| ผู้เขียน | อาจวรงค์ จันทมาศ |
|---|---|
| เผยแพร่ |
ปริศนานี้เป็นหนึ่งในปริศนาที่คลาสสิกที่ผู้เริ่มต้นศึกษาฟิสิกส์ทุกคนควรผ่านการขบคิด มันเป็นปัญหาที่เข้าใจได้ไม่ยาก แต่พอคิดแล้วจะพบว่าน่าสนใจมาก
ปัญหามีอยู่ว่า
รถม้าประกอบด้วยตัวรถที่เชื่อมต่อกับม้า หากม้าออกแรงดึงรถไปข้างหน้าด้วยแรงค่าหนึ่ง รถย่อมออกแรงดึงม้ากลับมาด้านหลังด้วยแรงที่มีค่าเท่ากันแต่ในทิศตรงข้าม (ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อสามของนิวตัน)
หากคิดในลักษณะนี้ แรงที่เกิดขึ้นทั้งสองแรงย่อมหักล้างกันจนม้าไม่สามารถลากรถไปข้างหน้าได้ไม่ว่าม้าจะออกแรงมากแค่ไหนก็ตาม
คำถามคือ การคิดในลักษณะนี้ผิดพลาดหรือไม่สมบูรณ์ตรงไหน ทำไมในความเป็นจริงม้าสามารถลากรถไปข้างหน้าได้
(ลองคิดหาคำตอบด้วยตนเองดูก่อนนะ อย่าเพิ่งรีบดูเฉลย)
เฉลย
– หลายคนอาจคิดว่าจริงๆ แล้วแรงที่ม้าดึงรถมีค่ามากกว่าแรงที่รถดึงม้าเล็กน้อย ทำให้ม้าสามารถลากรถไปข้างหน้าได้ แต่ถ้าความจริงเป็นแบบนี้ก็เท่ากับว่ากฎข้อสามของนิวตันผิด! ซึ่งไม่ใช่แน่ๆ กฎข้อสามของนิวตันไม่ผิดหรอกครับ
– บางคนให้คำตอบว่าม้าออกแรงดึงรถ ก่อนที่รถจะตอบสนองด้วยการออกแรงดึงกลับในทิศตรงข้ามเหมือนแรงทั้งสองมันมีการดีเลย์เกิดขึ้นเล็กน้อย ทำให้รถม้าสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้ แต่นั่นก็ไม่ใช่คำตอบที่ถูกต้องอยู่ดีเพราะแรงที่เป็นคู่กิริยานั้นจะเกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ
– คำตอบที่ถูกต้องจริงๆ คือ แรงที่ม้าดึงรถกับแรงที่รถดึงม้ากลับ นั้นเป็นแรงที่กระทำบนวัตถุคนละอย่างกัน
หากพิจารณาที่รถ จะพบว่ารถถูกม้าดึงไปข้างหน้า ทำให้รถสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้โดยไม่มีปัญหาใดๆ
หากพิจารณาที่ม้า จะพบว่ามีแรงที่รถดึงตัวมันกลับมาด้านหลัง คำถามที่เกิดขึ้นคือแล้วแรงอะไรที่ดันม้าให้เดินไปด้านหน้าได้
ใช่แล้วครับ พื้นดินนั่นเอง
เท้าของม้าติดอยู่กับพื้นดิน เมื่อเท้าของม้าออกแรงดันพื้นดินไปด้านหลัง พื้นดินจะผลักเท้ามันไปด้านหน้า ซึ่งแรงทั้งสองนี้มีค่าเท่ากัน แต่ทิศทางตรงข้าม
โดยสรุปแล้วแรงที่กระทำต่อตัวม้าในแนวราบมีสองแรงคือ แรงที่ดินผลักม้าไปข้างหน้า และแรงที่รถดึงม้ากลับไปด้านหลัง โดยที่แรงที่พื้นดินผลักม้าไปด้านหน้านั้นมีค่ามากกว่าอีกแรง ทำให้ม้าสามารถเคลื่อนที่ไปด้านหน้าได้นั่นเอง
ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับกฎข้อสามของนิวตันนั้นเป็นหนึ่งในสิ่งที่คุณครูสอนฟิสิกส์ต้องคลายปมปัญหานี้ให้ได้ตั้งแต่เนิ่นๆ เพราะเมื่อไม่เข้าใจกฎการเคลื่อนที่ซึ่งเป็นหนึ่งในเรื่องพื้นฐาน นักเรียนก็จะแก้ปัญหาที่มีความซับซ้อนมากกว่านี้ไม่ได้ตามมา
