กระแสน้ำพาเราไปได้เร็วแค่ไหน

ในระหว่างการดำน้ำนั้น ความรู้สึกของเราต่อกระแสน้ำที่ค่อนข้างแรง อาจมีส่วนทำให้เรารู้สึกตื่นเต้น กังวล ไปจนถึงขั้นตึงเครียด ซึ่งอาจนำไปสู่สถานการณ์อันไม่พึงประสงค์และเป็นอันตรายได้ ทั้งที่ความรู้สึกหรือความเข้าใจบางประการนั้นอาจต่างจากความเป็นจริงเป็นอย่างมาก ดังนั้น ความเข้าใจอย่างถูกต้องต่อธรรมชาติของกระแสน้ำ จึงน่าจะเป็นประโยชน์ต่อนักดำน้ำบ้างไม่มากก็น้อย

ความเข้าใจประการที่ 1 เพียงไม่กี่วินาที เราก็คงหลุดลอยไปไกลหลายเมตรจากจุดเดิม

โดยปกติ กระแสน้ำที่เกิดขึ้นในอ่าว จะมีความรุนแรงมากกว่าในพื้นที่แบบทะเลเปิด เนื่องจากอ่าวมักมีความลึกน้อยกว่า (เพราะมีการสะสมของตะกอน) มีร่องน้ำต่างๆ คอยรีดเค้นและเบี่ยงเบนทิศทางมากกว่า และได้รับอิทธิพลจากน้ำขึ้นน้ำลงในแต่ละวัน รวมถึงกระแสน้ำจากแม่น้ำในแต่ละฤดูกาลมากกว่าด้วย

จากข้อมูลการวิจัยเรื่องกระแสน้ำในอ่าวไทย[1] พบว่า ความเร็วสูงสุดที่เคยวัดได้อยู่ราวๆ 1 knot หรือประมาณ 51 ซ.ม. ต่อวินาที แต่เราคงไม่ได้ดำน้ำในกระแสน้ำเช่นนี้บ่อยนัก

เราอาจจะลองคาดคะเนความเร็วของกระแสน้ำในระหว่างดำน้ำอยู่ได้ โดยสังเกตการเคลื่อนที่ของตะกอน ขณะที่ตัวเราหยุดนิ่งดู เท่าที่ผมเคยสังเกตมาก็อยู่ราวๆ 10 - 20 ซ.ม. ต่อวินาทีเท่านั้น (ไม่นับตอนน้ำนิ่งนะครับ) ซึ่งความรู้สึกก็บอกว่ากระแสน้ำแรงทีเดียวเชียวล่ะ

สมมติว่าถ้าเราอยู่ในกระแสน้ำนั้น แล้วเราจะไหลไปกับกระแสน้ำด้วยความเร็วเท่ากัน ก็แสดงว่าเราจะไหลไปได้ราว 20 ซ.ม. ต่อวินาที หรือ 5 วินาทีต่อ 1 เมตร หรือ นาทีละ 12 เมตร ซึ่งช้ากว่าการเดินอย่างช้าที่สุดของเราด้วยซ้ำไป

สำหรับนักดำน้ำที่เรียนรู้การกะระยะทางใต้น้ำโดยใช้การตีฟินของตนเองมาแล้ว (เช่นในหลักสูตร Advanced Open Water) ก็คงพอจะจำได้ว่าการตีฟิน 1 ครั้ง จะพาเราไปได้เร็วแค่ไหน โดยเฉพาะถ้าใน 1 รอบนั้นเราตีฟินได้ประสิทธิภาพเต็มที่

ความเข้าใจประการที่ 2 ถ้าเราอยู่เฉยๆ เราจะไหลไปตามกระแสน้ำด้วยความเร็วเท่ากัน

เป็นเรื่องธรรมดามากที่เราจะมีความเข้าใจแบบนี้ ซึ่งก็ไม่เว้นแม้แต่ Divemaster หรือ Instructor ด้วย ไม่ใช่เฉพาะนักดำน้ำมือใหม่เท่านั้นหรอกครับ แต่ถ้าได้ลองสังเกตกันดีๆ จะพบว่านี่เป็นความเข้าใจที่ไม่ตรงกับความเป็นจริง

เอาง่ายๆ ว่าระหว่างที่คุณดำน้ำในกระแสน้ำ ตะกอนเล็กๆ ที่ล่องลอยอยู่ในกระแสน้ำเดียวกันนั้นไหลผ่านตัวคุณไปเร็วกว่าการเคลื่อนที่ของตัวคุณเองจริงหรือไม่ (เมื่อตัวคุณหยุดนิ่ง ไม่ทำอะไร ปล่อยให้กระแสน้ำ กระทำการต่างๆ ต่อร่างกายคุณอย่างเต็มที่) นั่นก็แสดงให้เห็นแล้วกว่าตัวคุณเองเคลื่อนที่ตามกระแสน้ำไป ช้ากว่าความเร็วของกระแสน้ำอย่างแน่นอน และถ้าข้อความนี้เป็นจริง ตะกอนเล็กๆ ที่เรากำลังใช้เป็นตัวแทนของกระแสน้ำอยู่นั้น ก็ต้องเคลื่อนที่ตามไปช้ากว่ากระแสน้ำจริงอีกด้วย

แต่ถ้าคุณยังไม่มั่นใจในเรื่องนี้ หรือต้องการตัวเลขที่ใกล้เคียงความเป็นจริงที่สุด ทฤษฎีทางฟิสิกส์มีคำตอบให้เรามานานกว่าร้อยปีแล้ว

มาคำนวณความเร็วจริงกันดีกว่า

สูตรคำนวณแรงของของไหล[2] ที่กระทำกับตัวเรา เป็นดังสมการต่อไปนี้

Fd คือ แรงลากที่เกิดขึ้น
ρ คือ ความหนาแน่นของของไหล สำหรับน้ำทะเล ก็ 1,030 kg/m3
v คือ ความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างเรากับของไหล คิดกันคร่าวๆ ก็ 20 cm/s หรือ 0.2 m/s
A คือ พื้นที่หน้าตัดของตัวเราต่อทิศทางของของไหล
Cd คือ สัมประสิทธิ์การลาก ซึ่งแตกต่างกันไปตามรูปร่างของวัตถุ เช่น วัตถุสี่เหลี่ยมแข็งตัน ใช้ค่า Cd 2.1,
วัตถุทรงกลม ใช้ 0.1 - 0.4

สำหรับพื้นที่หน้าตัดของมนุษย์ใส่ชุดดำน้ำ คำนวณคร่าวๆ ก็ประมาณ 0.2 - 0.3 m2 ผมขอเลือกค่าสูงเลยละกัน ส่วนสัมประสิทธิ์การลาก เรามีเพียงรูปร่างอ้างอิง 2 - 3 แบบ[3] คือ นักว่ายน้ำ 1.0, นักเล่นสกี 1.0 - 1.1, รถแข่งทั่วไป 0.7 - 1.1 ผมก็ขอเหมาเอาว่านักดำน้ำอย่างเราๆ ดำในท่านอน streamline ก็น่าจะราวๆ 1.0 เหมือนกัน แทนค่าต่างๆ จนครบถ้วนแล้ว จะได้ผลลัพธ์เป็นแรงที่กระทำกับนักดำน้ำมีค่าเท่ากับ 6 - 7.5 นิวตัน

ความหมายของผลลัพธ์

จากตัวเลขนี้ ต้องจับใส่สูตรการเคลื่อนที่แนวเส้นตรง F = ma (มีมวลของนักดำน้ำมาเกี่ยวข้องด้วย) และ v = u + at แบบที่นักเรียนม.ปลาย สายวิทย์คุ้นเคยกันดี จะได้ว่า แรงที่เกิดขึ้นนี้จะทำให้นักดำน้ำมวล 60 kg เคลื่อนที่ไปด้วยความเร่ง ราว 0.10 - 0.13 m/s2

ถ้าเริ่มต้นจาก หยุดนิ่ง (u = 0 m/s) ผ่านไป 1 วินาที นักดำน้ำก็จะมีความเร็วไปตามกระแสน้ำประมาณ 0.1 m/s หรือ 10 ซ.ม. ต่อวินาที และเมื่อผ่าน 2 วินาที นักดำน้ำก็จะมีความเร็วเท่ากับกระแสน้ำ คือ 0.2 m/s ... จริงหรือ?

คำตอบคือ ไม่... เพราะแรงลากไม่ได้มีปริมาณคงที่เช่นนั้น... ลองนึกถึงความเป็นจริงว่าถ้าแรงลากมีค่าคงที่ ความเร่งของนักดำน้ำจะคงที่ด้วย แล้วนักดำน้ำก็จะมีความเร็วเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนไหลไปได้เร็วกว่ากระแสน้ำในที่สุด ซึ่งเป็นไปไม่ได้

สิ่งที่เกิดขึ้นจริงคือ แรงลากที่เกิดขึ้นมีผลทำให้ความเร็วของนักดำน้ำเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความเร็วสัมพัทธ์กับกระแสน้ำลดลงเรื่อยๆ แรงลากจึงลดลงตามไปด้วย เช่น เมื่อนักดำน้ำมีความเร็วเป็น 0.1 m/s แรงลากจะอยู่ที่ประมาณ 1.5 นิวตัน ทำให้เกิดความเร่งเพียง 0.03 m/s2 ความเร็วของนักดำน้ำจะเพิ่มขึ้นในอัตราที่ช้าลง แรงลากที่ว่านี้จะลดลงจนเป็นศูนย์ เมื่อความเร็วของนักดำน้ำเท่ากับกระแสน้ำ ... แต่นั่นก็กินเวลานานมากทีเดียว

นี่หมายความว่า หากความเร็วเฉลี่ยอยู่ที่ราว 10 ซ.ม. ต่อวินาที เราก็เคลื่อนที่ไปได้นาทีละ 6 เมตรเท่านั้นเอง!

ประโยชน์ที่น่าจะนำไปใช้ได้

หากเชื่อตามที่เล่ามานี้ รวมถึงทฤษฎีมากมายที่ยกมาชักแม่น้ำทั้งห้าให้ฟัง (แม้อาจจะเข้าใจบ้างไม่เข้าใจบ้างก็ตาม) อย่างน้อยประโยชน์ที่ท่านน่าจะได้เอาไปใช้ก็คือ

  1. ลดความกังวลใจหรือความตึงเครียดขณะต้องดำน้ำในกระแสน้ำรุนแรง เพราะรู้แล้วว่ากระแสน้ำจะพาเราไปไหนไม่ได้ไกลมากมายในช่วงเวลาหลายๆ วินาทีนั้น
  2. ลดความเหน็ดเหนื่อยจากการดำน้ำในกระแสน้ำ เพราะรู้แล้วว่าไม่จำเป็นจะต้องตีฟินตลอดเวลา เพื่อสู้กับกระแสน้ำรุนแรง แต่เราสามารถหยุดนิ่งได้เป็นระยะๆ
  3. นำไปพัฒนาเทคนิคการดำน้ำในกระแสน้ำรุนแรงที่เหมาะกับตนเองได้

ความเข้าใจประการสุดท้าย คนอ้วนถูกกระแสน้ำพาไปได้เร็วกว่าคนผอม

เหตุผลที่เข้าใจกันดี ก็เพราะคนอ้วนมีรูปร่างต้านน้ำ และมีพื้นที่ผิวสัมผัสกับน้ำมากกว่าคนผอม ... แต่! อย่าเพิ่งเชื่อใครครับ มั่นใจในตัวเองไว้ อ้วนๆ อย่างเราก็ดำน้ำในกระแสได้โดยไม่ต้องกังวลเช่นกัน ใครมากระแนะกระแหนก็ยกสมการข้างบนนี้ให้ดู แล้วอธิบายให้เค้าฟังชัดๆ ไปเลยว่ามันอยู่ที่น้ำหนักตัวด้วยต่างหาก ยิ่งหนักมากกระแสน้ำยิ่งลากไปไม่ไหวหรอก เชื่อสิ!

 
เขียนโดย ศุภพงษ์ อารีประเสริฐกุล (FreedomDIVE.com)
เอกสารอ้างอิง 1. สำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ, สาระวิทยาศาสตร์ทางทะเล, พ.ศ. 2546
2. Wikipedia: Drag Equation
3. Wikipedia: Drag Coefficient
นำเสนอ 01 ส.ค. 2550
ปรับปรุงล่าสุด 21 ส.ค. 2550