Pendulum มหัศจรรย์ของนาฬิกาลูกตุ้ม
ประภัสสร รอดรัตน์นักวิชาการวิทยาศาสตร์ศึกษา
นาฬิกาลูกตุ้มถูกสร้างขึ้นในปี ค.ศ.1656 โดยนักวิทยาศาสตร์ที่ชื่อว่า Christiaan Huygens โดยแนวคิดนี้เริ่มมาจากกาลิเลโอที่ค้นพบความสมดุลของแรงแกว่งของลูกตุ้ม จึงเป็นแรงบันดาลใจของนักประดิษฐ์นี้ที่อยากทำนาฬิกากลไกการควบคุมโดยธรรมชาติ ซึ่งในรุ่นแรกการแกว่งลูกตุ้มจะค่อนข้างกว้างมาก ในปี ค.ศ. 1673 ความเที่ยงตรงคลาดเคลื่อน 10 วินาทีต่อวัน เขาได้พบว่าการแกว่งที่น้อยลงจะช่วยเพิ่มความแม่นยำมากขึ้น การทำให้การแกว่งของลูกตุ้มนั้นสั้นลง และการลดความยาวของเชือกจะทำให้มีความเที่ยงขึ้น เขาปรับปรุงแล้วหลังจากนั้นก็เริ่มผลิตนาฬิกาลูกตุ้มครั้งแรกในปี ค.ศ.1680 ครั้งนี้เป็นที่รู้จักแพร่หลายในนามนาฬิกาเรือนสูง จนต่อมาก็มีการพัฒนามากขึ้นจนเริ่มมีเข็มหน้าปัดนาฬิกาบอกนาทีในปี ค.ศ.1690 ในปี ค.ศ.1675 ผู้ผลิตพยายามออกแบบ และการปรับปรุงจนกลายมาเป็น The deadbeat escapement จนได้รับความนิยมเป็นอย่างมาก โดยได้รับความนิยมไปจนถึงปี ค.ศ.1715 จากนั้นเขาได้ต่อยอดปรับปรุงกลไกของนาฬิกาลูกตุ้มให้มีความเที่ยงเป็นอย่างมาก เรียกได้ว่าเป็นนาฬิกาที่แม่นยำที่สุดในโลกของยุคนั้นก็ว่าได้ ซึ่งมันถูกเรียกว่า เร็คกูเลเตอร์ ที่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในโรงงานอุตสาหกรรมที่เริ่มมีการปฏิวัติ สถานีรถไฟที่ต้องการเวลาที่แน่นอน หรือแม้แต่ในบ้านเรือนเองที่ต้องใช้นาฬิกาในการดำรงชีวิต ซึ่งในปัจจุบันนาฬิกาลูกตุ้มนั้นไม่นิยมนำมาใช้แล้วเพียงแต่กลายมาเป็นของแต่งบ้าน และของสะสมเท่านั้น
การจับเวลาของนาฬิกาลูกตุ้ม จะใช้พลังงานที่มาจากการแกว่งไปมาระหว่างลูกตุ้มสองลูกในแนวดิ่งต่ำอย่างที่สมดุล ที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงของโลก โดยแรงจ่ายของน้ำหนักจะถูกส่งมาจากเส้นเชือกที่ดึงลูกตุ้ม และแรงผลักที่ส่งของลูกตุ้ม ซึ่ง 2 ปัจจัยนี้จะส่งผลต่อความเที่ยงตรงของเวลา เพราะในการแกว่งลูกตุ้มอีกลูกมาตกกระทบในแนวสมดุลกับอีกหนึ่งลูกนั้น จะให้เวลานับเป็น 1 นาที ในภายหลังได้ปรับปรุงให้มีความเที่ยงด้วยการใช้แรงถ่วงเกียร์ประกอบในการแกว่ง จึงจะทำให้ได้รับแรงผลักที่มีอัตราคงที่ และนาฬิกาจะบอกเวลาได้ถูกต้องมากขึ้น ซึ่งไกของเกียร์นั้นจะหมุนได้จากการไขลาน
แรงโน้มถ่วงของโลกไม่ได้คงที่เท่ากัน ในตอนที่เราขึ้นไปบนเขาที่สูง อยู่ใกล้ระดับน้ำทะเล หรือแม้แต่การอยู่ในเรือซึ่งมีคลื่นน้ำและการโยกเสมอ สิ่งนี้เป็นไปได้ที่จะทำให้เวลาของแต่ละคนนั้นไม่เท่ากัน
ลูกตุ้มคือโลหะที่สามารถเปลี่ยนแปลงยืดหดได้ตามระดับอุณหภูมิภายนอก ซึ่งโลหะนั้นจะหดตัวเมื่ออุณหภูมิต่ำ และจะขยายตัวในอุณหภูมิที่สูง ในกรณีนี้แรงโน้มถ่วงอาจจะคงที่ แต่เมื่อความยาวของลูกตุ้มเปลี่ยนไปความแม่นยำก็คลาดเคลื่อนได้
แต่ถึงอย่างไรนาฬิกาลูกตุ้มก็ได้เป็นเครื่องจับเวลาชนิดแรกของโลกที่มีความเที่ยงตรงที่สุด จนส่งผลทำให้โลกนี้เกิดสิ่งใหม่ ๆ ขึ้นมาอย่างมากมาย ทั้งการปฏิวัติด้านอุตสาหกรรมโดยมีการนำเวลามาสร้างเป้าหมาย ทั้งกฏเกณฑ์เวลาของพนักงานหรือการทำงานต่างๆ และในส่วนของตัวเราเองก็เช่นกันที่ได้มีแบบแผนในชีวิตตั้งแต่ตื่นนอนไปจนนอนหลับก็เพราะมีเวลาเป็นตัวกำหนดนี่แหละ
แหล่งที่มา : Ashish (2562, พฤศจิกายน 14). How Does A Pendulum Clock Work?. สืบค้นเมื่อ 27 กุมภาพันธ์ 2563. จาก https://www.scienceabc.com/innovation/pendulum-clock-works-escapement-ticking-sound-falling-weight.html
History of the Pendulum Clock. สืบค้นเมื่อ 27 กุมภาพันธ์ 2563. จาก https://www.timecenter.com/articles/christiaan-huygens-and-the-pendulum-clock-by-timecenter/
นาฬิกาลูกตุ้มและหลักการทำงานของเพนดูลัม (pendulum). สืบค้นเมื่อ 27 กุมภาพันธ์ 2563 . จาก http://www.thaiphysoc.org/article/159/
