วิทยาศาสตร์ในห้องเรียน กับการที่คนเราแยกเสียงน้ำร้อน/น้ำเย็นได้

รู้หรือไม่ ว่าคุณสามารถแยกเสียงของน้ำร้อน ออกจากเสียงของน้ำเย็นได้…

คุณไม่ได้หลอนหรือคิดไปเอง และมันก็ไม่ใช่พลังวิเศษเหนือมนุษย์ด้วย เพราะมนุษย์เราสามารถแยกเสียงน้ำจากอุณหภูมิได้จริง ซึ่งที่สำคัญก็คือ เรื่องราวดังกล่าวสามารถถูกอธิบายได้ ด้วยเนื้อหาที่ถูกสอนในห้องเรียนเลยด้วยซ้ำ

#เรียนไปก็ไม่ได้ใช้ วันนี้ จะพาทุกคนย้อนเวลากลับไปสู่คาบเรียนเคมีและฟิสิกส์ในวัยมัธยมกันอีกครั้ง เพื่อเจาะหาคำตอบว่า ปรากฎการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ทำไมเสียงถึงต่างกัน?

หากคุณต้องการทดลองระหว่างอ่านบทความนี้ไปด้วย อาจลองไปเปิดฝักบัวหรือก๊อกน้ำในบ้าน ที่แยกน้ำร้อนน้ำเย็นได้ หรืออาจเทน้ำร้อนกับน้ำเย็นลงในแก้วน้ำ จากระดับความสูงเดียวกัน และลองฟังเสียงความแตกต่างนั้นดูได้เลย

หรือถ้าอยากลองแบบออนไลน์ ก็สามารถคลิกฟังกันได้ที่นี่

ทีนี้สำหรับเหตุที่มันเป็นเช่นนั้น ก็เพราะว่าน้ำในรูปแบบของเหลว จะมีความหนืดน้อยลงเมื่อมีอุณหภูมิที่สูงขึ้น ซึ่งความหนืดในที่นี้ ก็คือความสามารถในการต้านทานการไหล เมื่อมีแรงมากระทำ เช่น น้ำมันหล่อลื่นเครื่องยนต์ หรือ น้ำผึ้ง ที่มีความหนืดสูงจนสังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า

หากลองเทน้ำผึ้งที่มีอุณหภูมิสูงออกมา จะพบว่ามันสามารถไหลออกมาได้ง่ายดายกว่าน้ำผึ้งที่เย็นกว่า ซึ่งหลักการนี้ก็เกิดขึ้นเหมือนกันกับในน้ำแบบธรรมดา เพียงแค่ว่าเราไม่สามารถมองเห็นความแตกต่างของความหนืดได้ด้วยตาเท่านั้นเอง

สำหรับน้ำธรรมดานั้น หากเราลองส่องดูถึงขั้นของโมเลกุล จะเห็นไฮโดรเจน 2 อะตอมที่ปลาย จับกับออกซิเจน 1 อะตอมด้วยพันธะโควาเลนต์ ซึ่งโมเลกุลของน้ำ เชื่อมต่อกันอย่างเหนียวแน่นด้วยพันธะไฮโดรเจน แต่เมื่อเพิ่มอุณหภูมิเข้าไป ก็จะเห็นได้ว่าโมเลกุลเหล่านี้จะมีการเคลื่อนที่ไปมามากยิ่งขึ้น จนทำให้ความต้านทานการไหลนั้นต่ำลงไปนั่นเอง

เรื่องที่ไม่รู้ว่ารู้แล้ว

เพราะว่าในชีวิตคนเรา ต้องเคยได้ยินเสียงของน้ำร้อนและน้ำเย็นมาแทบนับครั้งไม่ถ้วน ไม่ว่าจะในระหว่างการเทน้ำออกจากขวด เปิดก๊อกน้ำ หรือเดินผ่านแหล่งน้ำธรรมชาติก็ตาม จึงทำให้การแยกเสียงเหล่านี้ แทบจะกลายเป็นส่วนหนึ่งในสัญชาตญาณของมนุษย์เราไปแล้ว

นอกเหนือจากจะช่วยให้เราแยกเสียงอุณหภูมิของน้ำได้ หลักพลศาสตร์ของไหล ก็ยังอยู่เป็นเบื้องหลังอีกหลายสิ่งหลายอย่างในชีวิตประจำวันอีกด้วย

ตัวอย่างเช่น ยาสีฟันจะไม่ไหลออกมาตามแรงโน้มถ่วงของโลก แต่เมื่อออกแรงบีบ มันก็สามารถเปลี่ยนความหนืดให้ออกมาได้อย่างง่ายดาย ซึ่งนี่คือของไหลแบบ นอนนิวโตรเนียน นั่นเอง

นอกเหนือจากนั้น หากใครที่จดจำลูกยิงฟรีคิกปั่นโค้งของ โรเบอร์โต คาร์ลอส ที่อ้อมกำแพงและเลี้ยวเข้าประตูไปอย่างสวยงามได้นั้น มาจากปรากฏการณ์แมกนัส ที่อธิบายความสัมพันธ์ของความเร็วในการหมุนของลูกบอล กับการโค้งของลูก ที่เผชิญการไหลผ่านของอากาศแบบปั่นป่วน ซึ่งมีแรงต้านอากาศที่ต่ำ จึงทำให้ลูกยิงปาฏิหาริย์ดังกล่าวขึ้นมาได้

เรื่องราวของพลศาสตร์ของไหล อาจฟังดูเป็นสิ่งที่ไกลตัว และยากที่จะทำความเข้าใจในห้องเรียน แต่แท้จริงแล้วนั้น มันกลับแฝงอยู่กับแทบทุกสิ่งในชีวิตประจำวันของเราเลย ไม่ว่าจะผ่านสายน้ำที่รินไหล อากาศที่ลอยผ่าน หรือกับสิ่งของเครื่องใช้รอบตัวเราเองก็ตาม