บทที่ 19 สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน

บทที่ 19 สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน

[การแข่งขันรอบคัดเลือกระดับโรงเรียนสำหรับการแข่งขันความรู้ฟิสิกส์ประยุกต์ระดับมัธยมต้นแห่งชาติ]

ข้อที่ 1.

ข้อสอบแบบเติมคำในช่องว่าง

"ดังที่แสดงในรูป ท่อนไม้ที่มีน้ำหนัก G=10N เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่เป็นเส้นตรงบนพื้นราบเรียบลื่น หากได้รับแรงดึง F=5N ในแนวระดับ แรงเสียดทานที่ท่อนไม้ได้รับจะเท่ากับ () N"

เฉินจัวจับปากกา มือค้างอยู่กลางอากาศ จ้องมองตัวอักษรไม่กี่คำในโจทย์ข้อนั้น

พื้นราบเรียบลื่น

เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่เป็นเส้นตรง

หว่างคิ้วของเขากระตุกโดยสัญชาตญาณ

ความรู้สึกไม่สบายใจอย่างรุนแรงพุ่งพล่านไปตามเส้นประสาทตาตรงเข้าสู่สมอง

มาอีกแล้ว

ไอ้อุดมคติจอมปลอมที่ถูกตอนจนกุดและสร้างขึ้นมาเพื่อการสอบเฮงซวยนี่มาอีกแล้ว

ในสายตาของครูออกข้อสอบระดับมัธยมต้น โลกใบนี้ช่างเรียบง่ายและหยาบกระด้างอยู่เสมอ

พื้นดินเรียบลื่นสมบูรณ์แบบเสมอ วัตถุแข็งเกร็งเสมอ อากาศเป็นสุญญากาศเสมอ

ไม่มีการเสียรูป ไม่มีการแตกหัก ไม่ก่อให้เกิดพลังงานความร้อน ไม่มีปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า

คำว่า 'เรียบลื่น' เบาหวิวในโจทย์ ได้ลบล้างกลไกจุลภาคอันซับซ้อนและน่าหลงใหลทั้งหมด ให้กลายเป็นเลข '0' อันเย็นชา

"หยาบชะมัด......"

เฉินจัวบ่นพึมพำเสียงเบา

บนปลายนิ้วของเขาดูเหมือนจะยังหลงเหลือสัมผัสของชั้นออกไซด์อันหยาบกร้านบนพื้นผิวของตัวเก็บประจุแบบก้านเปลือยในห้องทดลองเมื่อครู่นี้อยู่เลย

นั่นแหละคือฟิสิกส์ที่แท้จริง

โลกแห่งความเป็นจริงที่เต็มไปด้วยสัญญาณรบกวน คลื่นแทรก การเลื่อนลอยของอุณหภูมิ และความคลาดเคลื่อนแบบไม่เชิงเส้น

การที่เขาพึ่งถอยออกมาจากโลกอันแม่นยำที่ต้องคำนึงถึงแม้กระทั่งการเลื่อนลอยของความถี่ระดับ 0.1Hz แล้วจู่ๆ ก็ต้องมาเผชิญกับโจทย์หยาบๆ ประเภท 'สมมติว่าทุกอย่างสมบูรณ์แบบ' แบบนี้

มันก็เหมือนกับการให้ศัลยแพทย์มือหนึ่งที่พึ่งผ่าตัดเย็บเรตินาเสร็จ ไปหั่นแผ่นพลาสติกที่เต็มไปด้วยฟองน้ำ

คำตอบของโจทย์ข้อนี้ง่ายมาก

เรียบลื่น = ไร้แรงเสียดทาน

ความเร็วคงที่ = สมดุลของแรง

ถ้าไม่เรียบลื่น ก็คือ f=F=5N ถ้าเรียบลื่น ก็คือ 0

แต่เขาไม่อยากเติมเลข '0' นั่นลงไป

ถึงแม้สติปัญญาจะบอกเขาว่านี่เป็นแค่โจทย์มัธยมต้น เลข '0' คือคำตอบมาตรฐาน และเป็นทางเดียวที่จะนำไปสู่คะแนนเต็มก็ตามที

เขาลงปากกาไม่ได้

เมื่อมองดูพื้นที่ว่างขนาดใหญ่หลังวงเล็บ เฉินจัวรู้สึกว่ามันว่างเปล่าเกินไป

ว่างเปล่าราวกับกำลังเยาะเย้ยสติปัญญาของเขา

เฉินจัวถอนหายใจ

เขาคลำหาข้างๆ ข้อสอบ แล้วคว้ากระดาษขาวแผ่นใหญ่ที่เอาไว้วาดแบบเครื่องกลมาได้แผ่นหนึ่ง

"คลิก"

เขากดไส้ดินสอกด

ฟุ่บ

ปลายดินสอลากเส้นหนาหยักเป็นฟันปลาใต้ภาพท่อนไม้แสนเรียบง่ายนั่น

นั่นคือพื้นดินที่หยาบขรุขระ

ถัดมา ระบบพิกัดมาตรฐานก็ถูกสร้างขึ้น

แกน Y ตั้งฉากขึ้นด้านบน แกน X แนวนอนไปทางขวา

แรงโน้มถ่วง G พุ่งลงแนวดิ่ง

แรงปฏิกิริยาตั้งฉาก N พุ่งขึ้นแนวดิ่ง

นี่ยังไม่พอ

สายตาของเฉินจัวเลื่อนลอยเล็กน้อย มืออีกข้างของเขาหมุนปลอกปากกาเล่นโดยไม่รู้ตัว ในขณะที่มือข้างที่จับดินสอกลับเหมือนมีความคิดเป็นของตัวเอง มันเขียนตัวอักษรกรีกตัวหนึ่งลงข้างๆ แผนภาพแรงนั่น

μ

สัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์

ในเมื่อวาดพื้นหยาบขรุขระแล้ว งั้นนี่ก็ไม่ใช่ปัญหา f=F ง่ายๆ อีกต่อไป

นี่คือปัญหาการขบกันของโมเลกุลระดับจุลภาคบนพื้นผิวสัมผัส

นี่คือการแสดงออกของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับมหภาค

ปลายดินสอส่งเสียงกรอบแกรบอยู่บนกระดาษด้วยความเร็วสูงลิ่ว ถึงขั้นก่อให้เกิดจังหวะที่ลื่นไหลราวกับสายน้ำ

"วิธีทำ: สร้างกรอบอ้างอิงเฉื่อย S"

"กำหนดให้: พื้นดินไม่เรียบลื่นสัมบูรณ์ กำหนดให้สัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์เป็น μ (μ≠0)"

"กำหนดให้: แรงต้านอากาศไม่สามารถละเลยได้ นำเข้าค่าสัมประสิทธิ์แรงต้าน k ดังนั้นแรงต้านอากาศ......"

แค่นี้จบแล้วเหรอ?

แน่นอนว่ายัง

ความคิดของเฉินจัวยังคงพุ่งไปข้างหน้า

เฉินจัวขมวดคิ้ว

ยังไม่รัดกุมพอ

ถ้าคำนึงถึงแรงเสียดทานสถิตในการดึงล่ะ?

แรงเสียดทานสถิตสูงสุดมักจะมากกว่าแรงเสียดทานจลน์เล็กน้อย

บนกระดาษขาว พื้นที่ที่เคยว่างเปล่า ตอนนี้ถูกอัดแน่นไปด้วยสูตรและแผนภาพจนเต็มพรืด

เส้นประของการแยกเวกเตอร์แบบตั้งฉาก

ลูกศรของการวิเคราะห์แรง

ตัวอักษรกรีกที่ใช้แทนปริมาณทางฟิสิกส์ต่างๆ

เฉินจัวยิ่งเขียนยิ่งเข้ามือ ยิ่งเขียนยิ่งเร็ว

ความรู้สึกนี้มันสบายเกินไปแล้ว

เขาแทบไม่ต้องใช้ความคิดด้วยซ้ำ

แผนภาพการวิเคราะห์แรงและขั้นตอนการแยกเวกเตอร์แบบตั้งฉากเหล่านี้ ถูกสลักลึกเข้าไปในกระดูกดำของเขาตั้งนานแล้ว มันกลายเป็นสัญชาตญาณที่เป็นธรรมชาติยิ่งกว่าการหายใจเสียอีก

ข้อที่ 2.

"ดังรูป คานอยู่ในสภาวะสมดุล......"

เฉินจัวปรายตามองภาพม้ากระดกแสนจะเรียบง่ายนั่น

โดยไม่ทันได้ผ่านสมอง

ปลายดินสอก็ร่วงหล่นลงมาอีกครั้ง

แขนของแรง?

ไม่ นั่นมันโมเมนต์ของแรง

Μ→=r→×F→

ครอสโปรดักต์

ผลคูณเชิงเวกเตอร์

โมเมนต์ความเฉื่อย I

ความเร่งเชิงมุม α

ตอนที่เขาเขียนสูตรกฎการหมุน ΣM=Iα ลงไป เขายังไม่รู้ตัวด้วยซ้ำว่านี่คือแนวคิดที่จะได้เจอในวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมปลายหรือแม้กระทั่งระดับมหาวิทยาลัย

เขาเพียงแค่รู้สึกว่าในเมื่อต้องคำนวณการหมุน สิ่งนี้ก็ถือเป็นเรื่องจำเป็น

นี่แหละคือความเฉื่อย

ความเฉื่อยของกระบวนการคิด

เหมือนกับคนที่คุ้นเคยกับการขับรถแข่ง F1 ถึงแม้จะขับรถจ่ายตลาดไปซูเปอร์มาร์เก็ต ตอนเข้าโค้งก็จะตีวงใน หาจุดยอด แล้วเหยียบคันเร่งพุ่งออกจากโค้งไปโดยสัญชาตญาณ

สิบนาทีต่อมา

เฉินจัวหยุดเขียน

เขามองดูกระดาษขาวแผ่นใหญ่ตรงหน้าที่ถูกเขียนจนเต็มพรืด

บนนั้นมีภาพ มีสูตร มีสมมติฐาน มีการพิสูจน์

รัดกุม สวยงาม ไร้ที่ติ

ขาดก็แต่ไอ้เลข '0' เฮงซวยนั่น

“……”

เฉินจัวกะพริบตา คาบหลอดดูดแล้วนิ่งอึ้งไป

ชักจะทำเกินไปหน่อยแล้ว

เขาได้สติกลับคืนมา เมื่อมองดูสูตรฟิสิกส์ระดับมัธยมปลายที่เต็มหน้ากระดาษ จู่ๆ เขาก็รู้สึกขบขันขึ้นมานิดหน่อย

ขืนส่งไอ้นี่ไป สงสัยเหล่าโจวคงต้องเอาแว่นขยายมาส่องดูเป็นนานสองนาน แล้วด่าว่า 'ไอ้ประสาท' แน่ๆ

"แอ๊ด"

ประตูห้องถูกดันเปิดออกเป็นช่อง

หลิวซิ่วอิงยกจานแอปเปิ้ลที่หั่นเรียบร้อยแล้วเดินเข้ามา

"ทำการบ้านอยู่เหรอจ๊ะ?"

เธอวางจานลงตรงมุมโต๊ะอย่างแผ่วเบา ชะโงกหน้าเข้ามาดูแวบหนึ่ง

เพียงแวบเดียวนั้นก็ทำเอาเธอถึงกับอึ้ง

ภายใต้แสงโคมไฟ บนกระดาษข้อสอบที่เดิมทีขาวสะอาด มีกระดาษทดแผ่นหนึ่งวางทับอยู่ บนนั้นเต็มไปด้วยตัวอักษรสีดำปื้น

ถ้าเป็นข้อสอบวิชาภาษาจีนก็ว่าไปอย่าง แต่นี่มันข้อสอบฟิสิกส์ชัดๆ

แถมตัวอักษรพวกนั้น......

ทั้งเส้นตรงที่มีลูกศรกำกับ สัญลักษณ์แปลกๆ หน้าตาเหมือนไส้เดือน แล้วยังมีฟังก์ชันตรีโกณมิติที่มองแล้วชวนเวียนหัวพวกนั้นอีก

"นี่......นี่มันโจทย์มัธยมต้นเหรอ? ยากขนาดนี้เชียว?"

หลิวซิ่วอิงมึนงงไปเล็กน้อย

ถึงเธอจะเรียนมาไม่สูง แต่ก็เคยเห็นการบ้านของเด็กบ้านข้างๆ ไม่เคยเห็นใครวาดออกมาเป็นแบบนี้เลยนะ

"ทำไมเหมือนยันต์ผีบอกเลยล่ะลูก? ต้องวาดลูกศรเยอะขนาดนี้เลยเหรอ?"

เฉินจัวกะพริบตา

"ไม่ยากหรอกครับแม่"

เฉินจัวหยิบแอปเปิ้ลชิ้นหนึ่งเข้าปากอย่างแนบเนียน ปิดบังมุมปากที่กระตุกด้วยความอับอายเล็กๆ นั่นไว้

"ผมแค่......เขียนวิธีทำละเอียดไปหน่อยน่ะครับ"

"อ้อ ละเอียดๆ น่ะดีแล้ว เขียนละเอียดจะได้ไม่พลาดง่ายๆ"

หลิวซิ่วอิงพยักหน้าอย่างไม่ค่อยเข้าใจนักแต่ก็รู้สึกว่าเก่ง เธอเชื่อมั่นในการเรียนของลูกชายอย่างไม่มีเงื่อนไขมาแต่ไหนแต่ไรแล้ว

"เอาล่ะ กินเสร็จก็รีบเข้านอนนะ อย่ามัวแต่นอนดึก พรุ่งนี้ยังต้องตื่นเช้าอีก"

"ทราบแล้วครับ"

หลิวซิ่วอิงออกไปแล้ว พร้อมกับปิดประตู

ห้องกลับมาเงียบสงบอีกครั้ง

เฉินจัวมองกระดาษที่ตัวเองเขียนจนเต็มพรืดแผ่นนี้อยู่ไม่กี่วินาที

เฉินจัวหยิบยางลบขึ้นมา กะจะลบพวกมันทิ้ง

แต่พอลบไปได้แค่สองครั้ง เขาก็หยุดชะงัก

เมื่อมองดูขี้ยางลบดำปี๋พวกนั้น เขาก็ขมวดคิ้ว

สกปรกเกินไปแล้ว

อีกอย่าง ทำไมเขาต้องลบด้วยล่ะ?

นี่แหละคือโฉมหน้าที่แท้จริงของโลกฟิสิกส์

ทำไมต้องลบการพิสูจน์ที่แท้จริงทิ้ง เพียงเพื่อเอาใจโจทย์ที่ถูกทำให้ง่ายลงข้อหนึ่งด้วย?

เฉินจัวโยนยางลบทิ้งไปข้างๆ

เขาขี้เกียจลบแล้ว

ขี้เกียจแก้ด้วย

เขาหยิบกระดาษขาวแผ่นใหญ่ใบนั้นขึ้นมา พับสองทบ แล้วสอดเข้าไประหว่างหน้าข้อสอบ

จากนั้น บนเส้นประเล็กๆ สำหรับเติมคำในช่องว่าง เขาก็ใช้ลายมือที่ค่อนข้างหวัดเขียนคำตอบที่ควรจะตอบลงไปบนข้อสอบ

เขียนทุกอย่างเสร็จ เขาก็โยนปากกาทิ้ง

บิดขี้เกียจสุดตัว

ข้อต่อส่งเสียงดังก๊อบแก๊บ

สบายตัวแล้ว

พลังการคำนวณที่อัดแน่นอยู่ในสมองจนไม่มีที่ระบาย ในที่สุดก็ถูกปลดปล่อยออกไปพร้อมกับสูตรต่างๆ ที่ไหลลื่นออกมาพวกนี้

เขาพับข้อสอบลวกๆ โดยไม่ได้จัดให้ตรงกันด้วยซ้ำ แล้วยัดใส่กระเป๋านักเรียนไปทั้งอย่างนั้น

ส่วนเรื่องการตรวจทานน่ะเหรอ

ถ้าโจทย์พรรค์นี้ยังต้องตรวจทานอีก มันก็ถือเป็นการดูถูกสติปัญญาของเขาชัดๆ

ปิดไฟ

ขึ้นเตียง

เตรียมตัวนอน

เขานอนพลิกตัวอยู่บนเตียง ดึงผ้าห่มมาคลุมจนมิด

พรุ่งนี้ตอนที่เอาข้อสอบแผ่นนี้ไปตบลงบนโต๊ะของเหล่าโจว สีหน้าของเหล่าโจวคงน่าดูพิลึก

เฉินจัวล่ะตั้งตารอจริงๆ