เคิร์ลลิง (Curling) เป็นหนึ่งในกีฬาที่ถูกบรรจุเป็นกีฬาฤดูหนาวประเภททีมในการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกฤดูหนาว โดยในการเล่นนั้นผู้เล่นในแต่ละทีมจะต้องผลักก้อนหินแกรนิตรูปกลมให้ไถลไปบนลานน้ำแข็ง และผู้เล่นอีก 2 ท่านจะต้องใช้อุปกรณ์ถูพื้นเพื่อบังคับและปรับเส้นทางให้ก้อนหินเคลื่อนที่เข้าใกล้เป้าหมาย และเช่นเดียวกับกีฬาอื่นๆ กีฬาประเภทนี้มีข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจที่เกี่ยวข้องกับกลศาสตร์พื้นฐานอยู่เบื้องหลัง

ภาพที่ 1 กีฬาเคิร์ลลิง
ที่มา https://www.flickr.com/ ,Erin Moffat

ประวัติของกีฬาเคิร์ลลิง

       หากถามถึงประวัติความเป็นมาที่ยาวนานของกีฬาเคิร์ลลิง (Curling) คงต้องย้อนกลับไปช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 16 ในประเทศสกอตแลนด์ ที่มีการเล่นกีฬาชนิดนี้ในบ่อน้ำหรือทะเลสาบที่กลายเป็นลานน้ำแข็งจากอุณหภูมิที่ต่ำลงในฤดูหนาว ซึ่งพบหลักฐานเป็นอุปกรณ์การเล่นอย่างก้อนหินแกรนิตในพื้นที่ของเมืองเพิร์ธและสเตอร์ลิงที่มีการสลักตัวเลขระบุปี ค.ศ. 1511 ทั้งนี้ยังมีการอ้างอิงถึงการแข่งขันครั้งแรกจากบันทึกของทนายความชาวสก็อตเมื่อประมาณปีค.ศ. 1541 ที่ได้บันทึกเกมการแข่งขันการเล่นเคอร์ลิงระหว่างบาทหลวงที่โบสถ์ Paisley Abbey และญาติของบาทหลวง

ภาพที่ 2 ภาพวาดการเล่นเคิร์ลลิงที่ปราสาทแฮริงตัน ประเทศสกอตแลนด์ในปีค.ศ. 1860
ที่มา https://en.wikipedia.org/wiki/Curling

         กีฬาเคอร์ลิงแพร่กระจายไปยังประเทศต่าง ๆ ผ่านการค้าและวัฒนธรรม โดยมีการกำหนดกฎกติกาการเล่นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1838 และปรากฏเป็นกีฬาโอลิมปิกครั้งแรกในปี ค.ศ.1924 ที่เมืองชาโมนิกซ์ ประเทศฝรั่งเศส สำหรับวิธีการเล่นนั้น ผู้เล่นจะต้องผลักก้อนหินแกรนิตรูปกลมหรือที่เรียกว่า “Stone” ให้ลื่นไถลไปบนลานน้ำแข็ง ในขณะที่ผู้เล่นอีก 2 คนจะใช้อุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้ายไม้ถูพื้นถูบริเวณด้านหน้าของก้อนหินนั้น การเคลื่อนไหวในลักษณะของการถูจะทำให้ผิวน้ำแข็งร้อน ส่งผลให้พื้นน้ำแข็งเรียบเนียนและช่วยให้ก้อนหินสามารถเคลื่อนที่ไปได้ไกลจนถึงเป้าหมายที่เรียกว่า “House”

ภาพที่ 3 ลู่การแข่งขันกีฬาเคอร์ลิง
ที่มา พรรณพร กะตะจิตต์

Curling Stone

       สโตนหรือ Curling Stone เป็นก้อนหินแกรนิตหนารูปกลมขัดเงา มีด้ามจับ มีเส้นรอบวงสูงสุดอยู่ที่ 36 นิ้ว (910 มิลลิเมตร) และมีความสูงต่ำสุดของสโตนจะอยู่ที่ 4.5 นิ้ว (110 มิลลิเมตร) ในขณะที่มีน้ำหนักประมาณ 17-20 กิโลกรัม (น้ำหนักสูงสุดจะไม่เกิน 20 กิโลกรัม)

ภาพที่ 4 Curling Stone
ที่มา https://pixabay.com/ ,caitgreer

       ส่วนของฐานของสโตนจะมีลักษณะเว้าและเป็นวงแหวนบางๆ  ถูกเรียกว่า Running band ซึ่งรองรับน้ำหนักของหิน และเป็นส่วนที่สัมผัสกับพื้นผิวของน้ำแข็ง โดยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 12 เซนติเมตร และมีความกว้างของแถบประมาณ 5 มิลลิเมตร ทั้งนี้หากมีการใช้งานแล้ว ในส่วนความกว้างของแถบอาจเพิ่มขึ้นได้ถึง 8 มิลลิเมตร ทั้งนี้พื้นผิวและความคมชัดของวงแหวนมีอิทธิพลต่อแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวของก้อนหินและพื้นน้ำแข็งที่ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของสโตนบนลานน้ำแข็ง

ภาพที่ 5 Running band
ที่มา https://www.youtube.com/watch?v=RrVgfaDPI4w ,Discovery UK/CURLING STONES | How It's Made/ 

        ผู้เล่นจะผลักก้อนหินออกจากจุดเริ่มต้นในลักษณะของการหมุนอย่างช้า ๆ  ด้วยความเร็วไม่กี่เมตรต่อวินาที การหมุนนั้นจะช่วยให้ก้อนหินเคลื่อนที่ไปบนลานน้ำแข็งได้ในทิศทางที่ต้องการ นอกจากนี้เส้นทางของก้อนหินยังสามารถควบคุมได้จากอุปกรณ์คล้ายไม้ถูพื้นที่ผู้เล่นอีก 2 ท่าน ใช้บังคับทิศทางของก้อนหินด้วยการถูพื้นผิวของน้ำแข็งบริเวณด้านหน้าของก้อนหินในขณะที่มีการเคลื่อนที่เข้าสู้เป้าหมายด้วย

เกมกีฬากับแรงเสียดทาน

       กีฬาเคิร์ลลิงเป็นกีฬาที่มีความเป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัวที่ไม่เพียงแค่ความรู้ทางฟิสิกส์จะเข้ามามีบทบาทสำคัญในการเล่น แต่ผู้เล่นจะต้องตระหนักถึงหลักการทางฟิสิกส์ในทุกครั้งที่อยู่ในการแข่งขัน  อย่างไรก็ดีสิ่งแรกที่น่าสนใจสำหรับกีฬาประเภทนี้คือ ฟิสิกส์ที่ช่วยอธิบายลักษณะการหมุนของก้อนหินบนพื้นน้ำแข็ง

ภาพที่ 6 การเคลื่อนที่ของสโตน
ที่มา https://pixabay.com/ ,PhotoMIX-Company

         สิ่งที่มีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของก้อนหินคือ แรงเสียดทาน (Friction) โดยแรงเสียดทานเป็นแรงที่เกิดขึ้นระหว่างสองพื้นผิวสัมผัสที่มีการเคลื่อนที่ผ่านกันในทิศทางตรงกันข้าม (พื้นผิวสัมผัสของก้อนหินและน้ำแข็งบนลานน้ำแข็ง) ซึ่งเป็นแรงที่พยายามต่อต้านเคลื่อนที่ของวัตถุที่เคลื่อนที่อยู่เสมอ (ก้อนหิน) ทั้งนี้ปัจจัยในเรื่องของลักษณะของพื้นผิวและแรงกดของวัตถุที่กระทำต่อพื้นผิวมีความสำคัญอย่างมากต่อการเกิดแรงเสียดทาน

ภาพที่ 7 ผู้เล่นผลักก้อนหินหรือสโตนออกจากจุดเริ่มต้น
ที่มา https://www.flickr.com/ ,2014AWG

        การผลักก้อนหินหรือสโตนบนพื้นผิวน้ำแข็งที่เรียบเนียนและลื่น วัตถุนั้นจะเคลื่อนที่ไปได้ง่าย ในทางกลับกันหากผลักก้อนหินบนพื้นผิวน้ำแข็งที่ขรุขระ เราจะรู้สึกได้ว่าวัตถุนั้นเคลื่อนที่ออกไปได้ยากกว่า นั่นแสดงให้เห็นว่า ผิวสัมผัสระหว่างพื้นน้ำแข็งกับผิวของวัตถุหรือก้อนหินมีผลต่อการเคลื่อนที่ ขณะเดียวกันน้ำหนักของวัตถุที่กดทับลงบนพื้นก็มีผลต่อการเคลื่อนที่เช่นกัน โดยแรงกดจากวัตถุที่มีน้ำหนักมาก จะทำให้ผิวสัมผัสระหว่างพื้นผิวของวัตถุสัมผัสกันมากขึ้น ส่งผลให้วัตถุเคลื่อนที่ได้ยากมากขึ้นหรืออาจกล่าวได้ว่า ในขณะที่ออกแรงผลักก้อนหินให้เคลื่อนที่จะมีแรงต้านหรือแรงเสียดทานเกิดขึ้นในทิศทางตรงข้ามกับแรงที่พยายามจะทำให้วัตถุเกิดการเคลื่อนที่เสมอ  ซึ่งขนาดของแรงเสียดทานจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะของผิวสัมผัส หากผิวสัมผัสเรียบลื่น แรงเสียดทานก็จะมีค่าน้อย ในทางตรงกันข้ามหากพื้นผิวสัมผัสขรุขระหรือไม่เรียบเนียน แรงเสียดทานก็จะมีค่ามาก รวมทั้งแรงที่กดลงบนพื้นผิวสัมผัส หากมีแรงกดมาก แรงเสียดทานก็จะยิ่งมีค่ามาก 

ภาพที่ 8 ทิศทางการหมุนของ curling stone เมื่อถูกผลักออกจากตำแหน่งเริ่มต้นในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา
ที่มา พรรณพร กะตะจิตต์

      แม้ว่าพื้นผิวของน้ำแข็งจะลื่น แต่ก็ยังคงมีแรงเสียดทานที่ช่วยชะลอการเคลื่อนที่ของก้อนหินให้ช้าลง ซึ่งส่งผลให้ทิศทางเคลื่อนที่ของก้อนหินเบี่ยงเบนจากการเคลื่อนที่ในแนวตรงเป็นการเคลื่อนที่แบบการหมุน โดยก้อนหินหรือสโตนที่หมุนทวนเข็มนาฬิกา ในส่วนครึ่งด้านหน้าของสโตน ทิศทางการเคลื่อนที่จะหมุนไปทางด้านซ้าย และมีแรงเสียดทานมากระทำต่อวัตถุในทิศทางตรงข้าม ในขณะที่ส่วนครึ่งด้านหลังของสโตน ทิศทางการเคลื่อนที่จะหมุนไปทางด้านขวา  ดังนั้นแรงเสียดทานที่กระทำต่อวัตถุหรือก้อนหินจึงอยู่ทางด้านซ้าย สิ่งสำคัญอยู่ที่ขนาดของแรงเสียดทานที่กระทำต่อวัตถุทั้งในส่วนของครึ่งหน้าและครึ่งหลังนั้นจะมีขนาดไม่เท่ากัน นั่นเกิดจากส่วนของครึ่งแรกของก้อนหินที่ถูกผลักจากผู้เล่นและออกตัวก่อน จะมีแรงเสียดทานกระทำมากกว่าส่วนของครึ่งหลังของก้อนหิน และข้อมูลที่น่าสนใจนี้ทำให้ผู้เล่นสามารถควบคุมการหมุนของก้อนหิน เพื่อให้เกิดแรงเสียดทานที่พาก้อนหินออกจากจุดเริ่มต้นไปยังเป้าหมายได้ อย่างไรก็ดีนอกจากการควบคุมการหมุนของก้อนหินแล้ว ผู้เล่นยังต้องควบคุมขนาดของแรงเสียดทานบนพื้นผิวน้ำแข็งด้วย

ภาพที่ 9 ตำแหน่งของก้อนหินในแนวตั้งฉาก
ที่มา พรรณพร กะตะจิตต์

       ในความเป็นจริงแล้ว กีฬาเคิร์ลลิงไม่ได้เล่นบนพื้นน้ำแข็งที่เรียบเนียนเช่นการเล่นบอบสเลด (Bobsleding) หรือสเก็ตน้ำแข็ง(Skating) แต่จะเล่นบนพื้นน้ำแข็งที่ถูกปกคลุมไปด้วยก้อนน้ำแข็งขนาดเล็กที่มีความสูงประมาณ 1-2 มิลลิเมตร และมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 3-10 มิลลิเมตรหรือที่เรียกว่า Pebble ice ซึ่งก่อตัวโดยการสเปรย์ละอองน้ำขนาดเล็กลงบนผิวน้ำแข็งที่เรียบเนียนในช่วงเตรียมพื้นที่ก่อนเริ่มเกมการแข่งขัน  เนื่องด้วยพื้นผิวของลานน้ำแข็งที่เรียบเนียนมากเกินไปจะทำให้พื้นผิวของแถบวงแหวนด้านล่างของก้อนหิน (Running band) สัมผัสกับผิวน้ำแข็งมากขึ้นเป็นผลให้น้ำหนักของหินกดลงบนพื้นน้ำแข็งได้มาก ดังนั้นการมีหยดน้ำที่แข็งตัวบนพื้นลานน้ำแข็ง จะเป็นการลดแรงกดระหว่างพื้นผิวสัมผัสซึ่งเป็นการลดแรงเสียดทานที่ช่วยให้ผู้เล่นสามารถควบคุมการเคลื่อนที่และทิศทางของก้อนหินได้

ภาพที่ 10 แสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของก้อนหินในลักษณะของการหมุนทวนเข็มนาฬิกาบนลานน้ำแข็ง
ที่มา พรรณพร กะตะจิตต์

        นอกจากนี้ในเกมการแข่งขัน การถูพื้นน้ำแข็งในระหว่างเกมการเล่นก็เป็นอีกหนึ่งวิธีการสำคัญที่ผู้เล่นใช้เพื่อควบคุมแรงเสียดทานของพื้นน้ำแข็ง เนื่องจากการถูพื้นน้ำแข็งบริเวณด้านหน้าของก้อนหินจะเป็นการทำความสะอาดและขจัดสิ่งสกปรกหรือเศษซากที่ติดบนพื้นน้ำแข็งที่อาจเกิดขึ้นระหว่างเกมและเป็นอุปสรรคต่อการเคลื่อนที่ของก้อนหิน และที่สำคัญการถูพื้นน้ำแข็งเป็นการเพิ่มอุณหภูมิของพื้นผิวของน้ำแข็งและช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างก้อนหินและผิวน้ำแข็ง ทำให้ก้อนหินหมุนตัวน้อยลงและเลื่อนไปได้ตรงเป้าหมายมากขึ้น  ทั้งนี้ผู้เล่นที่ทำหน้าที่ในการถูพื้นน้ำแข็งต้องมีความแข็งแรงและมีกล้ามเนื้อแขน หลัง และลำตัวที่ดีจึงจะสามารถกดอุปกรณ์ลงบนพื้นและถูพื้นน้ำแข็งเพื่อปรับเปลี่ยนทิศทางของก้อนหินได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ดีเห็นได้ชัดว่า ฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับกีฬาเคอร์ลิงอาจกลายเป็นเรื่องที่ค่อนข้างซับซ้อนเมื่อพยายามอธิบายถึงปัจจัยหลายประการที่มีผลต่อการเล่น

แหล่งที่มา

Curling.
      Retrieved March 21, 2018, 
      from https://en.wikipedia.org/wiki/Curling

History of Curling.
      Retrieved March 21, 2018, 
      from http://www.worldcurling.org/history-of-curling

DINA SPECTOR.  (2014, February 15). Why curlers sweep the ice.
     Retrieved March 21, 2018, 
     from https://www.businessinsider.com.au/why-curlers-sweep-the-ice-2014-2?r=UK&IR=T

The Physics Of Curling.
     Retrieved March 21, 2018, 
     from https://www.real-world-physics-problems.com/physics-of-curling.html

Carlos Casanueva. (2014, March 28). Curling the path of a curling stone.
     Retrieved March 21, 2018, 
     from https://mappingignorance.org/2014/03/28/curling-path-curling-stone/

MICHAEL BROWN. (2017, December 5). Ice scientist puts new spin on why curling rocks curl.
     Retrieved March 22, 2018, 
     from https://www.folio.ca/ice-scientist-puts-new-spin-on-why-curling-rocks-curl/

Norikazu Maeno. Dynamics and curl ratio of a curling stone. Sports Eng. 2014.17; 33–41