เสียง & การสั่นสะเทือน เข้าใจกฎนิวตันด้วย skateboard ทำของเล่นลูกดอกหลอดกาแฟ

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

ถ้าสงสัยว่าไม่เห็นรูปหรือวิดีโอ เข้าไปดูที่เว็บ http://witpoko.com/ นะครับ ส่วนใหญ่ถ้าอ่านในเมล์จะไม่เห็นวิดีโอครับ

(คราวที่แล้วเรื่อง “คุยกันเรื่องเสียงต่อ การชนและ Crash Test ทำปี่จากหลอดกาแฟ” ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนเฟิร์น และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เด็กอนุบาลได้ประดิษฐ์และเล่นลูกดอกหลอดกาแฟ เด็กประถมต้นได้ดูวิดีโอปลาหมึกยักษ์ประหลาด และได้เรียนเรื่องเสียงและการสั่นสะเทือนต่อ ได้ดูการสั่นของ Chladni’s Plate ดูคลื่นนิ่งบนลำโพง ดูการสั่นของเส้นเสียงในกล่องเสียงในลำคอ สังเกตเสียงสูงเสียงต่ำจากสายกีต้าร์และขิม และทำปี่หลอดกาแฟและนกหวีดจากถุงพลาสติกและกระดาษ เด็กประถมปลายได้ดูวิดีโอโดมิโนขนาดจิ๋วสามารถทำให้อันใหญ่ยักษ์หนัก 40 กิโลกรัมล้มได้ด้วยพลังงานศักย์โน้มถ่วงที่เก็บไว้ และได้พยายามเข้าใจกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันด้วยอุปกรณ์จำพวก skateboard และล้อเลื่อน

สำหรับเด็กอนุบาลผมสอนให้ประดิษฐ์ของเล่นจากหลอดกาแฟเรียกว่าลูกดอกหลอดกาแฟครับ ผมเอาหลอดกาแฟมาขว้างให้เด็กๆดู หลอดก็ลอยไปไม่ได้ไกล และไม่มีทิศทางแน่นอนเพราะวิ่งไปแล้วก็ตะแคงข้างต้านลม ผมเลยถามเด็กๆว่ารู้ไหมว่าเราทำอย่างไรให้ขว้างหลอดกาแฟไปได้ไกลๆ พอเด็กงงได้ที่ผมก็เฉลยวิธีทำ คือตัดปลายหลอดข้างหนึ่งให้เป็นแฉกๆสักสี่แฉก แล้วตัดกระดาษขนาดประมาณ 1″ x 2-3″ มาพันปลายอีกข้างแล้วเอาเทปกาวติด แค่นี้เราก็ขว้างหลอดได้ตรงและไกลแล้ว

ส่วนหัวเอากระดาษพันแล้วเอาเทปกาวติด
หางตัดเป็นแฉก
เสร็จแล้วครับ

จากนั้นเด็กๆก็แยกย้ายกันไปประดิษฐ์ ซึ่งผมและคุณครูต้องช่วยติดกระดาษและเทปกาวส่วนหัวเพราะเด็กๆยังบังคับกล้ามเนื้อมือเล็กๆไม่ค่อยสะดวก

 
 
 

จากนั้นเด็กๆก็ทดลองขว้างไกลๆและขว้างใส่เก้าอี้ที่เป็นเป้ากันครับ ผมย้ำบอกเด็กๆว่าไม่ขว้างใส่กันเพราะมันอาจโดนตาเจ็บได้แม้ว่ามันจะมีน้ำหนักเบาก็ตาม

 
 

สำหรับเด็กประถมต้นผมคุยเรื่องเสียงและการสั่นสะเทือนต่อ แต่ก่อนอื่นผมให้เด็กๆดูวิดีโอปลาหมึกยักษ์หน้าตาประหลาดที่อยู่ในทะเลลึกลงไป 2-3 กิโลเมตร ตัวปลาหมึกและหนวดยาวได้ถึง 8 เมตร ภาพที่ได้มาจากกล้องใต้น้ำของบริษัทขุดเจาะน้ำมันครับ:

มีคนเอาภาพแต่ละเฟรมมาต่อกันว่าถ้าเห็นทั้งตัวจะหน้าตาเป็นอย่างไรด้วยครับ:

 

ผมคุยกับเด็กๆว่าในมหาสมุทรลึกๆมีสัตว์แปลกๆที่เราไม่รู้จักมากมาย ไว้มีโอกาสจะเอาวิดีโอหรือรูปสัตว์แปลกๆมาให้ดูอีก

จากนั้นผมก็เข้าเรื่องเสียงโดยผมเคาะโต๊ะเบาๆให้เด็กๆฟังเสียง แล้วก็ให้เด็กๆเอาหูแนบกับโต๊ะแล้วฟังเสียงอีก ให้เปรียบเทียบกันว่าได้ยินแตกต่างกันอย่างไร ผมบอกเด็กๆว่าเวลาผมเคาะโต๊ะ เนื้อไม้ที่โต๊ะจะสั่นทำให้อากาศรอบๆสั่น อากาศที่สั่นก็จะเข้าไปในหูแล้วเราก็ได้ยิน (เด็กทบทวนได้ถูกต้องว่าขบวนการสั่นที่ทำให้แก้วหู กระดูกและก้นหอยสั่นตามแล้วเซลล์ขนก็ส่งสัญญาณไปสมอง) ถ้าเราแนบหูกับโต๊ะ ความสั่นสะเทือนจะวิ่งมาตามเนื้อไม้เป็นส่วนใหญ่ แล้วทำให้อากาศในหูสั่นเลยไม่ต้องวิ่งผ่านอากาศไกลๆ ทำให้ได้ยินเสียงดังกังวาลกว่าเวลาเราไม่แนบหูกับโต๊ะ

 

จากนั้นเด็กๆก็สังเกตสายขิมและกีต้าร์ว่าสายไหนเสียงสูงสายไหนเสียงต่ำ เราสังเกตว่าสายกีต้าร์ใหญ่ๆจะเสียงต่ำกว่าสายเล็กๆ สายขิมมีขนาดความหนาของสายเท่ากันแต่ขึงให้มีส่วนที่สั่นยาวสั้นต่างกัน (และมีการปรับความตึงด้วย) สายขิมที่ยาวจะเสียงต่ำ สายที่ยาวจะเสียงสูง ถ้าสายมีขนาดหนาและยาวเท่ากัน สายที่ตึงกว่าจะมีเสียงสูงกว่า

 
 
 

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆเอามือไปกุมคอตัวเองไว้ แล้วพูดอะไรไปเรื่อยๆ ให้สังเกตุการสั่นสะเทือนของลำคอเวลาพูด ผมบอกว่าส่วนที่สั่นในคอนั้นคือกล่องเสียง เป็นกลุ่มกล้ามเนื้อและเยื่อบางๆที่ขยับไปมาบังคับให้ลมที่ออกมาจากปอดสั่น สะเทือนเป็นคลื่นเวลาเราพูดหรือออกเสียงต่างๆ ส่วนที่สั่นมากๆคือเส้นเสียง (Vocal cords) ซึ่งเป็นแผ่นเยื่อบางๆที่สั่นเป็นร้อยๆครั้งต่อวินาที อากาศที่ผ่านกล่องเสียงจะออกมาจะเป็นคลื่นลอยไปตามอากาศตามปากและจมูก ออกไปสู่ภายนอก เป็นเสียงให้คนอื่นได้ยิน ถ้าเราปิดปาก มือที่ปิดปากจะรู้สึกถึงการสั่นสะเทือนได้ชัดเจนแต่การสั่นสะเทือนก็ออกมา ได้น้อย ทำให้เสียงเบา

 
 
 
 

ต่อจากนั้นผมก็ให้เด็กๆดูคลิปวิดีโอการสั่นของเส้นเสียง ที่ถ่ายด้วยกล้องที่อยู่ในท่อยาวๆสอดเข้าไปทางจมูก เด็กๆตื่นเต้นกับคลิปวิดีโอการสั่นของเส้นเสียงข้างล่างนี้มากครับ ผมบอกเด็กๆว่าจริงๆแล้วเส้นเสียงสั่นเป็นร้อยๆครั้งต่อวินาที ทำให้ตาเรามองไม่ทัน ถ้าจะทำให้ตาเราเห็นการขยับไปมาได้ วิธีหนึ่งก็คือใช้เทคนิคส่องไฟเป็นจังหวะๆ (Stroboscope) เราก็จะเห็นภาพตามจังหวะที่ไฟส่อง ทำให้พอเห็นการเปลี่ยนแปลงขยับไปมาได้บ้าง

เด็กๆได้ดูภาพสโลโมชั่นของกลองและฉาบที่สั่นเมื่อเวลาถูกตีครับ:

จากนั้นเด็กๆได้เห็นว่าแผ่นโลหะเวลาสั่นที่ความถี่ต่างๆจะมีรูปแบบการสั่นที่ต่างกันด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่าแผ่นแคลดนิ (Chladni’s Plate) ที่เป็นแผ่นของแข็งที่ถูกทำให้สั่นด้วยเสียงความถี่ต่างๆ ถ้าเอาผงอะไรเบาๆเล็กๆ(เข่นทรายหรือเกลือ)ไปโรยบนแผ่นของแข็งเวลามันสั่น ผงเหล่านั้นจะกระเด็นออกไปยกเว้นบริเวณที่แผ่นไม่ขยับ บริเวณที่ผงตกค้างอยู่จะเป็นเส้นลวดลายต่างๆสวยงามดีดังในวิดีโอข้างล่างนี้ครับ:

 จากนั้นเด็กๆก็ประดิษฐ์ปี่หลอดกาแฟแบบเดียวกับที่เด็กอนุบาลเล่นไปเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว วิธีทำก็คือเอาหลอดกาแฟมากดๆให้ปลายข้างหนึ่งแบนๆ แล้วตัดปลายข้างนั้นเป็นรูปสามเหลี่ยม  แล้วเอาปากเม้มปลายนั้นเข้าปาก แล้วเป่าเป็นเสียงแตร ถ้าหลอดอ่อนๆหน่อย (เช่นพวกหลอดตรง ราคาถูกๆ) ก็จะเป่าให้ดังได้ง่าย ถ้าหลอดแข็ง (เช่นพวกหลอดงอได้ ราคาแพงกว่า) ก็จะเป่าให้ดังยากกว่า เวลาที่เราเป่าส่วนที่เป็นสามเหลี่ยมที่อยู่ในปากเราจะสั่นไปมาทำให้เกิด เสียง ถ้าเราตัดหลอดให้มีความยาวต่างๆกัน เสียงที่ได้ก็จะสูงต่ำต่างกันด้วย วิธีทำดังในวิดีโอครับ:

 

 นอกจากนี้ผมยังสอนเด็กๆให้เป่าขอบของถุงพลาสติกบางๆ หรือขอบของแผ่นกระดาษ หรือขอบใบไม้ ให้มีเสียงสูงๆดังๆเหมือนนกหวีดด้วยครับ วิธีทำก็คือหาแผ่นอะไรบางๆมาจับให้ตึง แล้วเอาริมฝีปากเราเข้าไปใกล้ๆขอบของมัน แล้วก็เป่า เจ้าแผ่นบางๆจะสั่นทำให้เกิดเสียงหวีดครับ

เป่าขอบกระดาษ
เป่าขอบถุงพลาสติก

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมให้ดูวิดีโอโดมิโนเล็กจิ๋วล้มทับอันที่ใหญ่กว่ามัน 1.5 เท่า แล้วตัวที่ล้มก็ไปทับอันที่ใหญ่กว่ามันอีก 1.5 เท่าขึ้นไปเรื่อยๆ จนอันสุดท้ายมีน้ำหนักประมาณ 40 กิโลกรัมครับ:

สาเหตุที่โดมิโนล้มอย่างนี้ได้ก็เพราะตอนเราตั้งโดมิโนแต่ละตัวขึ้นมา เราต้องทำงานต่อสู้กับแรงโน้มถ่วงของโลก ตอนโดมิโนตั้งเสร็จแล้วมันมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงสูงกว่าตอนมันนอนกับพื้น ถ้ามันเอียงไปหน่อยให้เริ่มล้ม แรงโน้มถ่วงของโลกจะทำให้มันล้มเร็วขึ้นเรื่อยๆ ความเร็วที่เพิ่มขึ้นนี้เพียงพอที่จะไปชนโดมิโนตัวถัดไปให้เริ่มเอียงและเริ่มล้มได้ เนื่องจากโดมิโนแต่ละตัวมีขนาดกว้างยาวสูงเป็น 1.5 เท่าของตัวก่อนหน้า ขนาดของโดมิโนจึงโตอย่างรวดเร็วจนดูน่าแปลกใจครับ

ต่อไปเด็กๆก็เล่นกับล้อเลื่อนและสเก็ตบอร์ดเพื่อให้ความเข้าใจกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันซึมเข้าไปในสมองครับ นิวตันค้นพบเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ดังนี้ครับ:

1. สิ่งของต่างๆจะอยู่เฉยๆ หรือเคลื่อนที่ไปเรื่อยๆเป็นเป็นเส้นตรงด้วยความเร็วเท่าเดิมถ้าไม่มีอะไรไปทำอะไรมัน

2. ปริมาณการเคลื่อนที่ (โมเมนตัม = ผลคูณของมวลกับความเร็ว) จะเปลี่ยนได้ก็เมื่อมี “แรง” มาทำให้มันเปลี่ยน อัตราการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมคือแรง

3. เมื่อวัตถุ A ไปออกแรงกับอีกวัตถุ B วัตถุ B ก็จะออกแรงกับวัตถุ A ด้วย ด้วยแรงขนาดเท่ากันแต่มีทิศทางตรงกันข้าม

ดังนั้นสำหรับข้อหนึ่ง ผมจึงให้เด็กๆนั่งบนรถติดล้อแล้วผมดันให้เริ่มเคลื่อนที่ เด็กๆจะเคลื่อนที่ออกไปตรงๆเรื่อย แต่จะช้าลงเรื่อยๆเพราะแรงเสียดทานจากพื้นและล้อและแรงต้านอากาศ ถ้าแรงต้านเหล่านี้ลดลง เด็กๆก็จะวิ่งไปข้างหน้าเรื่อยๆตรงได้ไกลขึ้น

นอกจากนี้เด็กๆยังได้ดูภาพสโลโมชั่นที่นักอเมริกันฟุตบอลถูกชนด้วยครับ จะเห็นว่าหัวของเขาอยู่นิ่งๆที่เดิมจนกระทั่งคอไปดึงให้เคลื่อนที่ตามไปด้วย:

กฎข้อหนึ่งนี้จะเห็นได้จากเวลาเรานั่งรถแล้วรถเบรกแล้วเราหัวทิ่มไปข้างหน้า หรือรถเร่งความเร็วแล้วตัวเรากดไปกับเบาะด้านหลัง หรือรถเลี้ยวแล้วตัวเราไถลไปติดข้างรถครับ ในทุกกรณี ร่างกายเราพยายามจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงหรืออยู่นิ่งๆเหมือนเดิม พอรถหยุดหรือเร่งหรือเลี้ยว ตัวเราเลยกดกับรถ

สำหรับข้อ 2 และข้อ 3 ผมให้เด็กนั่งบนรถติดล้อแล้วเอามือมาดันหรือผลักกัน แรงที่มือของแต่ละคนที่ผลักอีกฝ่ายจะมีขนาดเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงกันข้าม แรงผลักทำให้แต่ละฝ่ายถอยหลังไป แต่ฝ่ายที่มวลเยอะกว่าจะถอยหลังไปด้วยความเร็วน้อยกว่า ทั้งสองฝ่ายจะหยุดเคลื่อนที่เพราะแรงเสียดทานจากพื้นในที่สุด

ผมพยายามให้เด็กๆทำกิจกรรมแบบนี้เพราะหวังว่าเขาจะจำประสบการณ์ที่เขาเล่นแบบนี้ได้ เผื่อว่าในอนาคตเขาไปเรียนเรื่องเหล่านี้ลึกซึ้งขึ้น เขาจะได้เข้าใจได้ง่ายขึ้นครับ

ต่อไปนี้คือบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ของเด็กๆครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

One thought on “เสียง & การสั่นสะเทือน เข้าใจกฎนิวตันด้วย skateboard ทำของเล่นลูกดอกหลอดกาแฟ”

Leave a Reply

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