จำลอง “รถไฟเหาะ” การเปลี่ยนรูปพลังงานระหว่างศักย์และจลน์

DSC04523-001

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

ถ้าสงสัยว่าไม่เห็นรูปหรือวิดีโอ เข้าไปดูที่เว็บ http://witpoko.com/ นะครับ ส่วนใหญ่ถ้าอ่านในเมล์จะไม่เห็นวิดีโอครับ สำหรับบันทึกการสอนต่างๆในอดีตเข้าไปดูที่ http://atriumtech.com/sci_kids/ นะครับ

(คราวที่แล้วเรื่อง “เสือไต่ถัง รถไฟเหาะ แรงเหวี่ยงติดขอบกาละมัง” ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมครับ วันนี้ผมให้เด็กๆสังเกตลูกแก้วที่ตกจากที่สูงว่าความเร็วเพิ่มขึ้นเมื่อตกลงสู่พื้น ได้คุยกันว่าถ้าของตกโดยไม่มีแรงต้านอากาศของต่างๆจะตกจากที่สูงเท่ากันลงถึงพื้นพร้อมๆกัน เด็กประถมปลายได้เริ่มรู้จักพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ และเห็นตัวอย่างการเปลี่ยนแปลงระหว่างพลังงานทั้งสองแบบ เด็กประถมต้นได้เห็นว่าความสูงและความเร็วเปลี่ยนกลับไปกลับมาได้ เด็กๆได้เล่นรถไฟเหาะจำลองที่ทำจากลูกแก้ว (แทนรถไฟ) และสายยางพลาสติกใสยาวสิบเมตร (แทนราง) ครับ

สืบเนื่องมาจากวิดีโอรถไฟเหาะสัปดาห์ที่แล้วครับ:

เราสังเกตว่ารถไฟจะถูกลากไปที่สูงๆแล้วปล่อยให้ตกลงมาตามรางที่คดเคี้ยวไปมาแถมยังมีตีลังกาด้วย เราสังเกตว่ารถไฟเมื่ออยู่สูงๆจะวิ่งช้ากว่าตอนอยู่ต่ำๆ

ผมเอาลูกแก้วถือไว้นิ่งๆสูงๆแล้วปล่อยให้ตกลงมา ให้เด็กสังเกตว่าลูกแก้วเคลื่อนตัวเร็วขึ้นเมื่อตกลงมา ผมถามเด็กๆว่าทำไมมันตกลงมาและวิ่งเร็วด้วยล่ะ

เด็กๆตอบว่าเป็นแรงโน้มถ่วงหรือแรงดึงดูดจากโลก ผมบอกว่าใช่แล้ว มวลทั้งหลายในจักรวาลมีแรงดึงดูดกัน ตัวเราก็ดึงดูดกันแต่เนื่องจากเราไม่ใหญ่เหมือนโลก แรงดึงดูดระหว่างตัวคนจึงน้อยมาก ผมเสริมว่าถ้าเรามีก้อนหินใหญ่ๆเป็นภูเขา (เพื่อแรงต้านอากาศบนโลกจะได้ไม่ค่อยมีผลกับการตก) แล้วปล่อยให้มันตกเข้าหาโลกจากไกลๆเช่นจากแถวๆดวงจันทร์ ก้อนหินยักษ์จะตกเข้าหาโลกเร็วขึ้นๆเรื่อยๆ จนความเร็วเมื่อกระทบโลกจะประมาณ 11 กิโลเมตรต่อวินาที (เร็วกว่ากระสุนปืน 30 เท่า) หรือประมาณ 40,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง นี่เป็นสาเหตุว่าทำไมอุกกาบาตถึงทำความเสียหายได้มาก เพราะมันเร็วมากเมื่อตกถึงโลก

ผมถามเด็กๆอีกว่าเห็นไหมว่าถ้าปล่อยลูกแก้วและแผ่นกระดาษพร้อมๆกันจากที่สูงเท่าๆกัน มันตกถึงพื้นไม่พร้อมกัน ถามเด็กๆว่าคิดว่าทำไมถึงเป็นอย่างนั้น มีเด็กบางคนบอกว่ากระดาษมันร่อนไปมา ผมจึงบอกว่าใช่แล้ว แรงต้านอากาศมีผลกับกระดาษมากกว่าลูกแก้ว แต่ถ้าเราทิ้งในที่ที่ไม่มีอากาศ มันจะตกลงมาพร้อมกัน ดังในวิดีโอคลิปนี้ที่ปล่อยขนนกแข่งกับลูกเหล็กครับ:

ผมเล่าต่อว่าเวลามีของตกจากที่สูง มันจะตกเร็วขึ้นเรื่อยๆเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก แต่ขณะเดียวกันยิ่งมันตกเร็วเท่าไร แรงต้านอากาศก็จะเพิ่มขึ้นตาม ทำให้ของแต่ละอย่างตกลงมาด้วยความเร็วต่างกันขึ้นอยู่กับรูปร่างความสามารถในการแหวกอากาศและความหนาแน่นของมัน ความเร็วสูงสุดที่ของแต่ละชิ้นที่จะตกลงมาได้เรียกว่า Terminal Velocity สำหรับคนที่กระโดดมาจากเครื่องบินแต่ร่มไม่กางความเร็วสูงสุดจะประมาณ 200-300 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (ขึ้นกับว่ากางแขนขาเพื่อต้านลมหรือเปล่า)  แม้ว่าความเร็วการตกจะเร็วแบบนั้น แต่ก็มีคนรอดชีวิตหลายคนด้วยความโชคดีต่างๆเช่นตกโดนต้นไม้อ่อน ตกโดนสายไฟ ตกลงน้ำ

สำหรับเด็กประถมต้น ผมให้เด็กๆเข้าใจว่า “ความสูงกับความเร็วเปลี่ยนกลับไปมาได้” แถวๆผิวโลก คือ ถ้าอยู่สูงแต่เคลื่อนที่ช้าๆสามารถตกเข้าสู่ผิวโลก(ต่ำลง)แล้วเคลื่อนที่เร็วขึ้นได้  หรือถ้าเคลื่อนที่เร็วๆอยู่ที่ต่ำๆก็สามารถวิ่งไปสูงๆแต่เคลื่อนที่ช้าลงได้ เหมือนในวิดีโอรถไฟเหาะ

สำหรับเด็กประถมปลายผมให้เขารู้จักกับคำว่าพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ พลังงานจลน์ก็คือพลังงานที่อยู่ในวัตถุที่ขยับเขยื้อนเคลื่อนที่ ขณะที่พลังงานศักย์คือพลังงานที่ถูกเก็บไว้ในวัตถุและสภาพแวดล้อมเมื่อเราไปเปลี่ยนสภาพวัตถุหรือสภาพแวดล้อมนั้นๆ ตัวอย่างพลังงานศักย์ก็เช่นพลังงานเมื่อเราเอาของไปไว้ในที่สูงๆ หรือเวลาเรายืดหนังยางหรือสปริง หรือเวลาเราผสมสารเคมีไว้เป็นระเบิดเป็นต้น เมื่อสภาพเปลี่ยนพลังงานศักย์ก็สามารถเปลี่ยนรูปมาเป็นพลังงานจลน์ได้ เช่น ของตกมาก็วิ่งเร็วขึ้น ปล่อยหนังยางหรือสปริงที่กดอยู่มันก็กระเด้ง หรือเราไปจุดระเบิดมันก็ระเบิดทำให้มีสะเก็ดระเบิดวิ่งเร็วๆได้

หลังจากคุยกันพอสมควรเรื่องทฤษฎีแล้วเราก็เอาของเล่นมาเล่นกันครับ วันนี้ผมเอาสายยางพลาสติกใสยาว 10 เมตรมาแทนรางรถไฟเหาะ และใช้ลูกแก้วเล็กๆแทนรถไฟเหาะ แล้วเราก็วางรางเป็นวงคดเคี้ยวต่างๆแล้วปล่อยลูกแก้วจากปลายรางที่อยู่ที่สูงให้มันไหลลงมา เด็กๆเล่นกันเป็นที่สนุกสนานครับ

ต่อไปนี้คือบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ของเด็กๆครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ

This slideshow requires JavaScript.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *