วิธีมองเห็นอากาศด้วย Schlieren Optics การทดลองแรงโน้มถ่วงเทียม

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่อง “ข่าวใหญ่ประจำสัปดาห์ (ยานลงดาวหาง) จำลองวิวัฒนาการ กลความเฉื่อย” ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมและอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เด็กประถมได้ดูวิดีโอคลิปวิธีทำให้เราเห็นการไหลเวียนของอากาศที่เรียกว่า Schlieren Optics (ภาพเชลียเร็น) ที่อาศัยหลักการที่ว่าแสงเดินทางในอากาศที่มีความหนาแน่นต่างๆกันด้วยความเร็วไม่เหมือนกัน ทำให้เราสามารถเห็นความแตกต่างของความหนาแน่นในอากาศได้ นอกจากนี้เด็กๆได้ดูผมแกว่งถาดที่วางแก้วน้ำใส่น้ำเป็นวงกลมแนวตั้งโดยที่น้ำไม่หก และผิวน้ำอยู่นิ่งจนเด็กๆคิดว่าเป็นเยลลี่ เด็กประถมได้ทดลองแกว่งถ้วยพลาสติกใส่น้ำ เด็กอนุบาลได้แกว่งกล่องใส่ DVD ที่ใส่ถ้วยพลาสติกเบาๆแทนน้ำครับ สาเหตุที่น้ำไม่หกก็เพราะความเฉื่อยของน้ำผสมกับการเคลื่อนที่เป็นวงกลมของแก้วน้ำทำให้เกิดแรงโน้มถ่วงเทียม ผมพยายามปลูกฝังความคิด (inception) ให้เด็กประถมว่าถ้ามนุษย์อยู่เฉพาะบนโลกโดยไม่ไปตั้งรกรากบนดาวอื่นๆละก็เราจะศูนย์พันธุ์แน่ๆในที่สุด ให้เด็กเข้าใจว่าจะสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมบนยานอวกาศได้โดยให้ยานอวกาศหมุน (ให้ดูคลิปจากหนังเรื่อง 2001: A Space Odyssey)

ก่อนอื่นผมให้เด็กประถมดูคลิปนี้ก่อนครับ:

เด็กๆได้เห็นอุปกรณ์ที่ทำให้เราเห็นการไหลเวียนของอากาศและก๊าซที่ปกติเราไม่สามารถมองเห็นได้ อุปกรณ์นี้เรียกว่า Schlieren Optics หรือภาพเชลียเร็น ที่อาศัยหลักการที่ว่าส่วนต่างๆของอากาศหรือก๊าซที่มีความหนาแน่นหรืออุณหภูมิต่างกันจะทำให้แสงที่วิ่งผ่านเปลี่ยนความเร็วไปเล็กน้อยและแสงจะเลี้ยวไปนิดนึง ทำให้แสงไม่ตกลงจุดโฟกัสของกระจกเว้าพอดี ทำให้เราเห็นเงามืดและสว่างครับ รายละเอียดการทำงานมันซับซ้อนเกินระดับประถมผมจะไม่อธิบายอะไรมากกว่านี้ แค่อยากให้เด็กๆทราบว่ามีวิธีอย่างนี้ด้วย (เพราะในอดีตเขาเคยดูวิดีโอเกี่ยวกับก๊าซต่างๆไปแล้ว) สำหรับผู้สนใจลองเข้าไปดูที่นี่ นี่และนี่นะครับ

 จากนั้นเราก็เข้าสู่การทดลองหลักของวันนี้  ผมเอาถาดสี่เหลี่ยมที่ผูกสี่มุมด้วยเอ็นตกปลาสี่เส้นที่ยาวเท่าๆกัน แล้วรวบเส้นเอ็นเข้าด้วยกันเป็นที่ถือ มาให้เด็กๆดู เอากระป๋องน้ำใส่สีให้เห็นชัดๆวางลงไป แล้วก็แกว่งถาดไปมา ให้เด็กๆสังเกตผิวน้ำกันครับ (ขอบคุณวิดีโอจากคุณพ่อ Jatuporn Tansirimas ครับ)

 เด็กๆสังเกตเห็นผิวน้ำอยู่นิ่งๆ ไม่กระเพื่อมหรือกระฉอกไปมา บางคนคิดว่ามันคือเยลลี่ด้วยซ้ำ ต้องเอานิ้วจิ้มดูให้เห็นว่าเป็นน้ำเหลวๆจริงๆ

ต่อไปผมไปแกว่งให้แรงขึ้นจนข้ามศีรษะ แต่น้ำก็ยังติดอยู่ในกระป๋องไม่ได้หกลงมาครับ:

สาเหตุที่น้ำไม่หกลงมาก็เพราะว่าการที่เราแกว่งกระป๋องเป็นวงกลมอย่างนั้น ก้นกระป๋องจะเป็นตัวบังคับไม่ให้น้ำเคลื่อนที่ไปอย่างอิสระออกไปจากวงหมุน (เนื่องจากน้ำมีความเฉื่อย เมื่อมันเคลื่อนที่อย่างไรมันก็จะอยากเคลื่อนที่ไปอย่างเดิมด้วยความเร็วเดิม จนกระทั่งมีแรงมากระทำกับมัน ถ้าไม่มีก้นกระป๋องมาบังคับ น้ำก็จะกระเด็นไปในแนวเฉียดไปกับวงกลมที่เราแกว่งกระป๋องอยู่) ผลของการที่ก้นกระป๋องบังคับน้ำให้เคลื่อนที่เป็นวงกลมก็คือดูเหมือนมีแรงเทียมๆอันหนึ่งดูดน้ำให้ติดกับก้นแก้ว ทำหน้าที่เปรียบเสมือนแรงโน้มถ่วง เราเลยเรียกมันว่าแรงโน้มถ่วงเทียม

ต่อมาผมก็ให้เด็กๆทดลองทำครับ แต่เนื่องจากกระป๋องและถาดหนักเกินกำลังเด็กและอาจมีอันตราย เราจึงใช้ถ้วยพลาสติกใส่น้ำกัน เราจับถ้วยให้ก้นถ้วยอยู่ด้านนอกเสมอเวลาเราแกว่งมันเป็นวงกลม เราต้องระวังให้ก้นถ้วยอยู่ด้านนอกเพราะถ้าปากถ้วยอยู่ด้านนอกน้ำก็จะกระเด็นออกไปครับ ผมทำให้เด็กๆดูเป็นตัวอย่างดังในคลิปนี้ (ขอบคุณวิดีโอจากคุณพ่อ Jatuporn Tansirimas ครับ)

 จากนั้นเด็กๆก็ทดลองทำกัน ตอนแรกๆก็ทำน้ำหกกันเต็มไปหมดครับ พอทำเป็นน้ำก็ไม่หกแล้ว:

พอเด็กๆทดลองทำเสร็จแล้ว ผมก็ให้ดูคลิปการเทน้ำใส่แก้วในเครื่องบินที่กำลังบินกลับหัวครับ เรื่องนี้เป็นไปได้ก็เพราะเครื่องบินบินเป็นเกลียวเหมือนกับบินไปข้างหน้าและขยับตัวเป็นวงกลมเหมือนตอนเราเหวี่ยงถาดครับ  (การเคลื่อนที่จะเหมือนที่ผมเหวี่ยงถาดไปด้วยและเดินไปข้างหน้าด้วยครับ แต่เครื่องบินเคลื่อนที่เร็วกว่ามาก) แรงโน้มถ่วงเทียมก็ทำการดึงน้ำให้ตกลงไปในถ้วยเหมือนกับแรงโน้มถ่วงจริงๆบนพื้นโลกครับ

 ผมให้เด็กๆดูวิดีโอคลิปจากหนังเรื่อง 2001: A Space Odyssey ที่มีนักบินอวกาศวิ่งอยู่บนผนังของยานอวกาศเนื่องจากยาวอวกาศหมุนอยู่เพื่อสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมครับ:

นักบินอวกาศต้องออกกำลังกายสม่ำเสมอเพราะในภาวะที่แรงโน้มถ่วงน้อยกว่าโลก ถ้าอยู่ไปนานๆกระดูกและกล้ามเนื้อจะเสื่อมลง ต้องออกกำลังกายเพื่อรักษาสภาพครับ

ผมบอกเด็กๆว่าโครงการอวกาศต่างๆนั้นเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับมนุษยชาติ ถ้าเป็นไปได้ ในอนาคตเราควรจะกระจายไปอยู่ตามดาวเคราะห์ต่างๆ เพราะถ้าเราอยู่บนโลกดวงเดียว เราจะสูญพันธุ์แน่ๆในที่สุดจากอุบัติภัยต่างๆเช่นอุกกาบาต ระบบนิเวศพัง หรือเทคโนโลยีที่ทำลายชีวิตทั้งหลาย การที่มีสิ่งมีชีวิตจากโลกไปอยู่บนดาวเคราะห์หลายๆดวง เป็นการประกันภัยแบบหนึ่ง

สำหรับเด็กๆอนุบาลสาม ตอนแรกผมจะให้แกว่งน้ำในแก้ว แต่เห็นเด็กๆประถมทำน้ำหกแล้วเลยเปลี่ยนใจให้แกว่ง “ถาด” ที่ทำจากกล่องใส่ DVD แล้วใส่ถ่วยพลาสติกไว้ใน “ถาด” พอแกว่งเป็นวงกลม ถ้วยก็ติดอยู่ใน “ถาด” ไม่ตกลงมาครับ ดูเด็กๆในคลิปครับ:

 ต่อไปนี้คือบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ของเด็กๆครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ

 

One thought on “วิธีมองเห็นอากาศด้วย Schlieren Optics การทดลองแรงโน้มถ่วงเทียม”

Leave a Reply

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