หุ่นยนต์สี่ขากระโดดได้ จมน้ำ/ลอยน้ำด้วยอากาศ แม่แรงไฮดรอลิก

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่อง “สนุกกับหลอดฉีดยา (แม่แรงทำให้เด็กอนุบาลชนะแรงพ่อโก้)” ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมและอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เด็กๆประถมได้ดูวิดีโอหุ่นยนต์สี่ขาที่วิ่งกระโดดผ่านสิ่งกีดขวางได้ ได้ดูการจมน้ำ/ลอยน้ำของหลอดฉีดยาถ่วงด้วยดินน้ำมันโดยการสูบอากาศออก/สูบอากาศเข้าซึ่งเป็นหลักการเดียวกับปลาและเรือดำน้ำ ได้ประดิษฐ์ของเล่นนักดำน้ำจากหลอดฉีดยา ขวดพลาสติกใสมีฝา และดินน้ำมัน เด็กๆอนุบาลได้เล่นกับหลอดฉีดยาหลายแบบ ได้สังเกตว่าอากาศอัดตัวให้เล็กลงได้แต่น้ำคงขนาดตัว และได้เล่นแม่แรงทำจากหลอดฉีดยาและเอาชนะกำลังผมได้ครั

สำหรับเด็กประถม ก่อนอื่นผมให้ดูวิดีโอคลิปหุ่นยนต์นี้ก่อนครับ:

ตอนนี้หุ่นยนต์ประเภทต่างๆกำลังถูกพัฒนาอย่างรวดเร็ว ทำอะไรๆที่ไม่เคยทำได้หลายอย่าง ผมอยากให้เด็กๆดูว่าเดี๋ยวนี้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรประดิษฐ์หุ่นยนต์ได้ถึงระดับไหนแล้วครับ

จากนั้นเด็กประถมก็ได้ดูการจมและลอยของหลอดฉีดยาที่ถ่วงน้ำหนักด้วยดินน้ำมันครับ ตอนแรกผมเอาหลอดฉีดยาพลาสติกมาให้เด็กๆดู ให้เด็กๆเดาว่าถ้าวางในน้ำจะจมหรือลอย แล้วก็วางให้ดู ถามต่อว่าทำยังไงให้หลอดฉีดยาจม เด็กๆก็เสนอว่าให้ถ่วงน้ำหนัก ผมจึงเอาดินน้ำมันมาถ่วงให้มันจม ถามต่อว่าแล้วจะทำยังไงให้มันลอยได้ไหม เด็กๆบอกว่าก็หยิบขึ้นมาสิ ผมบอกว่ามีวิธีอื่นๆไหม พอเด็กๆเดากันสักพักผมก็แสดงวิธีแบบหนึ่งให้ดูดังในคลิปครับ:

เมื่อเราสูบอากาศเข้าไปในหลอดฉีดยา อากาศไปดันก้านหลอดให้ขยับออก ทำให้มันแทนที่น้ำมากขึ้น แรงลอยตัวจากการไปแทนที่น้ำจึงมากขึ้นพอที่จะยกให้หลอดลอยขึ้นมาได้ กฏเกณฑ์ธรรมชาติเกี่ยวกับการลอย/จมในของเหลวนี้ถูกค้นพบโดยอาคิมีดีสเมื่อ สองพันกว่าปีมาแล้ว เขาเขียนไว้ว่าของที่จุ่มไปในของเหลว (ไม่ว่าจะจุ่มลงไปนิดเดียวหรือจุ่มลงไป มิดเลย) จะมีแรงลอยตัวที่ของเหลวออกแรงดันขึ้น โดยแรงนี้จะมีขนาดเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ครับ

หลักการเดียวกันนี้พบได้ในสิ่งต่างๆที่ต้องปรับการจมการลอยน้ำครับ เช่นเรือดำน้ำจะมีบริเวณภายในที่สามารถปล่อยให้น้ำเข้ามาหรือผลักดันน้ำออกไปทำให้สามารถจมและลอยได้ ปลาหลายๆชนิดก็มีอวัยวะที่เรียกว่ากระเพาะปลา ซึ่งเป็นถุงลม (ไม่ได้ใช้ย่อยอาหาร) ที่ปลาจะปล่อยแก๊สเข้าไปเพื่อปรับระดับการลอยตัวครับ

ต่อไปเราก็ประดิษฐ์ของเล่นนักดำน้ำที่อาศัยการเปลี่ยนแปลงขนาดอากาศในหลอดฉีดยาเพื่อให้มันจมหรือลอยครับ วิธีทำก็คือเอาหลอดฉีดยาเล็กๆ  (เราใช้ขนาด 3 ซีซี) มาดึงก้านออกบ้างให้มีอากาศข้างใน แล้วลนไฟที่หัวแล้วบีบด้วยคีมปากแบนๆให้ปิดสนิทกันอากาศเข้าออก แล้วก็เอาดินน้ำมันถ่วงให้ลอยปริ่มๆน้ำครับ จากนั้นก็เอาไปใส่ในขวดน้ำพลาสติกที่มีน้ำภายใน ปิดฝาให้แน่น แล้วก็บีบขวดให้ความดันในขวดสูงขึ้น ก้านหลอดฉีดยาก็จะถูกดันเข้าไปในหลอด ทำให้ขนาดของอากาศในหลอดเล็กลง แรงลอยตัวก็ลดลง จนทำให้หลอดจมในที่สุด เมื่อคลายมือไม่บีบขวด ความดันในขวดก็ลดลงเป็นปกติ อากาศในหลอดก็ขยายตัวเป็นขนาดเท่าเดิม ทำให้แรงลอยตัวเพิ่มขึ้น และหลอดก็ลอยขึ้นครับ การทำงานเป็นดังในคลิปครับ:

 

พอสาธิตการทำงานและวิธีทำเสร็จ เด็กๆก็ประดิษฐ์ของเล่นตัวเองเพื่อเอากลับไปเล่นที่บ้านครับ

สำหรับเด็กอนุบาลสาม ห้อง 3/2 ผมก็ให้ทำกิจกรรมเล่นกับหลอดฉีดยาเหมือนกับห้อง 3/1 สัปดาห์ที่แล้ว อันแรกก็คือผมเอาหลอดฉีดยาใหญ่ดูดอากาศให้เต็ม ต่อสายยางใส่หลอดฉีดยาเล็ก พอกดอัดอากาศในหลอดใหญ๋ แรงดันอากาศก็ไปดันให้ก้านหลอดของหลอดเล็กกระเด็นออกไปพร้อมเสียงดังครับ

หลอดฉีดยาเสียงดังวิธีทำเป็นแบบนี้ครับ:

กิจกรรมต่อไปผมให้เด็กๆลองเอาหลอดสูบอากาศให้เต็มแล้วอุดปลายหลอด แล้วพยายามกดให้ก้านหลอดเข้าไป เปรียบเทียบกับอีกแบบที่สูบน้ำให้เต็มหลอด อุดปลายหลอด แล้วกด เด็กๆก็พบว่าเขาสามารถอัดอากาศให้เล็กลงได้ แต่ไม่สามารถอัดให้น้ำเล็กลงได้ครับ

อัดอากาศให้เล็กได้ อัดน้ำให้เล็กยาก
อัดอากาศให้เล็กได้ อัดน้ำให้เล็กลงไม่ได้ (ความจริงน้ำมีขนาดเล็กลงได้นิดหน่อยที่ความดันสูงมากๆ แต่ถ้าทำด้วยแรงคนความดันไม่สูงพอครับ)

กิจกรรมต่อไปเป็นกิจกรรมไฮไลท์ของวันครับ ผมทำแม่แรงจำลอง โดยหลอดฉีดยาขนาดเล็ก (3 ซีซี) สูบน้ำให้เต็ม เอาท่อพลาสติกจุ่มในน้ำให้น้ำเต็มท่อ แล้วต่อกับหลอดฉีดยาขนาดเล็กที่มีน้ำเต็ม ไล่ฟองอากาศเพื่อให้มีแต่น้ำในหลอดฉีดยาและท่อพลาสติก แล้วเอาหลอดขนาดใหญ่ (20 ซีซี) มาต่อกับท่อ เมื่อกดหลอดเล็ก แรงที่หลอดใหญ่จะเพิ่มขึ้นหลายเท่า (= อัตราส่วนพื้นที่หน้าตัดหลอดใหญ่ต่อหลอดเล็ก) ถ้าเด็กๆกดหลอดเล็ก ผู้ใหญ่ตัวโตๆอย่างผมกดที่หลอดใหญ่ เด็กๆก็จะสามารถเอาชนะผมได้ครับ

DSC_6794 DSC_6803
ต่อไปนี้คือบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ของเด็กๆครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ

 

One thought on “หุ่นยนต์สี่ขากระโดดได้ จมน้ำ/ลอยน้ำด้วยอากาศ แม่แรงไฮดรอลิก”

Leave a Reply

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