ฟิสิกส์เบื้องหลัง Curling กีฬาสุดแปลกในโอลิมปิกฤดูหนาว

ภาพนักกีฬานั่งสไลด์สโตนในท่า Lunge ให้เพื่อนร่วมทีม ทันทีที่ปล่อยมือจากสโตน เพื่อนร่วมทีมก็จะใช้อุปกรณ์ที่ดูคล้ายไม้ถูพื้นขัด ๆ ถู ๆ พื้นน้ำแข็งด้านหน้าสโตนที่กำลังเคลื่อนไป เป็นการบังคับทิศทางให้เข้าเป้าเพื่อทำคะแนน นี่อาจเป็นกีฬาสุดแปลกสำหรับคนเมืองร้อนอย่างเราที่ไม่คุ้นเคยกับกีฬาเมืองหนาวมาก่อน มองเผิน ๆ อาจนึกว่ามีแม่บ้านกำลังทำความสะอาดลานน้ำแข็งให้นักกีฬาอยู่ ท่ามกลางความแปลกของกีฬาชนิดนี้ สิ่งที่ดูจะพิศวงกว่าเห็นจะเป็นวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังกีฬา Curling หนึ่งในกีฬาโอลิมปิกฤดูหนาวที่นักวิทยาศาสตร์ยังคงหาคำตอบกันอยู่เรื่อยมาตั้งแต่ปี 1924 ว่าอะไรทำให้สโตนที่ทำมาจากหินแกรนิต เคลื่อนที่แบบหมุนไปในทิศทางเดียวกับที่เราหมุน แถมยังเคลื่อนไปข้างหน้าได้ไกลหลายเมตร ทำไมการหมุนของสโตนจึงไม่เหมือนกับการหมุนของแก้วน้ำที่หากหมุนไปทางขวา แก้วจะเคลื่อนไปทางซ้าย แต่สโตนกลับไถลไปข้างหน้าแล้วหมุนในทิศทางเดียวกับที่นักกีฬาหมุน

กติกาของ Curling

Curling เป็นกีฬาที่ได้รับการบรรจุเข้าในโอลิมปิกฤดูหนาวเมื่อปี 1924 แม้ว่าจะมีการเล่นกันที่สกอตแลนด์ก่อนหน้านี้มานานหลายร้อยปีแล้วก็ตาม การเล่น Curling จะคล้ายกับเปตอง แต่ก็ต้องใช้กลยุทธ์ในการเล่นเป็นอย่างมากไม่ต่างจากหมากรุก ในการแข่งขันจะแบ่งออกเป็น 10 เกมย่อย โดยจะต้องเอาคะแนนจากแต่ละเกมมารวมกันเพื่อหาว่าทีมไหนจะเป็นผู้ชนะ แต่ละทีมจะมีสโตนเกมละ 8 ลูก ทั้งสองทีมจะต้องสลับกันเล่น

เมื่อเริ่มเกมผู้เล่นคนแรกที่เรียกว่า Lead ของแต่ละทีมจะต้องสไลด์ตัวเองในท่านั่งกึ่ง ๆ Lunge ออกมาพร้อมกับสโตนที่วางราบไปกับพื้น แล้วปล่อยมือออกจากสโตนภายในเส้นที่กำหนด เมื่อสโตนเริ่มเคลื่อนไปข้างหน้าจากแรงส่งของ Lead ผู้เล่นอีก 2 คนในทีมที่เรียกว่า Second กับ Third จะใช้ Curling broom ในการขัดพื้นน้ำแข็ง เพื่อปรับทิศทางการเคลื่อนของสโตนให้เข้าเป้าหมายที่เรียกว่า House ที่อยู่อีกฝั่งหนึ่ง Skip คือผู้เล่นคนสุดท้ายที่จะอยู่บริเวณ House เพื่อคอยบอกทิศทาง เพราะเป็นตำแหน่งที่เห็นสโตนได้ชัดที่สุด และยังมีหน้าที่คอยทำให้สโตนของฝั่งตรงข้ามไถลหลุดออกไปจากเขตทำคะแนนอีกด้วย

ความสนุกของ Curling ไม่ได้อยู่ที่การบังคับให้สโตนเข้าเป้าท่านั้น แต่ยังมีเรื่องการวางกลยุทธ์ที่แยบคาย หรือแก้เกมได้อย่างฉลาด ฝ่ายที่มีสโตนอยู่ใน House มากที่สุดไม่ได้การันตีว่าจะชนะเกมนั้นเสมอไป หากอีกทีมสามารถบังคับสโตนของตัวเองให้เคลื่อนมาชนสโตนของเราจนกระเด็นออกนอก House ไปหมด หรือเหลือสโตนน้อยเกินกว่าที่จะชนะได้ ฉะนั้น Curling จึงเป็นกีฬาที่ต้องทำคะแนนไปพร้อม ๆ กับกีดกันฝ่ายตรงข้ามด้วย

เมื่อเราดูการแข่งขัน เราอาจจะเกิดคำถามมากมายว่าทำไมสโตนถึงไถลไปได้ไกลมากบนพื้นน้ำแข็งทั้ง ๆ ที่มันทำมาจากหินที่มีน้ำหนัก 17-20 กิโลกรัม การขัดพื้นน้ำแข็งมีผลต่อการคุมทิศทางขนาดนั้นเลยเหรอ มีความลับอะไรซ่อนอยู่ที่สโตนหรือเปล่า คำตอบคือมี

ถ้าเราหงายสโตนขึ้นมา เราจะเห็นว่าฐานสโตนไม่ได้แบนราบอย่างที่เราคิด แต่จะมีความเว้าลึกเข้าไป ฉะนั้น ส่วนที่จะสัมผัสกับพื้นน้ำแข็งจึงมีแค่วงแหวนขนาดความกว้าง 5 มิลลิเมตรที่ฐานเท่านั้น ทำไมถึงเป็นเช่นนี้ นั่นก็เพราะหากสโตนมีฐานแบนเรียบจะเกิดแรงเสียดทานกับน้ำแข็งมาก เมื่อแรงเสียดทานมาก สโตนก็จะเคลื่อนที่ได้ช้า หรือไปได้ไม่ไกลนั่นเอง แม้ว่าน้ำแข็งจะมีความลื่นแค่ไหน แรงเสียดทานก็ยังคงมีเสมอ นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมขณะที่สโตนไถลไปข้างหน้ามันจึงหมุนไปด้วย

แล้วเทคนิคการควบคุมสโตนด้วย Curling broom ล่ะ เขาทำกันอย่างไร วิธีการก็คือถ้าอยากให้สโตนไถลไปได้ไกล แต่หมุนน้อย เราจะต้องถูน้ำแข็งเยอะ ๆ แต่ถ้าอยากให้สโตนหมุนเยอะ แต่ไปไม่ไกลก็ไม่ต้องถูน้ำแข็งมากนัก แม้ว่าจะมีนักกีฬา 2 คนช่วยกันถูน้ำแข็งเพื่อบังคับทิศทาง แต่คนที่จะกำหนดทิศทางและความเร็วได้มากที่สุดคือคนที่อยู่ใกล้สโตนที่สุด เพราะสโตนจะอยู่ใกล้กับน้ำแข็งที่ละลายแล้วมากกว่า การขัดน้ำแข็งที่ไกลเกินไปอาจทำให้น้ำเกิดการแข็งตัวก่อนที่สโตนจะเคลื่อนมาถึงได้

ความลับบนลานน้ำแข็ง

สิ่งหนึ่งที่เราอาจไม่รู้คือเบื้องหลังลานน้ำแข็งที่ดูเรียบลื่นนั้น จริง ๆ แล้วมันไม่ได้เรียบแบบลานสเกต ก่อนหน้าที่นักกีฬาจะลงแข่ง จะมีการพ่นละอองน้ำเล็ก ๆ ไปจนทั่วให้พื้นผิวปกคลุมไปด้วยก้อนน้ำแข็งขนาดเล็ก เพราะผิวน้ำแข็งที่เรียบจะทำให้วงแหวนที่ฐานสโตนสัมผัสกับผิวน้ำแข็งมากเกินไป น้ำหนักของหินก็จะไปกดบนน้ำแข็งมากขึ้น ฉะนั้น หยดน้ำแข็งเล็ก ๆ เหล่านี้จะลดแรงกดระหว่างพื้นผิวสัมผัส ซึ่งเป็นการลดแรงเสียดทานที่ช่วยให้ผู้เล่นสามารถควบคุมการเคลื่อนที่และทิศทางของสโตนได้ดีขึ้น ความน่าพิศวงอีกอย่างของกีฬาชนิดนี้ยังอยู่ที่การหมุนของสโตน อะไรทำให้มันหมุน นี่จึงเป็นปริศนาที่นักวิทยาศาสตร์ยังคงหาคำตอบกันอยู่จนถึงทุกวันนี้

วิทยาศาสตร์เบื้องหลังการหมุนของสโตน

Harald Nybergc และทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดนอธิบายถึง Scratch Theory ไว้ว่าขณะที่สโตนไถลไปจะทำให้เกิดรอยขีดข่วนที่น้ำแข็ง เมื่อวงแหวนครึ่งหลังของสโตนสัมผัสกับรอยขีดข่วนที่วงแหวนครึ่งหน้าสร้างไว้ ก็จะเกิดแรงผลักขึ้นตามทิศทางของรอยขีดข่วนนั้น มันจะเกิดซ้ำไปซ้ำมาจนทำให้สโตนหมุนไปด้านใดด้านหนึ่ง พวกเขาพิสูจน์สมมติฐานด้วยภาพผิวน้ำแข็งที่ถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จะเห็นว่าก้อนน้ำแข็งเล็ก ๆ มีรอยขีดข่วนของสโตนที่ไถลผ่านไป

นักวิทยาศาสตร์ทีมนี้ยังทำการทดลองด้วยการเอากระดาษทรายไปขัดพื้นน้ำแข็งให้เอียงไป 2 ทิศทาง แล้วไถลสโตนไปข้างหน้าผ่านพื้นผิวนี้โดยที่ไม่หมุนสโตน ปรากฏว่าสโตนจะหมุนไปในทิศทางเดียวกับที่ขัดกระดาษทรายไว้ จากนั้นก็ทำการทดลองนี้กับสโตนอีกลูกที่มีฐานเรียบสนิทจากเพราะมีการขัดวงแหวนออกไปด้วยกระดาษทราย คราวนี้พบว่าสโตนจะไถลไปข้างหน้าตรง ๆ อย่างไรก็ตามทฤษฎีนี้ยังเป็นที่ถกเถียง เพราะไม่มีแบบจำลองเชิงปริมาณที่จะอธิบายการเคลื่อนที่ของสโตน

ต่อมาทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวแคนาดา Mark Shegelski และ Edward Lozowski ก็ตีพิมพ์แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า Pivot-slide model โดยตั้งสมมติฐานว่าขณะที่สโตนไถลไป น้ำแข็งข้างใต้จะเกิดการละลาย ซึ่งน้ำแข็งที่ละลายนี้จะกลับมาแข็งตัวใหม่อีกครั้ง โดยฝั่งที่สโตนหมุนช้ากว่าจะทำให้น้ำกลายเป็นน้ำแข็งได้เร็วกว่า ถ้าเราหมุนสโตนตามเข็มนาฬิกา (หมุนขวา) น้ำแข็งที่ละลายทางฝั่งซ้ายของสโตนจะกลับมาแข็งตัวได้เร็วกว่าฝั่งขวาจึงทำให้สโตนหมุนไปทางขวาเรื่อย ๆ ปรากฏการณ์นี้จะเกิดซ้ำไปซ้ำมา นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมสโตนยังคงหมุนไปในทิศทางเดียวกับที่เราหมุน

แม้ว่าเราจะยังไม่รู้ว่าสรุปแล้วปริศนาสโตนหมุนได้เกิดจากอะไรกันแน่ และแน่นอนว่านักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่ยอมแพ้ในเรื่องนี้ง่าย ๆ พวกเขายังคงค้นหาคำตอบกันอยู่ แต่ไม่ว่าทฤษฎีของใครจะถูกต้อง สิ่งที่น่าสนใจคือเมื่อไรที่เราดูกีฬาแล้วเริ่มตั้งคำถามกับสิ่งที่เห็นอยู่ว่าทำไมมันถึงเป็นแบบนั้น นี่คือจุดเริ่มต้นของการค้นพบอะไรใหม่ ๆ ที่แม้เราในฐานะคนดูกีฬาอาจไม่สามารถหาคำตอบในเรื่องนี้ด้วยตัวเองได้ แต่ความสงสัยใคร่รู้นี่แหละที่จะจุดประกายให้เราตั้งคำถามกับเรื่องอื่น ๆ ในอนาคตด้วย ซึ่งถือเป็นจุดเริ่มต้นในการเรียนรู้ของเราทุกคน

อ้างอิง
https://www.scimath.org/article-physics/item/8397-curling
https://sportyrelax.com/2020/11/21/ทำความรู้จักเคอร์ลิง-curling-ก/
https://www.youtube.com/watch?v=7cNnSe5GvLU
https://www.youtube.com/watch?v=7CUojMQgDpM