจำปี 2552 ณ อิมแพค เมืองทองธานี ครับเชิญชมภาพในงานฯ ครับ กิจกรรมวันเสาร์ที่ 15 สิงหาคม 2552 ภาพกิจกรรมบน FaceBook วอร์เทกซ์วงแหวน แค่วงแหวนหลอกเด็ก หรือเทคโนโลยีอนาคต ? ผู้อ่านบางท่านที่มีโอกาสไปเที่ยว งานสัปดาห์วิทยาศาสตร์ 3-4 ปีที่ผ่านมา อาจได้เห็นควันรูปคล้ายขนมโดนัทหลายลูก วิ่งออกไปหลายทิศทาง เร็วบ้างช้าบ้าง ทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่ บางลูกชนกันแล้วสลายตัวไป ในขณะที่บางลูกโดนชนแล้วเบี้ยวไปมา ดูแล้วน่าสนุกยิ่งนักปรากฏการณ์ที่เห็นนั้น เป็นการจำลองการเกิดปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอย่างหนึ่งที่หาดูได้ยากยิ่ง เรียกว่า "ควันวอร์เทกซ์วงแหวน" หรือ "Smoked Ring Vortex" นั่นเอง ที่ว่าหาดูได้ยาก ก็เพราะเจ้าวอร์เทกซ์วงแหวนนี้ เคยเกิดขึ้นในช่วงการระเบิดของภูเขาไฟ ในช่วงที่สภาวะอำนวย การระเบิดจะกระแทกก้อนอากาศให้หลุดกระเด็นออกมาด้วยความเร็ว ก้อนอากาศที่ว่านี้เมื่อเกิดในบริเวณที่มีควัน ก็จะม้วนรวมเอาควันให้เคลื่อนที่ไปด้วยกัน ในลักษณะที่เสถียรที่สุด ซึ่งก็คือรูปแบบของวงแหวนนั่นเอง ทำไมต้องเป็นรูปวงแหวนด้วย ? ทำไมไม่เป็นรูปอื่นๆ บ้าง เช่น ก้อนกลม หรือ สี่เหลี่ยมลูกบาศก์ สาเหตุก็เพราะว่าเมื่อก้อนอากาศเดินทางผ่านอากาศ มวลอากาศที่อยู่ด้านในก้อน จะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่ามวลอากาศที่อยู่รอบนอกของก้อนอากาศ เนื่องจากแรงเสียดทานระหว่างผิวด้านนอกกับอากาศรอบๆ ที่มันเคลื่อนตัวผ่าน เมื่อมวลอากาศตรงกลางเคลื่อนที่ทะลุผ่านออกไป ก็จะถูกม้วนกลับออกทางด้านผิวนอก แล้วกลับเข้ามายังด้านท้ายอีก จนในที่สุดกลายเป็นรูปวงแหวนอย่างที่เราเห็นกัน ภาพการเกิดวอร์เทกซ์วงแหวนจากภูเขาไฟ Etna ดูได้ที่ web ของ BBC และ ที่ web ของ ceticismoaberto วอร์เทกซ์วงแหวนนี้ เกิดได้ทั้งในอากาศ และในของไหลอื่น เช่น น้ำ โดยเมื่อเกิดวงแหวนของอากาศในน้ำ จะเรียกว่า บับเบิ้ลริง (Bubble Ring) หากสนใจดูภาพสวยๆ ของบับเบิ้ลริง เข้าไปดูได้ที่ web ของ BubbleRings หรือจะชมวีดีโอคลิปวิธีการทำบับเบิ้บริง ที่หนุ่มคนหนึ่ง เป่าอากาศจากปากที่ก้นสระว่ายน้ำ ได้ที่ web ของ cre.ations.net web ของ earthtrust.org รายงานว่าปลาโลมาสามารถสร้างบับเบิ้ลริงได้ จริงหรือเท็จคงต้องพิจารณากันเองครับ เข้าไปอ่านได้ที่ web ของ earthtrust.org

การ(บังเอิญ)เกิด smoke ring vortex ในประเทศไทย ในประเทศไทยเอง ก็เคยเกิดปรากฏการณ์วอร์เทกซ์วงแหวนขึ้นนะครับ มีคนเห็นหลายคนและถ่ายภาพไว้ด้วย... หนังสือพิมพ์ข่าวสด วันพุธที่ 29 ตุลาคม 2546 ลงข่าวการเกิดควันวอร์เทกซ์วงแหวน ในระหว่างการถ่ายทำละครโทรทัศน์ "สายโลหิต" เมื่อครั้งไปถ่ายทำที่ อ.สังขละบุรี จ.กาญจนบุรี ซึ่งเป็นฉากการยิงต่อสู้ด้วยปืนใหญ่ระหว่างทัพไทย กับทัพศัตรู ผลจากการระเบิดของถุงน้ำมันที่ซ่อนไว้ในหลุม ทำให้เกิดควันวอร์เทกซ์วงแหวนสีดำขึ้น เนื่องจากเป็นวันที่ไม่มีลม วงแหวนสีดำดังกล่าวจึงค่อยๆ ลอยขึ้นบนอากาศได้เป็น เวลานาน ให้ผู้คนในกองถ่ายได้ตกตะลึงกันถ้วนหน้า   ขอขอบคุณไทยทีวีสีช่อง 3 และบางกอกการละคอน ที่ให้ความอนุเคราะห์รูป เพื่อเป็นวิทยาทาน

การประยุกต์ใช้วอร์เทกซ์วงแหวน ป้ายโฆษณาของบุหรี่ตราอูฐ ที่ ไทม์แสควร์ การประชาสัมพันธ์บุหรี่ ที่นับว่านานที่สุดและมีชื่อเสียงที่สุด คงจะไม่พ้นป้ายโฆษณาของบุหรี่ยี่ห้อ Camel เป็นแน่แท้ ในช่วงประมาณ ปี ค.ศ.1941-1965 มีการติดตั้งเครื่องสร้างควันวอร์เทกซ์วงแหวนด้านหลังป้ายโฆษณาบุหรี่ขนาดใหญ่ของ Camel ที่ ไทม์แสควร์ มุมถนนบรอดเวย์ กับถนนสายที่ 44 เมื่อมองจากด้านหน้าจะเป็นภาพของคนสูบบุหรี่ พ่นควันบุหรี่รูปวงแหวน ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 2 ฟุต ออกมาอย่างต่อเนื่อง พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ ในต่างประเทศหลายแห่ง จะมีอุปกรณ์สร้างควันวอร์เทกซ์วงแหวน ไว้ให้เด็กๆ และผู้เข้าชมลองเล่น ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ได้รับความนิยมมาก เนื่องจากเป็นปรากฏการณ์ที่ ดูสวยงาม และเล่นได้ง่าย ตัวอย่างเช่น Nagoya City Science Museum, ที่ National History Museum ประเทศอังกฤษ และที่ 21c Museum บริษัทของเล่น เล็งเห็นกำไรจากเทคโนโลยีนี้ ได้ผลิตของเล่นออกมาจำหน่ายแล้ว ได้แก่ Airzooka (หรือ Air Bazooka) ของบริษัท Can You Imagine และ Zero Blasterของ บริษัท Zero Toys Airzooka เป็นปืนวอร์เทกซ์ขนาดใหญ่ ที่สามารถเป่าเทียนให้ดับอย่างแม่นยำได้ในระยะ 6 เมตร และยิงได้ไกลถึง 20 เมตร ในขณะที่ Zero Blaster เป่าควันวอร์เทกซ์วงแหวนออกมาเบาๆ ได้อย่างต่อเนื่อง Airzooka ของบริษัทCan You Imagine ทางด้านการทหาร มี รายงานการพัฒนาปืนวอร์เทกซ์วงแหวน (Vortex Ring Gun) วอร์เทกซ์วงแหวนที่ยิงจากปืนดังกล่าวจะสามารถล้มหุ่นคนน้ำหนัก 75 กิโลกรัม จากระยะ 10 เมตร ส่วนปืนสำหรับใช้ทางการทหารจริง จะต้องสามารถใช้งานได้จากระยะ 20 เมตร ปืนที่ติดตั้งเทคโนโลยีวอร์เทกซ์วงแหวน จะเป็นปืนที่สามารถสลับใช้ ทั้งอาวุธที่ฆ่าคน (เช่น ลูกกระสุน หรือ ระเบิด) กับอาวุธที่ไม่ฆ่าคน (วอร์เทกซ์วงแหวน) ปืนดังกล่าวจะส่งแรงกระแทกที่มีความถี่ 10 ครั้งต่อวินาที ซึ่งสร้างผลกระแทกสูงสุดกับร่างกายของมนุษย์ นอกจากด้านการทหาร ฝรั่งยังวาดฝันที่จะประยุกต์ใช้วอร์เทกซ์วงแหวนในด้านอื่นๆ อีกด้วย ทั้งในด้านการรักษาความสงบเรียบร้อย, การดับเพลิง, และ การรักษาคนไข้ ด้านการทหาร วอร์เทกซ์วงแหวนสามารถนำแกสน้ำตา คาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำมัน-อากาศ ไปยังเป้าหมายทางการทหาร ตำรวจอาจยิงปืนวอร์เทกซ์วงแหวนเพื่อนำคาร์บอนไดออกไซด์ไปยังรถของคนร้ายที่แล่นอยู่ ทำให้รถเกิดปัญหาเครื่องยนต์ ทำให้รถหยุดหรือชะลอความเร็วลง ตำรวจดับเพลิงยิงวอร์เทกซ์วงแหวนบรรจุฮาลอน หรือคาร์บอนไดออกไซด์ เพื่อดับไฟในพื้นที่ที่เข้าไปได้ยาก แพทย์ใช้วอร์เทกซ์วงแหวนบรรจุละอองยาให้ผู้ป่วย ... Zero Blaster ของ บริษัท Zero Toys ผู้อ่านลองคิดเล่นๆ ดูก็ได้นะครับ ว่าเทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้ในด้านอะไรได้อีกบ้าง อนาคตจะเป็นอย่างไร ? ... ความรู้เรื่องวอร์เทกซ์วงแหวนยังคงมีให้ศึกษากันต่อไปอีกมากมาย ก่อนที่เราจะสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในเรื่องจริงจังได้นั้น เราคงต้องเข้าใจวอร์เทกซ์วงแหวนในระดับพื้นฐานก่อน ถ้างั้น...ใครมีกาละมังก้นรั่ว หรือ ถังน้ำก้นทะลุ รีบไปฉวยมาทำปืนใหญ่วอร์เทกซ์วงแหวนเล่นกันดีกว่านะ

การทำปืนเล็กควันวอร์เทกซ์วงแหวน ก่อนอื่น หาธูป ก่อนครับ ถุงพลาสติก : หาที่มีอยู่ในบ้านแหละครับ ถ้าหาขนาดที่ใกล้เคียงกับขนาดของกล่องใส่ทิชชูไม่ได้ ใช้ขนาดที่ใหญ่กว่านิดหน่อยก็ได้ครับ แกะเอาฐานของกล่องพลาสติกใส่ทิชชูม้วนออก กล่องพลาสติกใส่ทิชชูม้วน : จะลองหาอันเก่าๆ ที่ไม่ใช้แล้ว ที่วางอยู่ในบ้าน หรือจะซื้อใหม่ก็ไม่แพงครับ ช่องวงกลมตรงกลางควรมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณครึ่งหนึ่งของเส้นผ่าศูนย์กลางของกล่องฯ ใช้กรรไกรตัดถุงพลาสติกให้เรียบ สวมถุงพลาสติกเข้ากับกล่องทิชชูด้านฐาน (ที่มีช่องเปิดขนาดใหญ่) ใช้หนังสติ๊กรัดถุงกับกล่องทิชชู : ใช้แบบที่เป็นเส้นแบนๆ จะรัดดีกว่านิดหน่อยครับ ด้านหลังจะดูเป็นแบบนี้ครับ จุดธูปหลายๆ ดอก แล้วยื่นเข้าไปในปืนฯ รอให้ควันเต็ม ใช้มือข้างหนึ่งถือปืนฯ ไว้ แล้วใช้มืออีกข้างดึงถุงพลาสติกให้พองออกมากที่สุด จุดธูป 4-5 ดอก ให้มีแต่ควันนะครับ ไม่เอาเปลวไฟ ใส่ปลายธูป เข้าไปในปากด้านเล็กของปืนฯ ระวังอย่าให้ปลายธูปชนกับถุงพลาสติก เดี๋ยวเป็นรูครับ รอสัก 15 วินาที หรือจนกว่าควันธูปจะเต็มกล่องฯ แล้วดึงธูปออก ใช้มือข้างหนึ่งถือปืนฯ แล้วใช้มืออีกข้างตบที่ถุงพลาสติกเบาๆ จะเห็นควันวอร์เทกซ์วงแหวนพุ่งออกมา