ภาพและภาพยนตร์ : PORSCHE AG, DAIMLER AG และ VOLVO CAR
เรียบเรียง : Pitak Boon
ปัจจุบันถุงลมนิรภัย หรือ Airbags จัดเป็นอุปกรณ์มาตรฐานในรถยนต์ทุกรุ่น เริ่มต้นกันที่ 1 ลูก บริเวณพวงมาลัยสำหรับคนขับ ไล่เรียงไปจนถึงระดับ 6-11 ลูก รอบห้องโดยสารสำหรับผู้โดยสารทุกตำแหน่ง วัตถุประสงค์หลักในการใช้ถุงลมนิรภัยก็เพื่อป้องกันผู้โดยสารปะทะ หรือกระแทกเข้ากับของแข็งภายในห้องโดยสาร รวมถึงเศษกระจกต่างๆ ที่จะแตกกระจายออกมาขณะรถเกิดอุบัติเหตุ
ข้อควรระวังของถุงลมนิรภัย จะมีมากกว่าอุปกรณ์ความปลอดภัยในส่วนอื่นๆ เพราะ ขณะถุงลมนิรภัยทำงานจะมีการระเบิดของแก๊ส (ไนโตรเจน) เข้ามาเกี่ยวข้อง ความรุนแรงขณะพองตัวของถุงลมจึงสูงเป็นพิเศษ ตำแหน่งที่ถุงลมจะปะทะกับผู้โดยสารจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะถ้าเกิดการปะทะกับอวัยวะร่างกายในส่วนที่ไม่เหมาะสม ถุงลมนิรภัยก็จะก่อให้เกิดอันตรายขึ้นกับผู้โดยสารได้เช่นกัน และ ตำแหน่งที่บังคับให้ผู้โดยสารปะทะกับถุงลมนิรภัย คือ ตำแหน่งที่ผู้โดยสารคาดเข็มขัดนิรภัยอยู่เท่านั้น
นอกจากถุงลมนิรภัยที่ถูกซ่อนไว้ภายในพวงมาลัยแล้ว ยังมีถุงลมนิรภัยสำหรับผู้โดยสารตอนหน้า, ถุงลมนิรภัยด้านข้าง (Side Airbags), ม่านนิรภัย (Curtain Airbags) และล่าสุด กับถุงลมนิรภัยในส่วนของหัวเข่า (Knee Airbags) เมื่อเกิดอุบัติเหตุถุงลมนิรภัยจะไม่ทำงานทุกลูก เพราะการพองตัวของถุงลมนิรภัยแต่ละลูก จะหมายถึงค่าใช้จ่ายที่เจ้าของรถ (หรือบริษัทประกันภัย) ต้องรับภาระไปเต็มๆ ขณะนำรถเข้าซ่อม
การทำงานของถุงลมนิรภัยจะอยู่ในความควบคุมของสมองกล ที่รับสัญญาณมาจากเซ็นเซอร์หลายๆ จุด อาทิ เซ็นเซอร์บริเวณเบาะนั่งที่เป็นตัวตรวจสอบว่า ในเบาะนั่งแต่ละตำแหน่งมีผู้โดยสารอยู่หรือไม่, เซ็นเซอร์ตำแหน่งที่รถเกิดการชน ฯลฯ จากนั้นสมองกลจะประมวลผล แล้วสั่งการให้ถุงลมนิรภัยในตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งทำงาน เช่น กรณีรถเกิดการชนจากด้านข้าง ถุงลมนิรภัยคู่หน้าจะไม่ทำงาน (หากการยุบตัวของโครงสร้างด้านหน้ารถ เข้ามาไม่ถึงเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งไว้ด้านหลังกันชนหน้า) แต่ถุงลมนิรภัยด้านข้าง และม่านนิรภัย เฉพาะฝั่งที่เกิดการปะทะจะทำงาน เพื่อลดการกระแทก รวมทั้งอันตรายจากคมของเศษกระจกจากบานประตู
ปัจจุบัน ถุงลมนิรภัยคู่หน้าได้รับการพัฒนาให้ทำงานได้แบบ 2 สเต็ป ตามระดับความรุนแรงในการชน เช่น ถุงลมจะจุดระเบิดออกมาก่อน 30% เพื่อลดความรุนแรงในการปะทะ ระหว่างถุงลมกับใบหน้าและหน้าอกของผู้โดยสาร ก่อนที่จะเพิ่มการพองตัวมาจนเต็ม 100% ภายในเสี้ยววินาที เพื่อป้องกันผู้โดยสารไปกระแทกเข้ากับของแข็งอื่นๆ รอบห้องโดยสาร
สำหรับเรื่อง ความเชื่อมโยงของถุงลมนิรภัยกับเข็มขัดนิรภัย ในรถรุ่นเก่าๆ คุณจะคาดหรือไม่คาดเข็มขัดนิรภัย ถุงลมนิรภัยก็ทำงาน ส่วนรถรุ่นใหม่ๆ หากไม่คาดเข็มขัดนิรภัย ถุงลมนิรภัยจะไม่ทำงาน เพราะ ในสถานการณ์ที่ถุงลมระเบิดออกมา แล้วผู้โดยสารไม่ได้อยู่ในตำแหน่งที่ยึดติดอยู่กับเบาะนั่ง ความรุนแรงและความเร็วในการพองตัวของถุงลมนิรภัยอาจก่ออันตรายได้ถึงขั้นเสียชีวิต
แล้วเราจะรู้ได้ไง ว่าถุงลมนิรภัยในรถเรา มันเป็นแบบไหน...ในคู่มือประจำรถมีคำแนะนำไว้หมดครับ
ภาพและภาพยนตร์ : PORSCHE AG, DAIMLER AG และ VOLVO CAR
เรียบเรียง : Pitak Boon
การเดินทางด้วยพาหนะบนท้องถนนในประเทศไทยต้องใช้ความระมัดระวังให้มาก เพราะจากสถิติของคณะทำงานจัดทำแผนและมาตรการลดการสูญเสียจากภัยบนท้องถนนพบว่าในปี ค.ศ. 2016 หรือปี พ.ศ 2559 มีจำนวนผู้เสียชีวิตทางถนนมากถึง 22 356 ราย หรือมีผู้เสียชีวิต 62 รายต่อวัน ยังไม่นับจำนวนผู้ที่บาดเจ็บอีกจำนวนมาก ตีเป็นงบประมาณของรัฐที่ต้องสูญเสียถึงห้าแสนล้านบาท เทียบกับจำนวนประชากร ประเทศไทยมีผู้เสียชีวิตทางถนนเป็นอันดับต้นๆของโลก กรมทางหลวงสรุปอุบัติเหตุข้อมูล 6 เดือนแรกของปี ค.ศ. 2018 หรือปี พ.ศ. 2561 ว่าบนทางหลวงอุบัติเหตุส่วนใหญ่เกิดบริเวณทางตรงร้อยละ 65 รองลงมาคือทางโค้งปรกติร้อยละ 13
การที่อุบัติเหตุส่วนใหญ่เกิดบริเวณทางตรงเพราะสาเหตุหลักการเกิดอุบัติเหตุมาจากผู้ขับขี่รับรถด้วยความเร็วสูงกว่ากฎหมายกำหนดถึงร้อยละ 71 ในแต่ละปีทั่วโลกมีผู้เสียชีวิตทางถนนมากกว่า 1.25 ล้านคน นี่นับเป็นภัยคุกคามที่น่ากังวลมาก นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจึงคิดหาหนทางหรือสิ่งประดิษฐ์เพื่อช่วยลดอัตราการเสียชีวิตนี้ และหนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญที่ช่วยรักษาชีวิตผู้คนก็คือถุงลมนิรภัย
ถุงลมนิรภัย (Airbag) คือสิ่งประดิษฐ์ที่สร้างขึ้นเพื่อความปลอดภัยของยานพาหนะ ทำหน้าที่เหมือนหมอนนุ่มเพื่อป้องกันการกระแทกกับวัสดุภายในรถเมื่อเกิดอุบัติเหตุการชน โดยถุงลมนิรภัยจะขยายตัวอย่างรวดเร็วออกมาจากอุปกรณ์ที่เก็บมันไว้เช่นในพวงมาลัยของรถยนต์เมื่อเกิดอุบัติเหตุ โดยในปัจจุบันตามปรกติบริษัทผู้สร้างรถยนต์จะให้ถุงลมนิรภัยหลายจุดตามบริเวณที่นั่งโดยสารต่างๆ
เราสามารถอธิบายเรื่องถุงลมนิรภัยได้โดยใช้ความรู้ทางฟิสิกส์ โมเมนตัม (Momentum) คือปริมาณการเคลื่อนที่ของวัตถุ บอกถึงความพยายามที่วัตถุนั้นจะเคลื่อนที่โดยนิยามโดยสมการ
\(\overrightarrow{P}={m}\overrightarrow{v}\)
โดยที่ \(\overrightarrow{P},m,\overrightarrow{v}\) คือ โมเมนตัม มวล และความเร็วของวัตถุตามลำดับ
สิ่งสำคัญที่เราต้องสนใจคือแรงดล (Impulsive force) หมายถึงแรงที่มากระทำต่อวัตถุนั้นในช่วงเวลาสั้นๆ หรือกล่าวอีกอย่างแรงดลหมายถึงการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมที่เปลี่ยนไปในช่วงเวลาสั้นๆ แรงดลมีหน่วยเป็นนิวตันสามารถเขียนความสัมพันธ์ได้เป็นสมการ
\(\overrightarrow{F}= \frac{m(\overrightarrow{v}-\overrightarrow{u})}{\Delta \,t} \)
โดยที่ \(\overrightarrow{F},m,\overrightarrow{v},\overrightarrow{u},Δt\) คือ แรงดล มวลของวัตถุ ความเร็วตอนปลาย ความเร็วตอนต้น และผลต่างของเวลาตามลำดับ
เมื่อรถยนต์เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงพุ่งเข้าชนกำแพงเหล็กทำให้รถมีความเร็วเป็น 0 เมตร/วินาที อย่างรวดเร็วทำให้เกิดแรงดลที่มีค่ามาก ร่างกายของผู้ขับขี่จะชนกระแทกกับวัสดุภายในรถทำให้เกิดการบาดเจ็บและเสียชีวิต สิ่งที่ถุงลมนิรภัยทำก็คือช่วยยืดระยะเวลาการชนของร่างกายของผู้ขับขี่และผู้โดยสารนี้ให้นานขึ้น จากสมการจะเห็นว่า เมื่อ Δt มากขึ้น แรงดลก็จะน้อยลง (ถ้าเปลี่ยนจากถุงลมนิรภัยเป็นผนังเหล็กแทนจะเห็นว่า Δt จะน้อยมาก แรงดลก็จะมาก) เพราะถุงลมนิรภัยเป็นเหมือนหมอนนุ่ม ยืดระยะเวลาการชนของร่างกายของผู้ขับขี่และผู้โดยสารให้นานขึ้นและยังกระจายแรงดลไปทั่วพื้นที่ของร่างกายให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ร่างกายของผู้ขับขี่และผู้โดยสารก็จะมีความเสี่ยงในการบาดเจ็บและเสียชีวิตน้อยลง
การทำงานของถุงลมนิรภัย
โดยอุปกรณ์หลักของของถุงลมนิรภัยประกอบด้วยสิ่งสำคัญ 5 อย่างด้วยกันคือ ตัวตรวจวัดความเร่ง (accelerometer) วงจร ส่วนของความร้อน ส่วนจุดระเบิด และส่วนของถุงลมนิรภัย โดยตัวตรวจวัดความเร่งจะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว เมื่อรถยนต์ชนกับกำแพงหรือรถยนต์คันอื่น ตัวตรวจวัดความเร่งจะส่งสัญญาณไปที่วงจรทันที วงจรจะส่งกระแสไฟฟ้าไปยังส่วนของความร้อน ส่วนนี้สร้างความร้อนคล้ายเตารีดหรือเครื่องปิ้งขนมปังที่ใช้กันในบ้านแต่สร้างความร้อนได้เร็วกว่ามาก ไปจุดระเบิดทำให้เม็ดของแข็งของโซเดียม เอไซด์(Sodium Azide) ให้ระเบิด การระเบิดนี้ทำให้เกิดแก๊สไนโตรเจนไปเติมถุงลมนิรภัยที่แฟบซ่อนอยู่ให้ขยายตัวออกมาอย่างรวดเร็วโดยกระบวนการทั้งหมดนี้ใช้เวลาเพียง 0.08 วินาที โดยถุงลมนิรภัยนี้ก็จะมีรูเล็กๆระบายแก๊สออก เมื่อมีการชนเกิดขึ้นถึงลมนิรภัยนี้ก็จะเป็นดังหมอนนุ่มค่อยๆแฟบระหว่างที่ร่างกายหรือศีรษะของผู้ขับขี่หรือผู้โดยสารพุ่งชน ถุงลมนิรภัยจะช่วยเพิ่มผลต่างของเวลา Δt ในสมการแรงดล ทำให้แรงดลมีค่าลดลงและยังช่วยกระจายแรงดลออกไปสู่พื้นที่ที่มากขึ้น และนี่เองที่ช่วยให้ผู้ประสบอุบัติเหตุมีโอกาสมีชีวิตรอดมากขึ้น
และนี่คือความสำเร็จของวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ที่ช่วยออกแบบอุปกรณ์ที่ช่วยรักษาชีวิตของผู้คน ในระยะเวลาหลายสิบปีตั้งแต่มีการใช้ถุงลมนิรภัยมันได้ช่วยรักษาชีวิตของผู้คนได้จำนวนมาก อย่างไรก็ตามแม้จะมีเทคโนโลยีต่างๆมาช่วยเหลือ รักษาชีวิตเรามากมาย แต่สิ่งสำคัญที่สุดคือการไม่ประมาท จะได้ใช้ชีวิตอยู่ต่อไป ได้ศึกษาวิชาฟิสิกส์หรือทำสิ่งที่ตัวเองชอบต่อไป ขอให้ผู้ใช้พาหนะเดินทางบนท้องถนนทุกคนเดินทางถึงจุดหมายปลายทางอย่างปลอดภัย
บทความโดย
ณัฐพล โชติศรีศุภรัตน์
ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ
อ้างอิง
- Popsci.com. (2016). How Airbags Work, And How They Can Fail. [online] Available at: //www.popsci.com/how-airbags-are-supposed-to-work/ [Accessed 25 Aug. 2019].
- World Health Organization. (n.d.). Number of road traffic deaths. [online] Available at: //www.who.int/gho/road_safety/mortality/traffic_deaths_number/en/ [Accessed 25 Aug. 2019].