หนังยางไม่ได้แค่ยืดได้ — ลองดึงเร็ว ๆ แล้วแตะริมฝีปาก มันจะอุ่นขึ้นจริง
หนังยางเป็นของที่เราใช้กันจนแทบไม่เคยคิดว่ามันมีอะไรน่าสนใจ
แต่ถ้าหยิบหนังยางเส้นค่อนข้างใหญ่ขึ้นมา แตะไว้ใกล้ริมฝีปาก แล้ว ยืดมันออกเร็ว ๆ เราอาจรู้สึกว่าหนังยางอุ่นขึ้นเล็กน้อย
จากนั้น ถ้าค้างไว้สักพักให้มันกลับมาใกล้อุณหภูมิห้อง แล้วปล่อยให้หดกลับเร็ว ๆ หนังยางจะรู้สึก เย็นลง
สิ่งที่เกิดขึ้นไม่ได้มาจากการเสียดสีอย่างเดียว แต่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกส์ของยางโดยตรง
ตอนยืด เราไม่ได้แค่ดึงยางให้ยาวขึ้น
ยางประกอบด้วยสายพอลิเมอร์ยาวจำนวนมาก เมื่ออยู่ในสภาพคลายตัว สายเหล่านี้ขด งอ และจัดตัวได้หลายรูปแบบ
แต่เมื่อเราดึงหนังยาง สายพอลิเมอร์จำนวนหนึ่งจะถูกบังคับให้เรียงตัวไปตามทิศทางที่ดึงมากขึ้น
จากเดิมที่โมเลกุลมีรูปแบบให้เลือกได้มาก พอยืดออก รูปแบบการจัดตัวเหล่านั้นก็ลดลง
ในภาษาของฟิสิกส์ เราบอกว่า configurational entropy ของยางลดลงเมื่อถูกยืด
แล้วทำไมยืดเร็ว ๆ ถึงรู้สึกอุ่น?
เมื่อเราดึงยางอย่างรวดเร็ว เรากำลังทำงานกับมัน และสายพอลิเมอร์ก็เปลี่ยนจากสภาพที่ยุ่งเหยิงไปสู่สภาพที่เป็นระเบียบมากขึ้น
ถ้ากระบวนการเกิดเร็วพอจนความร้อนยังไม่มีเวลาถ่ายเทออกไปมาก อุณหภูมิของหนังยางจะสูงขึ้นชั่วคราว
University of Washington ใช้ปรากฏการณ์นี้เป็นการสาธิตเรื่อง entropy โดยให้ลองยืดหนังยางแล้วแตะกับริมฝีปาก ซึ่งบริเวณนี้ไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมากกว่าปลายนิ้ว จึงสังเกตได้ง่ายกว่า
แต่พอปล่อยกลับเร็ว ๆ มันกลับเย็นลง
ถ้ายืดหนังยางค้างไว้ก่อน จนความร้อนที่เพิ่มขึ้นค่อย ๆ ถ่ายออกและอุณหภูมิกลับมาใกล้ห้อง แล้วจึงปล่อยให้มันหดกลับอย่างรวดเร็ว จะเกิดเหตุการณ์ในทิศทางตรงข้าม
สายพอลิเมอร์กลับไปอยู่ในสภาพที่ขดและจัดตัวได้หลากหลายขึ้น ทำให้ configurational entropy เพิ่มขึ้น และอุณหภูมิของยางลดลงชั่วคราว
จึงเป็นเหตุผลที่เราสามารถรู้สึกถึงทั้ง ความอุ่นตอนยืด และ ความเย็นตอนปล่อยกลับ ได้จากยางเส้นเดียวกัน
ถ้าลองแล้วไม่รู้สึก ไม่ได้แปลว่าปรากฏการณ์ไม่มี
การเปลี่ยนอุณหภูมิไม่ได้รุนแรงถึงขั้นร้อนหรือเย็นจัด
ถ้ายืดช้าเกินไป ความร้อนก็มีเวลาถ่ายเทกับอากาศระหว่างที่เรากำลังดึง จนความต่างของอุณหภูมิสังเกตได้ยาก
ส่วนตอนทดสอบความเย็น ควรยืดค้างไว้สักพักก่อน เพื่อให้อุณหภูมิกลับมาใกล้สภาพแวดล้อม แล้วจึงปล่อยให้หดกลับเร็ว ๆ
หนังยางเส้นใหญ่และยังอยู่ในสภาพดีมักสังเกตผลได้ง่ายกว่าเส้นเล็กหรือยางที่เสื่อมสภาพแล้ว
ยางจึงไม่เหมือนสปริงโลหะธรรมดาเสียทีเดียว
เวลาเรานึกถึงความยืดหยุ่น เรามักคิดถึงวัตถุที่ถูกดึงแล้วสะสมพลังงานก่อนเด้งกลับ
แต่สำหรับยาง การจัดเรียงตัวของสายพอลิเมอร์และ entropy มีบทบาทสำคัญมากด้วย
นี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่ยางมีพฤติกรรมทางความร้อนแปลกกว่าวัสดุทั่วไป และยังสามารถแสดงพฤติกรรมที่ดูสวนทางกับของแข็งหลายชนิด เช่น เมื่อยางที่กำลังถูกดึงได้รับความร้อน มันสามารถออกแรงหดตัวมากขึ้นได้
หนังยางเส้นเดียว จึงเป็นการทดลองเทอร์โมไดนามิกส์ในมือเรา
ความน่าสนใจไม่ได้อยู่แค่ว่าหนังยางยืดแล้วเด้งกลับได้
แต่ทุกครั้งที่เราดึงมัน เรากำลังเปลี่ยนวิธีจัดตัวของสายพอลิเมอร์จำนวนมหาศาล และการเปลี่ยนในระดับโมเลกุลนั้นเชื่อมโยงกับอุณหภูมิที่เราสัมผัสได้จริง
ของธรรมดาเส้นเล็ก ๆ จึงทำให้เรา “รู้สึก” ถึงเรื่อง entropy และเทอร์โมไดนามิกส์ได้ โดยแทบไม่ต้องใช้อุปกรณ์ทดลองอะไรเลย
University of Washington — Entropy of a Rubber Band
อ้างอิง: https://chem.washington.edu/lecture-demos/entropy-rubber-band
The Feynman Lectures on Physics — The Laws of Thermodynamics
อ้างอิง: https://www.feynmanlectures.caltech.edu/I_44.html
เขียนโดย พีรพัฒน์ พีพี
ขนมไทยรัฐบาล อ.เต๋า งวด 16 พ.ย. 69 ชูเลข 4 เด่นบน จับตา 3 ชุดสามตัวเน้นพิเศษ
10 ชื่อหญิงไทย ฮิตตั้งแต่โบราณจนถึงปัจจุบัน
เปิดเลขมูเตลู "แม่ตะเคียนทองให้โชค" วันที่ 16 พฤศจิกายน 2569
เปิด 10 ช่วงเวลาทองคำพุ่งแรงที่สุดในประวัติศาสตร์! ปีไหนราคาทะยานสูงเป็นประวัติการณ์ จนคนถือทองยิ้มรับทรัพย์
เปิด 5 ช่วงเวลาที่คนไทยเงินตึงมือและแบกหนี้หนักที่สุด! ย้อนดูปีไหนคนมีหนี้จนแทบไม่มีเงินเหลือเก็บ
ใบชมพูแม่จำเนียร สาขา 5 งวด 16 พ.ย. 69 เปิด 10 เลขขายดี จับตา 88 ยืนอันดับ 1
เทียบ 4 สำนักหวย งวด 16 พ.ย. 69 จับตาเลข 4 ชนเลขเด่น 2-3-5-8
แบรนด์รถมอเตอร์ไซค์สัญชาติไทย ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดแบรนด์หนึ่งของประเทศ
5 โรงเรียนไทย ที่ค่าเทอมแพงที่สุด ปีละหลายแสน (ไม่รวมนานาชาติ)
อินฟลูเอนเซอร์ให้พนักงานปล่อยเสือออกจากกรงเพื่อเรียกยอดวิว ทำให้พนักงานหนุ่มวัย 19 ปีถูกเสือกัดเสียชีวิต
เผย..ทำไม"ปนัดดา"จึงเป็น "นางสาวไทย" ที่ไม่ได้ไปประกวดเวทีใหญ่ในต่างแดน
5 พื้นที่ของไทย เคยเสนอแยกตัวตั้งจังหวัดใหม่ เพราะอะไรถึงอยากมีจังหวัดเป็นของตัวเอง
"เปิดความลับในเรือนจำ! แดน 1 ถึงแดน 8 แตกต่างกันอย่างไร นักโทษแต่ละประเภทอยู่แดนไหน?"
เปิด 10 จังหวัดไทยที่ไม่มีภูเขา!
เปิด 8 สิ่งที่ขาดไม่ได้ในงานปาร์ตี้ของสตรีสมัยอยุธยา! ย้อนบรรยากาศงานสังสรรค์หญิงชั้นสูง หรูหราด้วยอาหาร ดนตรี และเครื่องหอม
เปิด 7 ธุรกิจสีเทาและคดีโกงยุคอยุธยา! ขุนนางรีดไถ ยักยอกเงินหลวง ปลอมเงิน โทษหนักถึงชีวิต
