ก่อนอื่นเรามาทราบประโยชน์ที่จะได้จากการศึกษา “ผิวหน้าแตกหักของอาหาร” ซึ่งประกอบด้วย
• ราคาของชิ้นงาน (อาหาร) ค่อนข้างถูกและมีรสชาดน่ารับประทานมากกว่าวัสดุ (แน่นอนอยู่แล้วล่ะ)
• ไม่จำเป็นต้องมีการกลึง ไส ตัด เจาะ ชิ้นงานทดสอบ
• ค่าความเค้นที่ต้องการเพื่อให้เกิดการแตกหักนั้นไม่เกินกำลังของคนทั่วไป เช่น ใช้ฟันกัด หรือใช้มือหัก ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือทดสอบที่มีราคาแพง
• ลักษณะของผิวหน้าแตกหักสามารถสังเกตได้ด้วยตาเปล่าโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ เช่น ไม่ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์ เป็นต้น
• ลักษณะของรอยแตกหักจะสัมพันธ์กับค่าแรงที่ระดับต่างๆ กัน ไม่ว่าจะเป็นการบิด เฉือน ดัด หรือการบด เป็นต้น และลักษณะที่ปรากฏออกมานั้นคล้ายกับภาพที่อยู่ในหนังสือที่เป็นชิ้นงานทดสอบจริงเลยทีเดียว
บางคนก็มีการจำลองผิวหน้าแตกหักแบบมหภาคของชิ้นงานอะลูมินัมหล่อโดยใช้ช็อคโกแลตเป็นตัวอย่างทดสอบ ซึ่งก็พบว่าผิวหน้าแตกหักได้แสดงรูปแบบบางอย่าง คือ chevron pattern ทำให้สามารถชี้ให้เห็นจุดเริ่มต้นของรอยแตกร้าวได้
แต่! อุปสรรคของการศึกษาผิวหน้าแตกหักของอาหารอาจจะเกิดขึ้นได้ จึงต้องมีเงื่อนไขว่า
• คนภายในครอบครัวและเพื่อนจะต้องสนุกกับคุณด้วย
• กิจกรรมที่ทำนี้จะต้องเกี่ยวข้องกับงานประจำที่คุณทำ
• โดยเฉพาะอย่างยิ่งการวัดค่าความเค้นค่อนข้างจะเป็นไปในเชิงคุณภาพ
จากการเปรียบเทียบของเราระหว่างอาหารกับวัสดุด้านวิศวกรรมจะขอเริ่มต้นด้วยกระบวนการผลิตก่อน โดยเราพบว่ากระบวนการหล่อโลหะเป็นกระบวนทั่วไปที่นิยมใช้ในการผลิตวัสดุทางวิศวกรรม ที่คล้ายกับกระบวนการผลิตอื่นๆ คือ ชิ้นงานหล่อจะได้คุณภาพไม่เป็นไปตามที่เราต้องการ ยกตัวอย่างเช่นการเกิดรูพรุนจากอากาศที่ฝังตัวอยู่ภายใน ถ้ามีเกินค่าวิกฤติก็จะทำให้ความแข็งแรงของชิ้นงานหล่อลดลง โดยเฉพาะถ้ารูพรุนเหล่านั้นไปปรากฏอยู่บริเวณที่มีความเค้นสูง จะมีความเสี่ยงต่อการเสียหายได้มาก
ในอาหารก็เช่นกันลักษณะที่ปรากฏในชิ้นงานหล่อคือรูพรุนจะคล้ายกับลักษณะที่ปรากฏในแท่งช็อคโกแลต ที่ขึ้นรูปคล้ายกับการหล่อ โดยช็อคโกแลตเหลวจะถูกเทลงในภาชนะหรือแบบ ตามด้วยการทำให้เย็นและแข็งตัว ภาพที่ ๑ แสดงตัวอย่างของรูพรุนที่เกิดในแท่งช็อคโกแลต โปรดสังเกตว่ารูพรุนดังกล่าวไม่ได้เป็นจุดเริ่มของการแตกหัก แต่รอยแตกหักได้เริ่มเกิดขึ้นจากความเค้นแรงดัด ซึ่งรอยกดของฟันจะไปเพิ่มค่าความเค้นมากกว่าที่มีอยู่ในรูพรุน ดังนั้นการปราศจากรูพรุนภายในจากตัวอย่างดังกล่าวไม่ได้ป้องกันการแตกหัก
ภาพที่ ๑ รูพรุนที่ปรากฏอยู่ในแท่งช็อคโกแลต
โลหะทางวิศวกรรมบางอย่างขึ้นรูปมาจากวัสดุผง โดยเทคโนโลยีนี้จะใช้กับพวกโลหะที่มีจุดหลอมต่ำเพื่อเป็นตัวยึดพันธะกับอนุภาคที่มีความแข็งแรงสูงและจุดหลอมตัวสูงเข้าด้วยกัน ตัวอย่างอาหารที่มีพฤติกรรมคล้ายกับวัสดุที่ขึ้นรูปด้วยโลหะผงคือข้าวตัง ดังแสดงในภาพที่ ๒ ในที่นี้ข้าวจะคล้ายกับอนุภาคของโลหะผง ส่วนน้ำเชื่อมหวานจะแสดงตัวเป็นตัวประสาน (binder) แน่นอนว่าโลหะที่ผ่านการทำ sinter อย่างถูกวิธี เฟสที่เป็นของเหลวหรือเฟสที่ไม่มีการหลอมเหลวจะยึดติดกันด้วยกระบวนการแพร่ในบริเวณที่มีการสัมผัสกัน ในกรณีของข้าวตังซึ่งเป็นกระบวนการที่อุณหภูมิต่ำจะไม่เกิดพันธะของโมเลกุลข้าวเกาะกับโมเลกุลข้าวเม็ดอื่นอย่างทั่วถึง หรือเกิดการหลอมติดกันอย่างแท้จริง รายละเอียดในระดับดังกล่าวเมื่อจะนำมาเปรียบเทียบกับโลหะก็ถือว่าใช้ไม่ได้ แต่อย่างไรก็ตาม วัสดุทางวิศวกรรมบางอย่างก็ต้องใช้เวลาในการทำให้เกิดการกระจายตัวของรูพรุนที่มีผลต่อกระบวนการผลิต คำถามที่ว่าทำอย่างไรน้ำหวานเหลวจะผสมเข้ากันได้อย่างทั่วถึงและทำให้เกิดพันธะจับกันได้อย่างดีที่เกิดขึ้นคล้ายกับกระบวนการขึ้นรูปโลหะผง แต่ข้าวตังก็เป็นตัวอย่างที่แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของสัดส่วนของโลหะและตัวสร้างพันธะ (binder)
ภาพที่ ๒ ข้าวตังที่มีลักษณะเหมือนวัสดุที่ขึ้นรูปจากโลหะผง เม็ดข้าวจะแสดงตัวเหมือนอนุภาคผงโลหะ ส่วนน้ำหวานจะแสดงตัวเหมือนตัวประสานหรือ (binder)
เมื่อวัสดุทางวิศวกรรมเกิดความเสียหาย เครื่องมือ วิธีการต่างๆ จะถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ความเสียหาย การวิเคราะห์ภาพถ่ายผิวหน้าแตกหักระดับมหภาคก็เป็นอีกวิธีการหนึ่งที่ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ ซึ่งนิยมใช้กำลังขยายที่ต่ำกว่า ๒๕ เท่า จะขอยกตัวอย่างของลูกกวาดให้ดูนะครับ โดยอาหารดังกล่าวได้อุ่นให้ร้อนและทำการยืดโดยมีลักษณะดังแสดงในภาพที่ ๓ เราจะเห็นว่าได้เกิดรอยร้าวขึ้น สามารถมองเห็นการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของชิ้นงาน โดยเกิดคอคอดบริเวณตรงกลาง รอยร้าวเกิดขึ้นในแนวทำมุม ๙๐ องศากับแนวที่ให้แรง ซึ่งสัมพันธ์กับลักษณะทางมหภาคของชิ้นงานที่เกิดการแตกหักแบบเปราะโดยทั่วไป นี่แสดงให้เห็นความต้องการในการใช้ศาสตร์เฉพาะทางมาอธิบาย บางส่วนของภาพที่ปรากฏไม่ได้แสดงหรือบอกรายละเอียดของคอคอดและสรุปได้ว่าเป็นการแตกหักแบบเปราะอย่างสมบูรณ์
ภาพที่ ๓ ภาพถ่ายผิวหน้าแตกหักของลูกกวาดชนิดหนึ่งที่ผ่านการอุ่นและการยืดและเกิดคอคอด
ในตอนตอ่ไปผมจะแสดงรูปแบบของผิวหน้าแตกหักระดับมหภาคของอาหารที่มีความคล้ายคลึงกับที่เกิดขึ้นในโลหะ เช่น ผิวหน้าแตกหักของแครอทและผิวหน้าแตกหักของแอปเปิ้ล เป็นต้น นอกจากนั้นยังแสดงรายละเอียดต่างๆ เช่น จุดเริ่มต้น การขยายตัว โปรดติดตามตอนต่อไปครับ.........................
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น