ค้อนและคานดีดคานงัด แป้งข้าวโพดมหัศจรรย์

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่อง “เชือกพันหลัก (แรงเสียดทานจะเพิ่มตามรอบที่พันแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล) และถุงพลาสติกมหัศจรรย์” ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมและอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เด็กประถมต้นได้ดูวิดีโอหุ่นยนต์ที่มีมือคล่องแคล่วมาก (สำหรับหุ่นยนต์) และของเล่นที่พ่นน้ำความเร็วสูงทำให้คนขี่ลอยอยู่ในอากาศ เด็กๆได้ตอกและงัดตะปู ได้เรียนรู้เรื่องคานดีดคานงัด และใช้คานยกตัวผมให้สูงขึ้นครับ เด็กประถมปลายได้ทำการทดลองคล้ายๆประถมต้นแต่ได้วัดแรงที่ปลายทั้งสองของคานด้วย เด็กๆอนุบาลสามได้เล่นโคลนที่ทำจากแป้งข้าวโพดผสมน้ำที่เหลวเมื่อกวนช้าๆแต่จะเป็นของแข็งเมื่อกวนเร็วๆหรือเอามือจิ้มเร็วๆ

ก่อนอื่นเด็กๆประถมต้นได้ดูวิดีโอหุ่นยนต์ผูกเส้นพลาสติก พันลูกโป่ง เปิดกล่องของขวัญ และเป่าเทียนวันเกิดครับ

 และดูวิดีโอสิ่งประดิษฐ์นี้ครับ

ผมให้เด็กๆดูจะได้รู้ว่ามีของแปลกๆอย่างนี้ในโลกและเผื่อเป็นแรงบันดาลใจในอนาคตครับ

จากนั้นผมก็สาธิตวิธีการตอกตะปูเข้าไปในไม้ให้ดู ให้เด็กๆพยายามดึงตะปูออกด้วยมือเปล่าซึ่งเด็กๆก็ไม่สามารถดึงออกได้ แล้วผมก็สาธิตการถอนตะปูโดยใช้ค้อนงัดออก

ผมอธิบายให้เด็กๆฟังว่าการงัดตะปูด้วยค้อนเป็นตัวอย่างหนึ่งของเครื่องทุ่นแรงที่เรียกว่าคาน โดยหลักการก็คือเราต้องมีแท่งอะไรแข็งๆที่ขยับรอบๆจุดๆหนึ่งที่เรียกว่าจุดหมุน โดยที่เราจะจับแท่งนี้สักตำแหน่งแล้วออกแรง โดยที่สิ่งที่เราพยายามถอนหรือยกจะติดกับคานอีกตำแหน่งหนึ่ง ถ้าระยะทางจากมือเราไปยังจุดหมุนยาวกว่าระยะจากสิ่งที่เราจะถอนหรือยกไปยังจุดหมุน คานก็จะผ่อนแรงเราให้เราใช้แรงน้อยลง

DSC06542เช่นในรูปข้างบน ระยะทางจากตะปูที่เราจะถอนไปยังจุดหมุน น้อยกว่าระยะทางจากจุดหมุนไปที่มือเราจับด้ามค้อนประมาณสิบเท่า ค้อนก็ทำหน้าที่ผ่อนแรงเราไปสิบเท่าทำให้เรางัดตะปูออกมาโดยไม่ยากเท่าไร

การผ่อนแรงนี้ไม่ได้มาฟรีๆ เราออกแรงน้อยลงก็จริง แต่ต้องขยับเป็นระยะทางมากขึ้นเพื่อแลกกับการผ่อนแรง

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆทดลองยกลำตัวส่วนบนของผม โดยตอนแรกให้ดึงมือให้ผมลุกขึ้น เด็กๆก็ยกไม่ได้ แต่เราใช้ท่อเหล็กมาเป็นคานทุ่นแรง โดยเอาไปใส่ไว้ระหว่างหลังผมกับพื้นปูน แล้วเด็กๆยกปลายท่ออีกข้าง ก็ปรากฎว่ายกผมขึ้นได้ครับ

ยกขึ้นตรงๆโดยดึงมือไม่ไหวครับ
ยกขึ้นตรงๆโดยดึงมือไม่ไหวครับ
ใช้ท่อเหล็กเป็นคานยกขึ้นจะยกไหว
ใช้ท่อเหล็กเป็นคานยกขึ้นจะยกไหว

หลังจากเด็กๆได้ตื่นเต้นกับการยกตัวผมแล้ว ก็ทดลองตอกและถอนตะปูบนไม้ที่เตรียมมากันอย่างสนุกสนานครับ

DSC06596 DSC06598เด็กประถมปลายได้ทดลองตอกและงัดตะปูและใช้ท่อเหล็กยกหลังผมเหมือนๆกับประถมต้นครับ แต่ได้ทำการทดลองเพิ่มขึ้นคือได้วัดแรงดึงที่ปลายสองข้างของคานที่ข้างหนึ่งยาวเป็นสามเท่าของอีกข้างหนึ่งด้วยครับ

DSC06649 DSC06650เราดึงปลายสองข้างของคานด้วยน้ำหนักต่างๆกันเพื่อให้คานสมดุลอยู่ได้ ได้ข้อมูลแบบนี้ครับ:

IMG_3075เอามาวาดกราฟแล้วจะเห็นได้ว่าอัตราส่วนแรงด้านใกล้จุดหมุนต้องเป็นประมาณสามเท่าแรงด้านห่างจุดหมุน (ตามอัตราส่วนระยะด้านใกล้ = 1/3 ระยะด้านห่าง) ด้วยครับ:

Mathematica 2สำหรับเด็กอนุบาลสาม ผมให้เล่นโคลนที่ทำจากแป้งข้าวโพดครับ วิธีทำก็คือเทแป้งข้าวโพดใส่ชามแล้วค่อยๆเทน้ำทีละน้อย แล้วค่อยๆคนให้เข้ากันจนเป็นโคลน โคลนที่ได้จะเป็นของเหลวเมื่อวางไว้เฉยๆหรือเอานิ้วจุ่มไปช้าๆ แต่จะเปลี่ยนร่างเป็นของแข็งเมื่อกวนเร็วๆหรือเอานิ้วจิ้มเร็วๆ

สาเหตุที่เป็นอย่างนี้ก็เพราะว่าโมเลกุลของแป้งข้าวโพดเป็นเส้นใยยาวๆ เวลาเราเอาแป้งข้าวโพดไปละลายน้ำให้ข้นๆเหมือนโคลน โมเลกุลยาวๆของมันจะลอยอยู่ในน้ำ พันกันยุ่งๆ ไขว้กันไปมา ถ้าเราเอานิ้วกดช้าๆ โมเลกุลจะมีเวลาค่อยๆขยับผ่านกัน เราจึงไม่รู้สึกถึงแรงต้านมากนัก เหมือนกับของเหลวธรรมดา แต่ถ้าเราเอานิ้วกดเร็วๆ โมเลกุลจะไม่มีเวลาขยับผ่านกัน มันจะยังพันกันเกี่ยวกันอยู่ แรงต้านที่นิ้วจะเยอะมาก เราจะเห็นว่าเจ้าแป้งข้าวโพดละลายน้ำกลายเป็นของแข็งทันทีเมื่อเราไปกดมันเร็วๆ

การละเล่นนี้เป็นเรื่องสนุกมากและเลอะมากครับ เชิญดูคลิปครับ:

ต่อไปนี้คือบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ของเด็กๆครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ

 

One thought on “ค้อนและคานดีดคานงัด แป้งข้าวโพดมหัศจรรย์”

Leave a Reply

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