ปรากฏการณ์ที่รถบรรทุกเปล่าวิ่งบนถนนแล้วเกิดอาการลื่นไถลเมื่อเบรกกะทันหันเป็นสิ่งที่พบเห็นได้บ่อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผู้ขับขี่รถบรรทุกที่มีประสบการณ์ คำถามที่เกิดขึ้นคือ ทำไมรถบรรทุกเปล่าถึงลื่นไถลได้ง่ายกว่าเมื่อเบรกเมื่อเทียบกับรถที่มีสินค้าบรรทุก? เพื่ออธิบายเรื่องนี้ในเชิงวิทยาศาสตร์และเข้าใจง่าย เราจำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยทางฟิสิกส์พื้นฐานที่มีผลต่อกระบวนการเบรกของรถ
พิจารณารถบรรทุกที่กำลังเคลื่อนที่บนถนนด้วยความเร็วเริ่มต้น v₀ เมื่อผู้ขับขี่เหยียบเบรก แรงต้าน F จะปรากฏขึ้น แรงนี้มีทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่และทำให้รถชะลอความเร็ว ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน ความเร่ง a ของรถแปรผกผันกับมวล m ของรถ: a = -F/m เครื่องหมายลบแสดงว่าความเร่งมีทิศทางตรงกันข้ามกับความเร็ว นั่นคือรถกำลังชะลอความเร็ว
ระยะทางลื่นไถล s ที่รถเคลื่อนที่ได้ตั้งแต่เริ่มเบรกจนถึงหยุดสนิท (v = 0) สามารถคำนวณได้จากสูตรความสัมพันธ์ระหว่างความเร็ว ความเร่ง และระยะทางในการเคลื่อนที่แนวตรงแบบมีความหน่วงสม่ำเสมอ: v² – v₀² = 2as เมื่อรถหยุดสนิท v = 0 สูตรจะกลายเป็น: -v₀² = 2as
จากนั้น เราจะได้ระยะทางลื่นไถล: s = -v₀² / (2a) แทนค่าความเร่ง a = -F/m ลงไป เราจะได้: s = m.v₀² / (2F)
สูตรนี้แสดงให้เห็นว่าระยะทางลื่นไถล s แปรผันตรงกับมวล m ของรถ ซึ่งหมายความว่า หากแรงเบรก F ไม่เปลี่ยนแปลง รถที่มีมวลมากจะยิ่งมีระยะทางลื่นไถลยาว
ในกรณีของรถบรรทุกเปล่า มวล m ของรถจะน้อยกว่าเมื่อเทียบกับรถที่บรรทุกสินค้าเต็มคัน (มวล 2m ดังในตัวอย่าง) อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ต้องสังเกตคือแรงเบรก F ในที่นี้เกิดจากแรงเสียดทานระหว่างยางรถยนต์กับพื้นผิวถนน แรงเสียดทานนี้แปรผันตรงกับแรงกดของล้อรถลงบนพื้นผิวถนน เมื่อรถไม่มีสินค้าบรรทุก แรงกดของล้อรถลงบนพื้นผิวถนนจะลดลง ส่งผลให้แรงเสียดทาน F ลดลงตามไปด้วย
แม้ว่ามวล m จะลดลงเมื่อรถไม่มีสินค้าบรรทุก แต่แรงเบรก F ก็ลดลงอย่างมากเช่นกัน ในความเป็นจริง การลดลงของแรงเบรก F อาจมีขนาดใหญ่กว่าการลดลงของมวล m ซึ่งนำไปสู่การที่ระยะทางลื่นไถล s ที่แท้จริงของรถเปล่ากลับ ยาวกว่า ที่คาดการณ์ไว้หากพิจารณาจากสูตรอย่างง่ายข้างต้นเท่านั้น
เพื่อให้ง่ายต่อการทำความเข้าใจและเห็นภาพ ในโจทย์เดิม สมมติว่าแรงเบรก F ไม่เปลี่ยนแปลงในทั้งสองกรณีคือรถมีน้ำหนักบรรทุกและไม่มีน้ำหนักบรรทุก เมื่อนั้น หากรถบรรทุกสินค้ามีมวลเป็นสองเท่าของรถเปล่า (2m) และแรงเบรก F เท่ากัน ระยะทางลื่นไถลของรถบรรทุกสินค้า (s₁) จะเป็น:
s₁ = (2m).v₀² / (2F) = 2 . (m.v₀² / (2F)) = 2s
ดังนั้น ตามทฤษฎีอย่างง่ายนี้ ระยะทางลื่นไถลของรถบรรทุกสินค้าจะเป็นสองเท่าของระยะทางลื่นไถลของรถเปล่า
รถบรรทุกเปล่ากำลังวิ่งบนถนน
อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง ดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น แรงเบรก F ไม่ได้คงที่อย่างสมบูรณ์ แต่ขึ้นอยู่กับน้ำหนักบรรทุกของรถ นั่นคือเหตุผลที่รถบรรทุกสมัยใหม่มักติดตั้งระบบเบรก ABS (Anti-lock Braking System) และระบบกระจายแรงเบรกแบบอิเล็กทรอนิกส์ EBD (Electronic Brakeforce Distribution) ระบบเหล่านี้ช่วยปรับแรงเบรกที่กระทำต่อล้อแต่ละล้อ เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการเบรกที่ดีที่สุดและลดสถานการณ์ล้อล็อก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรถไม่มีสินค้าบรรทุกหรือเมื่อเบรกบนพื้นผิวถนนที่ลื่น
สรุป:
ปรากฏการณ์ที่รถบรรทุกเปล่าลื่นไถลได้ง่ายเมื่อเบรกกะทันหันสามารถอธิบายได้ด้วยหลักการทางฟิสิกส์เกี่ยวกับแรงเสียดทานและกฎของนิวตัน แม้ว่ามวลของรถจะลดลงเมื่อไม่มีสินค้าบรรทุก แต่แรงเบรกก็ลดลงตามไปด้วย และในหลายกรณี การลดลงของแรงเบรกอาจมีผลกระทบมากกว่า ซึ่งนำไปสู่ระยะเบรกที่ยาวขึ้น การทำความเข้าใจหลักการนี้จะช่วยให้ผู้ขับขี่รถบรรทุกมีมาตรการขับขี่ที่ปลอดภัยและเหมาะสมกับน้ำหนักบรรทุกของรถ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อควบคุมรถบรรทุกเปล่าบนท้องถนน
