ออกแบบทุ่นตกกุ้งบ่อด้วยหลักฟิสิกส์: ทรงไหนบอกอาการไว ทรงไหนโดนอ๊อกพัดช้า

ทุ่นตกกุ้งบ่อที่ดี ต้องรับน้ำหนักชุดเบ็ดได้พอดี เอียงราว 45 องศาเมื่อเหยื่อติดพื้น และเปลี่ยนท่าให้เห็นทันทีเมื่อแรงดึงที่สายเปลี่ยน สามข้อนี้คือสิ่งที่ผมใช้เป็นโจทย์ตอนออกแบบทุ่นชุดใหม่ ทุกข้ออธิบายได้ด้วยฟิสิกส์ง่าย ๆ เรื่องแรงลอยตัว น้ำหนัก และแรงตึงในสาย บทความนี้เล่าว่าผมคิดอย่างไร คำนวณอะไร และได้ผลออกมาว่าทุ่นแต่ละทรงต่างกันแค่ไหน

บทความนี้ต่อจาก วิธีชั่งทุ่นตกกุ้งบ่อ ถ้ายังไม่ได้อ่าน แนะนำให้อ่านก่อน เพราะทุ่นทุกทรงในนี้ออกแบบมาให้ใช้กับวิธีชั่งแบบนั้น คือตั้งให้ตูดทุ่นอยู่ระดับผิวน้ำพอดีตอนสายเริ่มตึง และเหยื่อติดพื้นบ่อปูนโดยตัวเบ็ดยังตั้งอยู่

ตัวเลขทั้งหมดในบทความนี้มาจากการคำนวณ ยังไม่ใช่ผลทดลองในบ่อ ผมเทียบค่าตั้งต้นกับทุ่นจริงที่ลองในตู้กระจกแล้ว แต่ลำดับว่าทรงไหนไวกว่า หรือโดนพัดช้ากว่า ยังต้องยืนยันด้วยการลองจริง ผลทดลองจะมาเขียนต่อในบทความถัดไป

ทุ่นต้องทำงานสามอย่าง

ทั้งสามข้อเกี่ยวโยงกัน แก้ข้อหนึ่งแล้วอีกข้อเปลี่ยนตาม จึงต้องคิดไปพร้อมกัน

ชุดเบ็ดที่ใช้คำนวณ

ผมใช้ เบ็ดตกกุ้ง Pin-Hook ที่ถ่วงน้ำหนักไว้ที่ก้านตัวเบ็ด รวมกับสายหน้าแล้ว ชุดเบ็ดทั้งหมดหนักราว 0.2 กรัม ไม่มีลูกตะกั่วแยก น้ำหนักทั้งหมดอยู่ที่ตัวเบ็ด

ข้อดีทางฟิสิกส์ของการรวมน้ำหนักไว้ที่ตัวเบ็ดคือ สายจากทุ่นลงไปถึงเหยื่อเป็นเส้นเดียว ไม่มีลูกตะกั่วคั่นกลาง เวลากุ้งยกหรือขยับเหยื่อ แรงที่เปลี่ยนจะส่งตรงขึ้นไปถึงทุ่น ไม่ถูกลูกตะกั่วที่วางบนพื้นดูดแรงไปก่อน

ในน้ำ โลหะยังหนักอยู่เกือบเท่าเดิม ชุดเบ็ด 0.2 กรัมจะดึงทุ่นลงราว 0.18 กรัม ตัวเลขนี้คือน้ำหนักที่ใช้ในการคำนวณทุกส่วนข้างล่าง

เริ่มจากทุ่นที่ใช้ได้จริง

แทนที่จะเดาความหนาแน่นของโฟม ผมเริ่มจากทุ่นที่ใช้ตกได้ดีอยู่แล้ว เป็นทุ่นโฟมนาโนทรงมะกอก ยาว 20 มิลลิเมตร กว้างสุด 10 มิลลิเมตร ทาสีและเคลือบเรียบร้อย แล้วเอาไปลองในตู้กระจกกับชุดเบ็ด 0.2 กรัม

• ตอนเบ็ดลอยอยู่กลางน้ำ ทุ่นตั้งตรง โผล่หัวส้มกับแถบขาวพ้นน้ำ ระดับน้ำอยู่ราว 45 เปอร์เซ็นต์ของความยาวจากหัว
• ตอนเบ็ดแตะพื้นพอดี ทุ่นเอียงราว 45 องศา ตรงกับที่ผมตั้งในบ่อ

จากระดับน้ำตอนเบ็ดลอย คำนวณย้อนได้ว่าทุ่นทั้งลูก ทั้งโฟม สี และเคลือบ หนักราว 0.37 กรัม ปริมาตรราว 1,050 ลูกบาศก์มิลลิเมตร ทุ่นลูกนี้ผมใช้เป็นทุ่นต้นแบบ ทุ่นทรงอื่นทุกทรงต้องลอยได้แบบเดียวกับลูกนี้

หลักข้อแรก: ปริมาตรเท่ากัน ลอยเท่ากัน

แรงลอยตัวขึ้นกับปริมาตรน้ำที่ทุ่นแทนที่ ถ้าใช้โฟมชนิดเดียวกัน ทาสีและเคลือบหนาใกล้เคียงกัน ทุ่นทุกทรงที่ปริมาตรเท่ากัน จะรับน้ำหนักได้เท่ากัน ไม่ว่าทรงจะเป็นแบบไหน

หลักนี้ดีตรงที่ไม่ต้องรู้ความหนาแน่นของโฟมเลย แค่ทำให้ทุกทรงมีปริมาตรเท่าทุ่นต้นแบบ ผมจึงขยายแต่ละทรงโดยคงสัดส่วนเดิมไว้ จนปริมาตรได้ราว 1,050 ลูกบาศก์มิลลิเมตรเท่ากันหมด ทุ่นชุดนี้ผมตั้งชื่อรุ่นรวมว่า AMX FLOAT แต่ละทรงใช้รหัสสองตัวอักษรตามรูปทรง

OV คือทุ่นต้นแบบ ทรงอื่นจึงใหญ่ขึ้นตามสัดส่วน เพราะทรงที่ป้อมหรือเรียวกว่า ถ้าใช้ความกว้าง 10 มิลลิเมตรเท่ากัน ปริมาตรจะน้อยกว่า และจมลึกเกินเมื่อใส่ชุดเบ็ด 0.2 กรัม GM ขนาดเล็กที่ผมออกแบบไว้ตอนแรก 10 × 14 มิลลิเมตร ปริมาตรแค่ราวครึ่งหนึ่งของทุ่นต้นแบบ ใส่ชุดเบ็ด 0.2 กรัมแล้วโผล่พ้นน้ำแค่ปลายหัว ถ้าสีหนาขึ้นนิดเดียวก็จมทั้งลูก

ทำไมทุ่นเอียง 45 องศา และทำไมนอนเมื่อกุ้งกินหนุน

ทุ่นที่ยาวรี ถ้าไม่มีอะไรดึง จะนอนราบบนผิวน้ำเสมอ เพราะเป็นท่าที่มั่นคงที่สุดของวัตถุลอยน้ำที่ยาวกว่ากว้าง ทุ่นตั้งตรงได้ก็เพราะมีสายดึงตูดทุ่นลงไว้

ตอนชั่งทุ่นถูกต้อง เหยื่อติดพื้น น้ำหนักชุดเบ็ดแบ่งเป็นสองส่วน

• ส่วนที่วางอยู่บนพื้นบ่อ ไม่ได้ดึงทุ่น
• ส่วนที่ยังดึงสายอยู่ ส่วนนี้ดึงตูดทุ่นลงไว้

แรงดึงที่เหลือน้อยกว่าน้ำหนักชุดเบ็ดทั้งหมด จึงดึงทุ่นให้ตั้งตรงไม่ไหว ทุ่นเลยเอียงอยู่ระหว่างตั้งกับนอน ได้มุมราว 45 องศา ยิ่งแรงดึงน้อย ทุ่นยิ่งเอียงมาก

พอกุ้งยกเหยื่อขึ้นจากพื้น กุ้งรับน้ำหนักชุดเบ็ดไว้เอง แรงที่เคยดึงตูดทุ่นหายไป ทุ่นจึงนอนราบ ตรงกับอาการ กินหนุน ที่เขียนไว้ในบทความชั่งทุ่น ส่วนถ้ากุ้งลากเหยื่อลงหรือหนีลงลึก แรงดึงจะมากขึ้น ทุ่นจะตั้งขึ้นแล้วจม

มุมของทุ่นจึงเหมือนเข็มตาชั่ง ที่บอกว่าตอนนั้นสายกำลังดึงทุ่นแรงแค่ไหน

ทรงไหนบอกอาการไวกว่ากัน

ผมจำลองการลอยของทุ่นแต่ละทรงในคอมพิวเตอร์ ให้ทุ่นเอียงทีละองศา แล้วหาว่าต้องมีแรงดึงในสายเท่าไรทุ่นถึงจะค้างอยู่ที่มุมนั้น ได้ค่าที่บอกความไวสองค่า

• น้ำหนักที่กุ้งต้องยก ทุ่นถึงจะนอน คือแรงดึงตอนทุ่นเอียง 45 องศา ลบด้วยแรงดึงตอนทุ่นเกือบนอน ค่ายิ่งน้อย กุ้งยิ่งยกเหยื่อนิดเดียวทุ่นก็นอนให้เห็น และกุ้งรู้สึกถึงแรงต้านน้อย
• มุมที่เปลี่ยนต่อแรงดึง 1 มิลลิกรัม วัดที่มุม 45 องศา ค่ายิ่งมาก กุ้งแตะเหยื่อเบา ๆ ทุ่นก็ขยับมุมให้เห็น

CR กับ BL สูสีกัน CR เปลี่ยนมุมไวกว่า BL ใช้แรงยกน้อยกว่านิดหน่อย ส่วน GM ชนะทั้งสองค่า และ OV ซึ่งเป็นทุ่นต้นแบบ ไวน้อยที่สุดในสี่รุ่น

ทำไม GM ไวที่สุด GM สั้นและเนื้อโฟมกองอยู่ช่วงหัว พอทุ่นเอียง แรงลอยตัวช่วยพลิกทุ่นไปทางนอนอยู่แล้ว สายจึงต้องดึงไว้แค่นิดเดียวก็ได้มุม 45 องศา กุ้งยกเหยื่อขึ้นนิดเดียว แรงดึงที่เหลืออยู่น้อยนิดก็หายไป ทุ่นนอนทันที ส่วน OV ผอมและยาว ต้องใช้แรงดึงมากกว่าถึงจะค้างที่ 45 องศา กุ้งจึงต้องยกน้ำหนักมากกว่าทุ่นถึงจะนอน

ทุ่นไวน้อยกว่าไม่ได้แปลว่าแย่ ทุ่นที่ไวมากจะขยับตามคลื่นและกระแสน้ำมากด้วย ตอนน้ำแรงอาจแยกไม่ออกว่าเป็นกุ้งหรือน้ำ ทุ่นที่ไวน้อยกว่าจะนิ่งกว่า และขยับเฉพาะตอนกุ้งยกเหยื่อจริงจัง

ทรงไหนโดนอ๊อกพัดช้ากว่ากัน

ตอนลุยอ๊อก กระแสจากเครื่องให้อากาศพุ่งขึ้นแล้วแผ่ออกไปตามผิวน้ำ ชั้นน้ำที่ไหลแรงที่สุดคือชั้นบนสุด ตรงที่ทุ่นลอยอยู่พอดี

ตอนเหยื่อติดพื้น ตัวเบ็ดทำหน้าที่เป็นสมอ ทุ่นจะลอยไปได้ก็ต่อเมื่อแรงที่น้ำดันทุ่นและสาย ชนะแรงเสียดทานของตัวเบ็ดกับพื้นบ่อ แรงเสียดทานนี้ขึ้นกับน้ำหนักชุดเบ็ดส่วนที่วางอยู่บนพื้น ซึ่งก็คือน้ำหนักชุดเบ็ดทั้งหมด ลบด้วยส่วนที่สายดึงทุ่นไว้

ทรงที่ต้องการแรงดึงน้อยกว่าเพื่อเอียง 45 องศา จะเหลือน้ำหนักบนพื้นมากกว่า สมอจึงหนักกว่า ตามการคำนวณนี้ GM น่าจะโดนอ๊อกพัดช้าที่สุด และ OV น่าจะโดนพัดเร็วที่สุด

ทุ่นที่ป่องกว่าก็โดนน้ำดันมากกว่าเล็กน้อย เพราะพื้นที่ด้านข้างที่จมน้ำมากกว่า แต่ทุ่นทั้งสี่รุ่นปริมาตรเท่ากัน พื้นที่ด้านข้างจึงต่างกันไม่มาก น้ำหนักสมอที่ต่างกันเกือบสามเท่าระหว่าง GM กับ OV น่าจะมีผลมากกว่า

ทุ่นไม่ใช่ส่วนเดียวที่โดนพัด สายเอ็นช่วงที่ลอยอยู่บนผิวน้ำจากทุ่นถึงปลายคัน โดนกระแสชั้นบนดันตลอดความยาว ถ้าอยากให้ทุ่นค่อย ๆ ลอยออกจากแนวอ๊อก ให้กดปลายคันลงให้สายช่วงนี้จมใต้ผิวน้ำ จะช่วยได้มากพอ ๆ กับการเลือกทรงทุ่น

ส่วนการเลื่อนทุ่นขึ้นครั้งละ 2 ถึง 3 นิ้วตอนลุยอ๊อก ตามบทความชั่งทุ่น ก็อธิบายได้ด้วยหลักเดียวกัน สายที่เผื่อไว้ทำให้ตัวเบ็ดยังติดพื้นแม้ทุ่นจะถูกพัดออกไปจนสายเฉียง สมอจึงยังทำงานอยู่ และทุ่นยังเอียงได้ 45 องศา

เลือกรุ่นตามสไตล์การตก

ทุกทรงชั่งด้วยวิธีเดียวกันตามบทความชั่งทุ่น คือตูดทุ่นอยู่ระดับผิวน้ำในจังหวะที่สายเริ่มตึง เปลี่ยนทรงทุ่นเมื่อไหร่ ต้องชั่งใหม่ทุกครั้ง เพราะความยาวทุ่นแต่ละทรงต่างกัน

ข้อจำกัดของการคำนวณ

• แรงตึงผิวน้ำ ทุ่นเล็กขนาดนี้ แรงตึงผิวตรงขอบน้ำรอบตัวทุ่นมีขนาดใกล้เคียงกับน้ำหนักระดับไม่กี่สิบมิลลิกรัม ผมยังไม่ได้รวมไว้ในการจำลอง ตัวเลขจริงอาจต่างจากตาราง แต่ผมคาดว่าลำดับจะยังเหมือนเดิม
• ความหนาแน่น คำนวณย้อนจากระดับน้ำในรูปถ่ายทุ่นต้นแบบ ไม่ได้ชั่งทุ่นจริง และสมมติว่าทุ่นหนาแน่นเท่ากันทั้งลูก ทุ่นที่สีหรือเคลือบหนาไม่เท่ากัน จะลอยต่างจากตัวเลขเล็กน้อย
• แรงดึง สมมติว่าสายดึงตูดทุ่นลงในแนวดิ่ง ตอนลุยอ๊อกสายจะเฉียงตามกระแส
• พื้นบ่อ แรงเสียดทานของตัวเบ็ดกับพื้นปูนขึ้นกับผิวพื้น ตะไคร่ และทรงตัวเบ็ด ในการคำนวณผมเทียบแค่น้ำหนักบนพื้นระหว่างทรง ไม่ได้คำนวณความเร็วที่ทุ่นลอยออกจริง

จะทดสอบอย่างไรต่อ

ผมจะขัดทุ่นทั้งสี่ทรงด้วยเครื่องขัดลอกแบบที่ทำขึ้นเอง ให้ทุกลูกได้ทรงและขนาดตรงตามแบบ แล้วทดสอบสามเรื่อง

1. ระดับลอย ใส่ชุดเบ็ด 0.2 กรัมในตู้กระจก ดูว่าทุกทรงโผล่พ้นน้ำระดับเดียวกับทุ่นต้นแบบหรือไม่ ทรงไหนจมลึกหรือลอยสูงเกิน จะขยายหรือย่อทรงนั้นทั้งกว้างและยาวด้วยอัตราส่วนเดียวกัน
2. ความไว ชั่งให้ทุ่นเอียง 45 องศา แล้วค่อย ๆ ยกสายหน้าเบ็ดขึ้นด้วยแหนบ ดูว่าทรงไหนนอนก่อน
3. การโดนพัด ในบ่อจริง วางทุ่นแต่ละทรงห่างจากอ๊อกเท่ากัน ชั่งแบบเดียวกัน แล้วจับเวลาที่ทุ่นลอยออกไป

ผลทดลองจริงจะมาเขียนต่อ ว่าตรงหรือไม่ตรงกับการคำนวณในบทความนี้ตรงไหนบ้าง

สรุป

• ทุ่นตกกุ้งบ่อต้องรับน้ำหนักชุดเบ็ดพอดี เอียงราว 45 องศาเมื่อเหยื่อติดพื้น และเปลี่ยนท่าทันทีเมื่อแรงดึงในสายเปลี่ยน
• ทุ่นทุกทรงที่ปริมาตรเท่ากัน รับน้ำหนักได้เท่ากัน ผมออกแบบทุกทรงให้ปริมาตรเท่าทุ่นต้นแบบ ราว 1,050 ลูกบาศก์มิลลิเมตร สำหรับชุดเบ็ด Pin-Hook 0.2 กรัม
• ทุ่นเอียง 45 องศาเพราะชุดเบ็ดส่วนหนึ่งวางบนพื้น อีกส่วนดึงตูดทุ่นไว้ พอกุ้งยกเหยื่อ แรงดึงหายไป ทุ่นจึงนอน คืออาการกินหนุน
• ตามการคำนวณ รุ่นที่บอกอาการไวที่สุดคือ GM ตามด้วย CR กับ BL และ OV ไวน้อยที่สุด
• ทรงที่ไวกว่าเหลือน้ำหนักชุดเบ็ดบนพื้นมากกว่า สมอจึงหนักกว่า และน่าจะโดนอ๊อกพัดช้ากว่า
• สายเอ็นที่ลอยบนผิวน้ำโดนพัดมากพอ ๆ กับตัวทุ่น กดปลายคันให้สายจมจะช่วยได้มาก
• ตัวเลขทั้งหมดเป็นการคำนวณ ต้องยืนยันด้วยการทดลองจริง

ตัวเบ็ดที่ใช้ในการคำนวณทั้งหมดคือ เบ็ดตกกุ้ง Pin-Hook ส่วนวิธีตั้งทุ่นที่ทุกทรงในบทความนี้ออกแบบมาให้ใช้ด้วย อ่านได้ที่ วิธีชั่งทุ่นตกกุ้งบ่อ