วอร์เทกซ์ พายุหมุน และ อุปกรณ์จำลองพายุหมุน

วอร์เทกซ์ แปลได้ง่ายๆ ตรงตัว ว่า "มวลสารที่หมุนวน" เมื่อมีมวลอะไรก็ตาม ที่เคลื่อนที่เป็นวงกลม หรือเคลื่อนที่ในลักษณะหมุนวน เราจะเหมารวมเรียกว่าเป็น "วอร์เทกซ์ (Vortex)" ทั้งสิ้น

วอร์เทกซ์สามารถเกิดในธรรมชาติก็ได้ หรือเกิดโดยน้ำมือของมนุษย์ ก็ได้เช่นกัน เราแบ่งประเภทของวอร์เทกซ์ ออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ ได้ดังนี้ :

วอร์เทกซ์แกน วอร์เทกซ์วงแหวน
เป็นวอร์เทกซ์ที่มีแกนเป็นเส้นตรง หรือค่อนข้างเป็นเส้นตรง วอร์เทกซ์ประเภทนี้ เป็นประเภทที่หาดูได้ง่ายในธรรมชาติ ได้แก่

พายุหมุน
พายุเฮอริเคน (Hurricane)
พายุทอร์นาโด (Tornado)
พายุไต้ฝุ่น (Typhoon)
พายุทรายหมุน (Dust Devil)

น้ำวน (Whirlpool)
น้ำวน (Whirlpool)

วอร์เทกซ์อื่นๆ
เวควอร์เทกซ์ (Wake Vortex) : เป็นวอร์เทกซ์ที่เกิดขึ้นด้านหลังของเครื่องบิน ในภาพจะเห็นวงม้วนเกลียวของควันสีแดง ที่เกิดขึ้นเมื่อเครื่องบินทะยานขึ้นสู่อากาศ
วอร์เทกซ์ไม้ขีดไฟ (Match Vortex) : เป็นวอร์เทกซ์ที่เกิดขึ้น เมื่อมีการจุดไม้ขีดไฟ
วอร์เทกซ์ด้านหลังเกาะ : เป็นวอร์เทกซ์ที่เกิดขึ้น ด้านหลังเกาะ ที่ขวางการไหลของกระแสน้ำ
วอร์เทกซ์ไอทะเล : เป็นวอร์เทกซ์ที่เกิดขึ้นในทะเล เมื่อผนวกกับไอทะเล ก็จะเห็นเป็นลำอย่างชัดเจน

เป็นวอร์เทกซ์ที่มีแกนหมุนเป็นรูปวงแหวน หรือ วงกลม วอร์เทกซ์ประเภทนี้ พบเห็นได้ไม่บ่อยนักในธรรมชาติ ที่ผ่านมา อาจพบได้ในระหว่างการระเบิดของภูเขาไฟ



ภาพ วอร์เทกซ์วงแหวนควัน (Smoke Ring Votex) มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 200 เมตร บันทึกภาพได้จากการระเบิดของภูเขาไฟเอ็ทนา (Etna)

อุปกรณ์จำลองพายุหมุน (วอร์เทกซ์แกน)

พายุหมุนในขวด PET
(อยู่ระหว่างการเขียนครับ)
เครื่องจำลองพายุหมุนแบบปิด

อุปกรณ์จำลองวอร์เทกซ์วงแหวน

ปืนใหญ่วอร์เทกซ์วงแหวน
ปืนเล็กวอร์เทกซ์วงแหวน

พายุทอร์นาโด เกิดได้อย่างไร ?

คำว่า Tornado มีรากมาจากภาษาละติน Toronae แปลว่า การหมุน (to turn) ความเร็วลมของพายุทอร์นาโด ถูกบันทึกว่ามากกว่า 300 ไมล์ต่อชั่วโมง และเชื่อกันว่าอาจสูงกว่า 400 ไมล์ต่อชั่วโมง นับว่าเป็นพายุที่มีความเร็วลมสูงที่สุดในโลกทีเดียว

ก่อนที่พายุฟ้าคะนองจะเกิด ลมที่อยู่ระดับสูง จะมีความเร็วลมสูงกว่า ลมที่อยู่ระดับต่ำ ความแตกต่างของความเร็วลม จะทำให้เกิดลมหมุนที่มองไม่เห็น ในชั้นบรรยากาศล่าง มวลอากาศร้อนที่ยกตัวสูงขึ้น (updraft) จะยกลมหมุน จากแนวนอน เป็นแนวตั้ง

พายุหมุนต่างกันอย่างไร ในซีกโลกเหนือ และใต้ ?

พายุจะหมุนทวนเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือ และหมุนตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกใต้ เรียกว่า Cyclonic Circulation

ความแตกต่างของการหมุนดังกล่าว เกิดจากผลของแรง coriolis ซึ่งเป็นแรงที่เกิดจากการหมุนรอบตัวเองของโลก : ของเหลวในซีกโลกเหนือจะหมุนขวา ในขณะที่ของเหลวในซีกโลกใต้จะหมุนซ้าย

ความกดอากาศต่ำ
ความกดอากาศต่ำ ใกล้ประเทศออสเตรเลีย
พายุเฮอริเคนแอนดรู
เฮอริเคน แอนดรู

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ

ในอเมริกา มีการวิเคราะห์ว่า พายุ 1 ใน 1000 ลูก เท่านั้น ที่จะทำให้เกิด SuperCell และ SuperCell 1 ใน 6 ลูก เท่านั้น ที่จะทำให้เกิดพายุทอร์นาโด

บังคลาเทศเป็นประเทศที่เจอพายุทอร์นาโดเป็นอันดับ 2 รองจากสหรัฐอเมริกา บังคลาเทศมีขนาดประมาณรัฐไอโอวา (55,599 ตร.ไมล์. เทียบกับ 56,276 ตร.ไมล์.)

ที่หลบภัยพายุทอร์นาโด ที่หลบภัยพายุทอร์นาโด ที่หลบภัยพายุทอร์นาโด
ที่หลบภัยพายุทอร์นาโด ใช้ฝังใต้พื้นดิน ทำจากไฟเบอร์กลาส
ที่มา : www.shelters-of-texas.com/

ชื่อของพายุ

พายุหมุน มีชื่อต่างกัน ตามลักษณะ และ สถานที่เกิด ครับ เช่น funnel , tornado , waterspout , landspout , dust devil , hurricane , typhoon , เป็นต้น

เฮอริเคน คือพายุที่กำเนิดในเขตศูนย์สูตร และมีความเร็วลมสูงกว่า 118 กม./ชม. พายุที่เกิดในแปซิฟิคตะวันตก จะเรียกว่า ไต้ฝุ่น (typhoon) พายุที่เกิดในมหาสมุทรอินเดีย จะเรียกว่า ไซโคลน (cyclone) พายุที่เกิดในหมู่เกาะฟิลิปปินส์ จะเรียกว่า bagulios

การจำแนกพายุทอร์นาโด
(แบ่งโดย National Weather Service)
ที่มา : www.nws.noaa.gov

ความรุนแรง กำลังอ่อน (weak) กำลังแรง (strong) กำลังรุนแรง(violent)
คิดเป็นร้อยละ 69 29 2
ความเร็วลม น้อยกว่า 110 ไมล์/ชม. 110-205 ไมล์/ชม. มากกว่า 205 ไมล์/ชม.
เปอร์เซนต์การตาย 3% 27% 70%
อายุของพายุ 5-10 นาที มากกว่า 20 นาที มากกว่า 1 ชั่วโมง

Vortex ในน้ำ (น้ำวน)
สถานที่ที่บันทึกภาพ : ใต้สะพานเอกาทศรถ อ.เมือง จ.พิษณุโลก
วันเวลา : กันยายน 2550
ผู้ถ่าย : พิธาน

น้ำวน
วอร์เทกซ์ในน้ำ มีลักษณะคล้ายกับวอร์เทกซ์ในอากาศ เมื่อเกิดขึ้น มักจะมีลูกเล็กลูกน้อยตามมาด้วยเสมอ
น้ำวน
และจะเกิดตามกันเป็นสายยาวๆ
น้ำวน
มีขนาดใหญ่เล็กปะปนกัน
น้ำวน
บ้างมีน้อยลูก
น้ำวน
บ้างมีเยอะจนขี้เกียจนับ

ภาพพายุหมุนในประเทศไทย...ว้าว
สถานที่ที่บันทึกภาพ : ร้านป้าแหล๋ว ใกล้ อ.บางสะพาน
วันเวลา : วันที่ 6 เมษายน 2550 เวลาประมาณบ่ายโมงกว่า
ผู้ถ่าย : Noumy
ขอขอบคุณคุณ Noumy มา ณ ที่นี้ด้วยครับ

พายุงวงช้าง
"ภาพนี้ถ่ายก่อนเกิดพายุงวงช้างประมาณ 10 นาที"
พายุงวงช้าง
"พายุงวงช้างเริ่มก่อตัว"
พายุงวงช้าง
"เห็นเป็นงวงชัดเจน แบ่งฟ้าเป็น 2 สี"
พายุงวงช้าง
"ซูม 10x ไปดูใกล้ๆ เห็นน้ำกระจาย"
พายุงวงช้าง
พายุงวงช้าง
"กำลังจะขึ้นฝั่งแล้วครับ เห็นเป็นเกลียวคลื่นน้ำชัดๆ ถูกดึงขึ้นไปบนฟ้า"
พายุงวงช้าง
"ขึ้นฝั่งแล้วครับ รอดไป...เรา หลังจากขึ้นฝั่งได้แป๊บเดียว ฝนก็ตกหนักมากๆ ประมาณครึ่งชั่วโมงก็เข้าสู่ภาวะปกติ แดดจ้า เหมือนไม่มีอะไรเกิดขึ้น"


อุปกรณ์จำลองพายุหมุน
Tornado Machine

อุปกรณ์จำลองพายุหมุน หรือ Tornado Machine เป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อใช้ในการจำลอง การเกิดพายุหมุน

พายุหมุน เกิดจากการยกตัวของมวลอากาศร้อนขึ้นสู่เบื้องสูง และมีมวลอากาศเย็นหมุนวนเข้ามาแทนที่

tornado machine

เปรียบเทียบข้อดีข้อเสียของ Tornado Machine แบบต่างๆ
ชนิดของ tornado machine ชนิดปิด
ใช้เครื่องทำหมอก
ชนิดกึ่งเปิดหรือเปิดด้านข้าง
ใช้เครื่องทำหมอก
ชนิดเปิดด้านบน
ใช้ไอน้ำร้อน
พัดลม พัดลมเล็ก 1 ตัว ดูดอากาศขึ้นด้านบน พัดลมใหญ่ 1 ตัว ดูดอากาศขึ้นด้านบน และ อัดกลับเข้าสู่ด้านข้างเพื่อสร้างม่านอากาศ ด้านข้าง หรือ ใช้พัดลมเสริม เพื่อสร้างม่านอากาศ ไม่ต้องใช้พัดลม
ข้อดี 1. ค่อนข้างประหยัด และง่าย ใช้พัดลมเล็ก เพียงแค่ตัวเดียว ก็เพียงพอ
2. สามารถใช้นอกอาคาร และในที่ที่มีลมค่อนข้างแรงได้
3. ถ้าออกแบบโครงสร้างให้ดี จะสามารถปรับเปลี่ยนรูป vortex ได้
สามารถใช้มือสัมผัสได้ เพราะไอน้ำเย็น ง่ายที่สุด เนื่องจากไม่ต้องมีพัดลมเลย
ข้อด้อย เล่นกับทอร์นาโด โดยใช้มือสัมผัสไม่ได้ 1. กลัวลม
2. ซับซ้อน และยุ่งยากในการสร้าง มากที่สุด
อันตราย เพราะไอน้ำร้อน

ภาพของ Tornado Machine แบบต่างๆ

tornado machine
tornado machine แบบเปิด
tornado machine
พายุหมุน จะก่อตัวได้ยากหน่อย เพราะมีลมกวนจากด้านนอก
tornado machine
ต้องใช้กระดาษดำกันลมบางส่วน
tornado machine
สามารถจับเล่นได้
tornado machine
น้องให้ความสนใจ
tornado machine
ดูได้ สัมผัสได้
tornado machine
เมื่อพายุหมุนเกิดอย่างสมบูรณ์ จะเห็นหลอดกลวงใส อยู่ตรงกลาง อย่างชัดเจน จุดนี้ที่เรียกว่า 'ตาของพายุหมุน' (eye of the storm)
tornado machine
บูธส่วนของ vortex ที่งานสัปดาห์วิทยาศาสตร์ 2546
จะเห็นโปสเตอร์ของ vortex และ tornado machine แบบปิด อยู่ด้านข้าง
tornado machine
ตัวนี้ ทำจากแผ่นพลาสติกใส 2 แผ่น เส้นผ่าศูนย์กลาง 12 นิ้ว สูง 31 นิ้ว
tornado machine
ตัวนี้สูง 1.8 เมตร
tornado machine
tornado machine ตัวเล็ก
เด็กๆ สามารถปรับเปลี่ยนช่องเปิดได้ ทำให้รูปร่างของ tornado เปลี่ยนไป
tornado machine
ใช้เครื่องทำหมอกแค่ 1 ตัว ก็พอแล้ว
tornado machine tornado machine tornado machine
การเปลี่ยนความเร็วของการยกตัวของอากาศ ทำให้ขนาดของ tornado ใหญ่ขึ้น
tornado machine ตัวนี้ มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 16 นิ้ว สูง 57 นิ้ว
tornado machine tornado machine
การเลื่อนช่องเปิดให้ออกนอกศูนย์กลาง ทำให้ tornado เปลี่ยนรูป จากเส้นตรง เป็นรูปโค้ง
tornado machine
แกนกลางใส เห็นได้ชัดเจน
tornado machine
Tornado Machine ที่ Tazawako Tourist Information Center, ประเทศญี่ปุ่น

Vortex ในน้ำ (น้ำวน)
น้ำวนที่เกิดจากเครื่องกวนสาร

น้ำวน
น้ำวน
น้ำวน

คำถามที่ถามกันบ่อยๆ

ใช้ควันอะไรได้บ้างครับ ?
ควันอะไร ก็คงจะได้ครับ เพราะมีหน้าที่ย้อมสีอากาศ (ลม) ให้เรามองเห็นได้ ควันแต่ละประเภท ก็จะมีคุณสมบัติต่างกัน ที่ใช้อยู่ จะเป็นควัน ที่ทำจากไอน้ำ ของ เครื่องทำหมอก ที่ขายที่ตลาดนัดจตุจักร รุ่นราคาถูกที่สุด ประมาณ 550 บาทครับ ค่อนข้างจะปลอดภัย เพราะมีหม้อแปลงไฟด้วย แค่เสียบปลั๊ก เติมน้ำให้ท่วมเครื่องสักหน่อย ก็ใช้ได้แล้ว

ควันจากแหล่งอื่นๆ เช่น น้ำแข็งแห้ง ก็น่าจะใช้ได้ แต่สิ้นเปลืองมากกว่า และอันตรายกับเด็กเล็กๆ

ตาของพายุ (eye of the storm) คืออะไร ?
ตาของพายุ คือส่วนในสุดของพายุ ซึ่งเป็นพื้นที่สงบลม ท้องฟ้ามักจะโปร่ง ถึงแม้ว่าจะมีลม และเมฆ หมุนวนอยู่รอบขอบของตาก็ตาม ตาพายุ ไม่ต้องอยู่ตรงกลางพายุเสมอไป บริเวณผนังของพายุ เป็นบริเวณที่ฝนหนักที่สุด ลมแรงที่สุด และมี turbulence มากที่สุด

ข้อเท็จจริงอื่นๆ เกี่ยวกับทอร์นาโด

  • ทอร์นาโด เกิดขึ้นได้ตลอดปี
  • ในมลรัฐที่อยู่ทางตอนใต้ จะเกิดทอร์นาโดบ่อยที่สุดในช่วงเดือน มีนาคม ถึง พฤษภาคม ส่วนมลรัฐที่อยู่ทางตอนเหนือ จะเกิดมากที่สุดในช่วงฤดูร้อน
  • ทอร์นาโดเกิดมากที่สุดในช่วงเวลา บ่าย 3 โมง ถึง 3 ทุ่ม (แต่เกิดได้ตลอด 24 ชั่วโมง)
  • ทอร์นาโด โดยทั่วไป เคลื่อนที่จากทิศตะวันตกเฉียงใต้ ไปยังทิศ ตะวันออกเฉียงเหนือ (แต่อาจเคลื่อนไปในทิศทางใดก็ได้)
  • ความเร็วการเคลื่อนที่ โดยเฉลี่ยคือ 30 ไมล์ต่อชั่วโมง แต่สามารถเคลื่อนได้เร็วถึง 70 ไมล์ต่อชั่วโมง
  • สภาพอากาศก่อนเกิดทอร์นาโด : ท้องฟ้ามืด ส่วนมากเป็นสีเขียวเข้ม , เมฆก่อตัวคล้ายกำแพง , ลูกเห็บขนาดใหญ่ , เสียงดัง คล้ายเสียงรถไฟ

พลังงานที่เกิดขึ้นในก้อนเมฆ

  • ทุกๆ 1 กรัม ของน้ำ ที่ควบแน่น จะให้พลังงานความร้อนออกมา 600 แคลอรี
  • ณ ส่วนบนของก้อนเมฆ เมื่อน้ำ 1 กรัม กลายเป็นน้ำแข็ง จะให้พลังงานความร้อนออกมาอีก 80 แคลอรี
  • ความร้อนที่คายออกมา จะทำให้อากาศที่ยกตัว (updraft) มีอุณหภูมิสูงขึ้น
  • ในพายุฟ้าคะนองทั่วไป จะมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาประมาณ 10,000 กิโลวัตต์-ชม. เทียบได้กับ ระเบิดนิวเคลียร์ ขนาด 20 กิโลตัน พายุที่ใหญ่กว่านี้ อาจปลดปล่อยพลังงานออกมา ตั้งแต่ 10 เท่า จนถึง 100 เท่า
  • สำหรับพายุฟ้าคะนอง ที่เรียกว่า supercell นั้น updraft จะมีความรุนแรงมาก และอาจเป็นสาเหตุให้เกิดพายุทอร์นาโด

ขั้นตอนการประดิษฐ์

หลังจากรอมานาน ในที่สุดก็ทำเสร็จแล้วครับ : เครื่องจำลองพายุหมุนแบบปิด

น้องๆ ที่นำไปทำเป็นโครงการวิทยาศาสตร์ หรือทำเล่นๆ กรุณาถ่ายภาพ แล้วส่งมาให้ดูกันบ้างนะครับ อยากเห็นจริงๆ เน้อ

ขอทราบลิ้งค์ต่างประเทศครับ ?

A Tornado in a Box Display ของ Leon F. Wasinger , NWS, Wichita, Kansas

Tornado Generator Box ของ William J. Beaty , Science Hobbyist

Home made hurricane

How to build a tornado generator มี pdf ให้ download ด้วย

Tornado Simulation Chamber ของ Stormchaser Dave

Tornado Simulator ของ The Workshop นอกจากนี้ ยังมีเรื่องน่ารู้อื่นๆ อีก เช่น recent tornadoes , tornadoes in the past , tornado top ten , the Fujita Scale , FAQ , tornado safety , tornado oddities , tornado myths , tornado stories , ฯลฯ

Tornado ของ REEL EFX

Tornado ของ OSU

Tornado Simulation ของ NASA : การศึกษาพายุทอร์นาโด โดยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์

Tornadoes : Images : มีภาพของพายุทอร์นาโดในหลายรูปแบบ

Homemade Tornado : ทำ tornado ในขวด ที่ Reeko's Mad Scientist Lab

Tornado Simulations : แสดงภาพ graphic การจำลองพายุทอร์นาโดบนเครื่องคอมพิวเตอร์ มี mpeg movie อยู่หลาย file ครับ

How tall ? : แสดงภาพ graphic การจำลองพายุทอร์นาโดบนเครื่องคอมพิวเตอร์ มี mpeg movie อยู่หลาย file ครับ

Discovery Channel : Tornado มีเรื่องน่าสนใจหลายเรื่อง เช่น grow your own tornado , birth and death of a tornado , anatomy of a killer

Dynamic Earth : Tornado ของ school.discovery.com

My Tornado Vortex Generator มีภาพ และรายละเอียด การสร้าง tornado generator

Tornado Box รายละเอียด การสร้าง tornado generator box โดย William J. Beaty

Tornado ภาพ และ movie ของ tornado machine

Tornado in a can เทคโนโลยีการใช้พลังของทอร์นาโดเพื่อการย่อยขนาดขยะ





คำถาม? ข้อคิดเห็น! ข้อเสนอแนะ . . .ติดต่อกับเราได้ครับ
Sci4Fun | Sci4Fun - วิทยาศาสตร์สนุก on FaceBook | กลับขึ้นข้างบน

All rights reserved.
Reproduction in whole or in part without permission is prohibited.
P i t a n S i n g h a s a n e h

ผู้เขียน : ดร. พิธาน สิงห์เสน่ห์
Writer : Dr.Pitan Singhasaneh