แอปเปิลกับลูกแพร์ลอยหรือจมต่างกันเพราะอะไร

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th

ถ้าโยนแอปเปิลลงอ่างน้ำ มันมักโผล่พ้นผิวน้ำให้หยิบได้ง่าย จึงกลายเป็นหัวใจของเกมตักแอปเปิลในเทศกาลฮาโลวีน แต่เมื่อหยิบลูกแพร์มาลองบ้าง หลายคนกลับเห็นมันจมลงไปก้นภาชนะ จนดูเหมือนผลไม้สองชนิดนี้มีกฎคนละชุด

คำตอบไม่ได้อยู่ที่เปลือกหรือรูปทรง แต่อยู่ที่ ความหนาแน่นเฉลี่ยของทั้งลูก ว่ามีน้อยกว่าหรือมากกว่าน้ำ ผลที่มีมวลน้อยเมื่อเทียบกับปริมาตรของตัวเองจะได้รับแรงพยุงมากพอให้ลอย ส่วนผลที่หนาแน่นกว่าน้ำจะจม

แอปเปิลมีอากาศซ่อนอยู่ในเนื้อ

เนื้อแอปเปิลไม่ได้แน่นเป็นก้อนทึบ ภายในมีช่องว่างระหว่างเซลล์ที่บรรจุอากาศอยู่เป็นเครือข่าย งานวิจัยด้านโครงสร้างผลไม้รายงานว่า แอปเปิลพันธุ์ Red Delicious อาจมีความพรุนเฉลี่ยได้ถึงราว 25% ของปริมาตรผลทั้งหมด ช่องอากาศเหล่านี้ไม่ได้ทำให้เรามองเห็นรูด้วยตาเปล่า แต่ช่วยลดมวลเฉลี่ยของผลลงอย่างมาก

นึกภาพลูกบอลเป่าลมที่มีเนื้อผลไม้หุ้มอยู่รอบ ๆ เมื่อแอปเปิลทั้งลูกมีความหนาแน่นต่ำกว่าน้ำ แรงพยุงจึงดันมันขึ้นจนมีบางส่วนพ้นผิวน้ำ นี่คือเหตุผลที่เกมตักแอปเปิลเล่นได้จริง ไม่ใช่เพราะแอปเปิลมีเปลือกกันน้ำเป็นพิเศษ

อากาศมากขึ้น ความหนาแน่นยิ่งลดลง

ช่องอากาศในแอปเปิลยังเกี่ยวข้องกับคุณภาพเนื้อสัมผัสและการแลกเปลี่ยนก๊าซของผลด้วย การศึกษาการวัดอากาศภายในแอปเปิลพบว่า เมื่อปริมาณช่องอากาศเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของผลจะลดลงตามส่วน ขณะที่เนื้อเซลล์เองไม่ได้เบาลงอย่างมีนัยสำคัญ ตัวที่เปลี่ยนสมดุลจึงคืออากาศซึ่งแทรกอยู่ระหว่างเซลล์

มีข้อมูลการวัดความหนาแน่นของแอปเปิลหลายสายพันธุ์อยู่ราว 0.6–0.9 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ขณะที่น้ำจืดมีความหนาแน่นใกล้ 1 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร จึงไม่แปลกที่แอปเปิลส่วนใหญ่ลอยได้อย่างชัดเจน

แล้วลูกแพร์จมทุกลูกจริงไหม

ประโยคว่า “ลูกแพร์จมน้ำเสมอ” ใช้ได้เป็นภาพจำจากการทดลองหลายครั้ง แต่ไม่ใช่กฎตายตัวของลูกแพร์ทุกพันธุ์ ทุกขนาด และทุกระดับความสุก งานเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกายภาพของผลไม้พบค่าความหนาแน่นจริงเฉลี่ยของลูกแพร์ใกล้ 0.99 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งอยู่ชิดกับค่าน้ำมาก ผลหนึ่งอาจจม อีกผลอาจลอยต่ำ ๆ หรือเกือบสมดุลได้ตามพันธุ์ โครงสร้างภายใน และปริมาณอากาศที่มีอยู่

มันฝรั่งเป็นตัวอย่างที่เห็นผลชัดกว่า เพราะโดยทั่วไปมีเนื้อแน่นและความหนาแน่นมากกว่าน้ำ จึงมักจมในน้ำจืด แต่หากเติมเกลือลงไปมากพอ น้ำจะหนาแน่นขึ้นจนช่วยพยุงมันฝรั่งให้ลอยได้ หลักเดียวกันนี้อธิบายได้ทั้งผลไม้ เรือเหล็ก และคนที่ลอยตัวในทะเล

ดังนั้นข้อสรุปที่แม่นยำคือ แอปเปิลลอยได้เพราะมีช่องอากาศภายในมากจนความหนาแน่นเฉลี่ยต่ำกว่าน้ำ ส่วนลูกแพร์มีความหนาแน่นใกล้น้ำกว่า จึงมีโอกาสจมหรืออยู่ต่ำกว่าผิวน้ำมากกว่า การลองหย่อนผลไม้แต่ละลูกลงแก้วน้ำจึงเป็นการทดลองเล็ก ๆ ที่ทำให้เห็นฟิสิกส์ของแรงพยุงได้ทันที