ทำไมลูกกอล์ฟจึงมีรอยบุ๋มเล็กๆจำนวนมาก

                    กีฬากอล์ฟเป็นกีฬาที่ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย กติกาคร่าวๆคือใครตีลูกลงหลุมต่างๆที่กำหนดไว้โดยใช้จำนวนการตีน้อยที่สุดจะเป็นผู้ชนะ ถ้าเราหยิบลูกกอล์ฟมาสังเกตดูจะพบว่าลูกกอล์ฟนั้นมีรอยบุ๋มเล็กๆจำนวนมากอยู่ที่บริเวณพื้นผิว ลูกกอล์ฟปรกติในปัจจุบันแต่ละลูกมีรอยบุ๋มเล็กๆประมาณ 300 แห่งทั่วพื้นผิว ในอดีตลูกกอล์ฟนั้นมีลักษณะกลมไม่มีรอยบุ๋ม แต่ต่อในประมาณกลางคริสต์ศตวรรษที่ 19 มีคนค้นพบว่าเมื่อลูกกอล์ฟมีรอยบุ๋มสามารถตีได้ไกลยิ่งขึ้น เช่นถ้าไม่มีรอยบุ๋มจะสามารถตีลูกกอล์ฟได้ไกล 100 เมตร แต่ถ้าลูกกอล์ฟมีรอยบุ๋มจะตีได้ไกลเป็น 200 เมตร นั่นหมายความว่าไกลขึ้นประมาณ 2 เท่า คนสมัยก่อนค้นพบว่าการมีรอยบุ๋มทำให้ตีลูกกอล์ฟได้ไกลขึ้น แต่ยังไม่รู้แน่ชัดว่าเพราะเหตุใด เป็นเพียงการลองผิดลองถูก (trial and error) ซึ่งนับเป็นหนึ่งในกระบวนการเรียนรู้ที่สำคัญ แต่ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ทราบแล้วว่าสาเหตุการตีลูกกอล์ฟได้ไกลขึ้นเกิดจากเหตุใด


          เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ไปก็มักมีแรงเสียดทานเข้ามาเกี่ยวข้อง แรงเสียดทานหมายถึงแรงที่ต้านการเคลื่อนที่ โดยมีทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ โดยแรงเสียดทานสามารถพิจารณาได้เป็น 2 ช่วงเวลาคือช่วงที่วัตถุยังไม่เคลื่อนที่เพราะแรงที่ใช้ในการพยายามการเคลื่อนที่ยังไม่อาจเอาชนะแรงเสียดทานได้ โดยเราเรียกกรณีนี้ว่าแรงเสียดทานสถิต (static friction) และช่วงเวลาที่วัตถุเคลื่อนที่ เราเรียกกรณีนี้ว่าแรงเสียดทานจลน์ (kinetic friction) เช่นในกรณีที่ลูกกอล์ฟเคลื่อนที่ผ่านอากาศแรงเสียดทานพื้นผิว (surface friction) เช่นระหว่างของแข็งที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศหรือของเหลว โดยทั่วไปแล้วถ้ามีพื้นที่ผิวมากขึ้น แรงเสียดทานก็จะมากขึ้น เมื่อลูกกอล์ฟมีรอยบุ๋มจำนวนมากนั่นทำให้ลูกกอล์ฟมีพื้นที่ผิวมากขึ้นและนั่นก็ทำให้ แรงเสียดทานพื้นผิวของลูกกอล์ฟมีมากขึ้น ลูกกอล์ฟก็ควรที่จะเคลื่อนที่ได้เป็นระยะทางที่น้อยกว่า แต่ทำไมกลับไม่เป็นเช่นนั้น           นั่นเพราะยังมีอีกสิ่งสำคัญที่ควรกล่าวถึง เมื่อลูกกอล์ฟถูกตี ลูกกอล์ฟจะมีความเร็วเริ่มต้นเคลื่อนที่ผ่านอากาศ แต่อากาศจะสร้างแรงต้าน (drag) ให้แก่ลูกกอล์ฟในทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ โดยระหว่างที่ลูกกอล์ฟเคลื่อนที่ผ่านอากาศในกรณีของลูกกอล์ฟกลม พื้นที่ด้านหลังลูกกอล์ฟนี้เรียกว่า wake คือพื้นที่โซนที่ความดันต่ำ (low pressure zone) พื้นที่นี้เองทำให้ลูกกอล์ฟเคลื่อนที่ช้าลง ส่วนในกรณีที่ลูกกอล์ฟมีรอยบุ๋มจำนวนมาก รอยบุ๋มนี้จะสร้างการไหลปั่นป่วน (turbulent flow) รอบๆลูกกอล์ฟ และสิ่งที่เองทำให้พื้นที่ด้านหลังลูกกอล์ฟพื้นที่โซนที่ความดันต่ำมีขนาดเล็กลง ทำให้ลูกกอล์ฟสามารถเคลื่อนที่ไปได้ไกลขึ้น

          ยังมีอีกสิ่งหนึ่งที่น่าสนใจเรียกว่าปรากฏการณ์แมกนัส (Magnus effect) คือปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นพบเห็นได้ทั่วไปเมื่อวัตถุที่มีทรงกลมมีการหมุนและการเคลื่อนที่ไปพร้อมกัน พบได้ในกีฬาหลายชนิดเช่น ปิงปอง เทนนิส หรือกอล์ฟ โดยลูกกอล์ฟจะเคลื่อนที่แบบการหมุนกลับ (backspin) เมื่อถูกไม้กอล์ฟตีด้วยความเร็วสูง เมื่อเคลื่อนที่ไปข้างหน้าผ่านอากาศ พื้นที่ด้านบนลูกกอล์ฟอากาศจะเคลื่อนผ่านด้วยความเร็วสูง ความดันอากาศต่ำ ส่วนพื้นที่ด้านล่างลูกกอล์ฟอากาศจะเคลื่อนที่ผ่านด้วยความเร็วต่ำกว่าด้านบน และความดันอากาศสูงกว่าด้านบน ทำให้เกิดแรงยก (lift) การที่ลูกกอล์ฟมีรอยบุ๋มเล็กจำนวนมากจะช่วยเพิ่มแรงยกนี้มากขึ้นกว่าเดิม ปรากฏการณ์แมกนัสจะเกิดขึ้นกลับกันถ้าลูกบอลเคลื่อนที่แบบการหมุนไปข้างหน้า (topspin) อย่างที่เราเห็นในกีฬาเทนนิสหรือปิงปองที่ลูกข้ามผ่านตาข่ายและโค้งลงอย่างสวยงาม


          และนี้ก็เป็นเหตุผลว่าทำไมลูกกอล์ฟจึงมีรอยบุ๋มเล็กๆจำนวนมาก ต่อไปเมื่อเราดูโทรทัศน์ถ่ายทอดสดการแข่งขันกอล์ฟรายการเมเจอร์สำคัญต่างๆเราก็คงทราบแล้วว่าทำไมโปรกอล์ฟสามารถตีลูกไปได้ระยะไกล

 

• Fuster, J. (2016, April 19). The Role of Physics in Golf. Retrieved from http://large.stanford.edu/courses/2015/ph240/fuster2/
• (n.d.). Physics Of Golf. Retrieved from https://www.real-world-physics-problems.com/physics-of-golf.html
• Magnus effect.  (2010). Encyclopædia Britannica. Encyclopaedia Britannica Ultimate Reference Suite.  Chicago: Encyclopædia Britannica.
• https://www.youtube.com/watch?v=fcjaxC-e8oY
• https://www.youtube.com/watch?v=2B_bkDOnwJY