02

ตอบคำถามเบื้องหลังของใช้มหัศจรรย์ธรรมดา 'ทำไมกระป๋องน้ำอัดลมต้องเป็นทรงกระบอก?'

คุณลักษณะบางอย่างในธรรมชาติอาจเกิดขึ้นมาและดำรงอยู่โดยไม่ได้มีหน้าที่การใช้งานอันใด เช่น สีขาวของกระดูกไม่ได้มีประโยชน์ใดๆ ต่อร่างกาย มันเป็นสีของสสารที่ประกอบขึ้นเป็นโครงสร้างที่มีความแข็งแกร่งเท่านั้น

ในขณะที่งานประดิษฐ์ของมนุษย์นั้น แทบทุกส่วนล้วนถูกออกแบบมาเพื่อประโยชน์หน้าที่ที่ชัดเจน ทั้งสีสัน รูปทรง วัสดุ แหล่งการผลิตและราคา

แต่ของบางอย่างที่เราเห็นกันอยู่ทุกวันและเป็นสิ่งที่พื้นฐานมากๆ อาจทำให้เราลืมไปว่ามันถูกออกแบบมาเป็นอย่างดีเพื่อตอบโจทย์บางอย่าง ดังเช่น รูปทรงของกระป๋องอะลูมิเนียมที่ใช้บรรจุน้ำอัดลมจนถึงเบียร์

ทำไมกระป๋องน้ำอัดลมจึงเป็นทรงกระบอก?

บริษัทอย่างไมโครซอฟต์เคยมีคำถามสัมภาษณ์ผู้สมัครงานทำนองนี้มาแล้วว่า ทำไมฝาท่อระบายน้ำถูกออกแบบเป็นรูปวงกลม?

จริงๆ แล้วฝาท่อไม่ได้เป็นรูปวงกลมทุกฝา บางฝาก็เป็นทรงสี่เหลี่ยม ดังนั้นคำถามข้อนี้อาจเป็นการให้ผู้สมัครงานนึกถึงข้อดีของการออกแบบฝาท่อให้เป็นวงกลม เช่น ฝาท่อรูปวงกลมเป็นรูปร่างที่จะไม่ตกลงไปในท่อ เราสามารถนำมาฝาท่อมาวางไว้บนท่อได้เลยโดยไม่ต้องหมุนให้มุมชนมุมและด้านชนด้าน เราสามารถกลิ้งฝาท่อรูปวงกลมไปบนพื้นแทนการยกหนักๆ ได้ ฯลฯ

กลับมาไขปริศนาของคำถามด้านบนกันต่อ ปัจจุบัน กระป๋องอะลูมิเนียมถูกใช้งานหลายพันล้านกระป๋องต่อปี รูปทรงของกระป๋องอะลูมิเนียมถูกออกแบบมาด้วยเหตุผลที่ลึกซึ้งหลายประการ

ประการแรก: คณิตศาสตร์สามารถพิสูจน์ได้ว่ารูปทรงที่ใช้อะลูมิเนียมน้อยที่สุด แต่บรรจุเครื่องดื่มได้มากที่สุด คือ ทรงกลม

แม้ว่าการทำกระป๋องทรงกลมสามารถประหยัดอะลูมิเนียมได้ แต่ปัญหาที่ตามมาคือเมื่อนำทรงกลมมาแพ็กเพื่อขนส่งจะเกิดช่องว่างระหว่างกระป๋องมาก ต่อให้แพ็กแบบแน่นชิดสุดๆ เหมือนที่แม่ค้าเรียงส้มในตลาดก็ยังเหลือที่ว่างมากถึง 26% ทีเดียว (อีกทั้งทรงกลมยังง่ายต่อการกลิ้งไปมาทำให้ตกหล่นเสียหายได้ง่าย)

รูปทรงที่นำมาเรียงชิดกันได้โดยไม่มีที่ว่างเลยก็คือ ทรงสี่เหลี่ยม

แต่ปัญหาของทรงสี่เหลี่ยมคือ เวลารับน้ำหนัก ส่วนที่เสี่ยงต่อการแตกหักก็คือบริเวณสันขอบ ลองนึกถึงเวลาเอาลังมาซ้อนกันมากๆ ส่วนที่เป็นสันขอบลังมักจะยุบหรือฉีกก่อน การจะผลิตกระป๋องทรงสี่เหลี่ยมให้คงทนต้องเสริมให้บริเวณสันขอบหนากว่าส่วนอื่นซึ่งยากต่อการผลิต (นอกจากนี้ทรงสี่เหลี่ยมยังถือไว้ในมือได้ยากด้วย)

วิศวกรจึงออกแบบกระป๋องอะลูมิเนียมเป็นทรงกระบอกซึ่งมีองค์ประกอบของความเป็นทรงกลมและสี่เหลี่ยมอยู่ภายในตัวเอง

เมื่อมองจากด้านบน มันจะเป็นรูปวงกลม แต่เมื่อมองข้างๆมันจะดูเหมือนสี่เหลี่ยม

นอกจากนี้หากนำมาจัดเรียงชิดกันแล้ว จะเหลือที่ว่างเพียง 9% เท่านั้น

ประการที่สอง: กระป๋องทรงกระบอกนั้นเป็นรูปทรงที่สะดวกต่อการผลิตมาก

ประการที่สาม: หากสังเกตให้ดีจะพบว่าก้นกระป๋องมีลักษณะโค้งเหมือนโดม เชื่อหรือไม่ว่าความโค้งเล็กๆ นี้ส่งผลให้โรงงานผลิตประหยัดอะลูมิเนียมไปได้มาก เนื่องจากโครงสร้างรูปโดมสามารถรับน้ำหนักได้เป็นอย่างดี ดังที่เราสามารถเห็นโครงสร้างโดมได้ตามสถาปัตยกรรมต่างๆ มากมาย ก้นกระป๋องจึงทำให้ตัวกระป๋องทนแรงดันจากน้ำอัดลมได้มากโดยไม่ต้องใช้อะลูมิเนียมมาเสริมความแข็งแกร่งให้มากขึ้นแต่อย่างใด

ประการที่สี่: ด้านบนของกระป๋องจะลู่เล็กลงทำให้ส่วนฝาปิดที่จะนำมาประกบมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลงเล็กน้อย แม้ว่าจะเล็กน้อย แต่ลองจินตนาการถึงปริมาณกระป๋องที่ถูกใช้ไปในแต่ละปีจะพบว่าดูรวมๆ แล้วประหยัดอะลูมิเนียมไปมหาศาลเหลือเกิน

แค่รูปทรงของกระป๋องที่เห็นจนชินตายังมีความคิดซุกซ่อนอยู่มากมายให้เราได้เรียนรู้

โลกใบนี้จืดชืดน่าเบื่อจริงหรือ?

คงจะจริงสำหรับคนที่ยอมรับความจริงโดยไม่สงสัยหรือตั้งคำถามอะไรเลย

ภาพ: livescience.com

อาจวรงค์ จันทมาศ

เจ้าหน้าที่สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) ผู้ใช้เวลาว่างในการสื่อสารวิทยาศาสตร์ด้วยการบรรยายและเขียนอยู่เสมอ โด่งดังจากการเป็นแฟนพันธุ์แท้นักวิทยาศาสตร์เอกของโลก มีผลงานพ็อกเก็ตบุ๊ก จริงตนาการ และ ดอกไม้ไฟในเอกภพ เขายังเป็นพิธีกรรายการแนววิทยาศาสตร์ จัดรายการวิทยุออนไลน์ Witcast เล่าเรื่องวิทยาศาสตร์แนวตลกโปกฮาร่วมกับ แทนไท ประเสริฐกุล และอัพเดทเรื่องสนุกๆ ในสายตาเด็กวิทย์เป็นประจำ

related post