ดัดแปลงและเรียบเรียงจากบทความ “บรรลัยวิทยา”
โดย โฆษิต วงค์ปิ่นแก้ว วิศวกรอาวุโส
ทีมวิจัยการวิเคราะห์ความเสียหายและวิศวกรรมการเชื่อถือ
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค)

ชานมไข่มุกเป็นเครื่องดื่มที่มีต้นกำเนิดจากไต้หวัน ก่อนจะแพร่ขยายและครองความนิยมไปทั่วโลกรวมถึงประเทศไทย เอกลักษณ์อย่างหนึ่งที่มาพร้อมกับชานมไข่มุกคือ การปิดฝาแก้วด้วยฟิล์มพลาสติก ซึ่งก่อนดื่มเราต้องใช้หลอดปลายแหลมเจาะบนแผ่นฟิล์มพลาสติก การเจาะต้องทำอย่างรวดเร็วเพื่อไม่ให้ชานมในแก้วหกล้นออกมา

อาจมีคำถามว่าเหตุใดการเจาะจึงต้องทำอย่างรวดเร็ว? วัสดุศาสตร์และศาสตร์ของการวิเคราะห์ความเสียหายมีคำอธิบายดังนี้

การที่ต้องเจาะและกระแทกหลอดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากต้องการให้ฟิล์มที่มีสมบัติเหนียวเกิดการฉีกขาดทันที และลดโอกาสการยืดตัวของฟิล์มให้น้อยที่สุด ในทางตรงข้ามหากเราเจาะอย่างช้าๆ ฟิล์มจะเกิดการยืดตัวแบบถาวร (plastic deformation) โดยจะยืดตัวอย่างช้าๆ จนถึงระดับน้ำชาในแก้ว และอาจทำให้น้ำชาหกเลอะเทอะได้

ในทางวัสดุศาสตร์เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า การเปลี่ยนสมบัติจากเหนียวไปเป็นเปราะ (ductile-to-brittle transition) อันเป็นผลจากแรงกระทำทางกลที่สูง ซึ่งในกรณีนี้สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อฟิล์มรับแรงเกินพิกัดมากๆ คือถูกเจาะกระแทกอย่างรวดเร็ว

นอกจากอิทธิพลของแรงแล้ว อุณหภูมิที่ต่ำก็สามารถทำให้วัสดุเปลี่ยนสมบัติจากเหนียวเป็นเปราะได้ด้วยเช่นกัน ตัวอย่างที่โดดเด่น เช่น กรณีการอับปางของเรือไททานิก

เรือไททานิกออกเดินทางครั้งแรกในช่วงฤดูหนาวซึ่งอากาศเย็นจัด และในช่วงเวลานั้นองค์ความรู้ด้านโลหะวิทยายังมีจำกัด กล่าวคือ เหล็กกล้าที่ใช้ต่อเรือยังไม่มีการเติมธาตุนิกเกิล (nickel) ซึ่งมีสมบัติช่วยให้เหล็กมีความเหนียวและรับแรงกระแทกได้ดีขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส

นอกจากนั้นเหล็กกล้าที่ใช้สร้างเรือในยุคนั้นยังมักมีสารมลทินเจือปนอยู่มาก ผลก็คือการกระแทกของเรือกับภูเขาน้ำแข็งเพียงครั้งเดียว ก็เพียงพอทำให้เรือเกิดแตกร้าว จนน้ำทะเลไหลเข้ามา ส่งผลให้เรือจมลงในที่สุด

กลับมาที่ชานมไข่มุก นอกเหนือจากปัจจัยแผ่นฟิล์มบนฝาแล้ว ปลายหลอดที่เฉียงและแหลมก็เป็นอีกปัจจัยสำคัญ จุดปะทะระหว่างปลายหลอดและฟิล์มจะเกิดความเค้น (stress) สูงเนื่องจากแรงที่กระทำจะถูกส่งผ่านพื้นที่เล็กๆ บนปลายหลอด

น่ารู้ด้วยว่าการเจาะฟิล์มพลาสติกด้วยหลอดปลายตัดเฉียงใช้หลักการคล้ายคลึงกันกับกระสุนเจาะเกราะ เนื่องจากหัวกระสุนได้รับการออกแบบให้มีลักษณะแหลมและแข็ง จึงทำให้เมื่อกระสุนปะทะกับเกราะจะมีอัตราการเสียรูปต่ำ อีกทั้งพื้นที่หน้าตัดซึ่งมีขนาดเล็กจะทำให้เกิดความเค้นสูงที่จุดปะทะ เมื่อความเค้นสูงเกินความสามารถที่เกราะจะรับได้ กระสุนจึงพุ่งทะลุเกราะในที่สุด

ข้อมูลเพิ่มเติมติดต่อ:
คุณโฆษิต วงค์ปิ่นแก้ว วิศวกรอาวุโส
ทีมวิจัยการวิเคราะห์ความเสียหายและวิศวกรรมการเชื่อถือ
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค)
โทรศัพท์: 0 2564 6500 ต่อ 4735