อุกกาบาต! เริ่มเข้าใจเรื่องพลังงาน ระยะปืนใหญ่กับมุม เล่นปี่หลอดกาแฟ

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่อง “เล่นปืนแม่เหล็ก ปืนใหญ่วิถีโค้ง และปี่หลอดกาแฟ” ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมและอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้ได้พูดคุยกันเรื่องอุกกาบาตที่สว่างเหนือประเทศไทยเมื่อวันจันทร์ที่ 7 กันยา เด็กประถมต้นได้เริ่มทำความเข้าใจเรื่องการเปลี่ยนความสูงเป็นความเร็ว (พลังงานศักย์ vs. พลังงานจลน์) เด็กประถมปลายได้วัดระยะกระสุนตกเมื่อเปลี่ยนมุมในการปล่อยกระสุน เด็กอนุบาลสามได้เล่นปี่หลอดกาแฟครับ

สำหรับเด็กประถม ผมให้ดูคลิปอุกกาบาตสว่างวาบเหนือประเทศไทยก่อน โดยตอนแรกไม่บอกว่าคืออะไร แต่เด็กๆหลายคนได้ฟังข่าวว่ามีดาวตกจึงรู้ว่ามันคืออุกกาบาตวิ่งผ่านบรรยากาศโลกครับ:

มีคนเห็นแสงไฟวาบนี้หลายแห่งในประเทศไทยทั้งในกรุงเทพและจังหวัดอื่นๆ ผมจึงถามว่าแปลว่าอะไร มีเด็กบางคนสามารถบอกได้ว่ามันต้องอยู่สูงๆแน่ๆเลย คนถึงเห็นจากที่ไกลๆหลายๆที่ ผมจึงบอกว่าใช่แล้ว แสงนั้นอยู่สูงจากพื้นหลายสิบกิโลเมตร (ลองอ่านข่าวเพิ่มเติมที่นี่ดูก็ได้นะครับ)

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมถามต่อว่าเราจะรู้ได้ยังไงว่ามันสูงแค่ไหน เด็กๆงง ผมเลยเสนอว่าอาจเอาภาพแสงไฟที่ถ่ายจากหลายๆที่ แล้ววัดมุม แล้วคำนวณว่าต้องสูงแค่ไหนถึงจะเห็นแบบที่เห็น

แสงไฟที่เราเห็นเนี่ยเกิดจากการที่อุกกาบาตวิ่งผ่านอากาศ ความเร็วของอุกกาบาตเร็วหลายหมื่นกิโลเมตรต่อชั่วโมง เวลาวิ่งผ่านอากาศจะอัดอากาศด้านหน้าของมันทำให้ร้อนมากๆ เป็นพันองศาเซลเซียส ของร้อนๆจะเปล่งแสงออกมา เราจึงเห็นแสงไฟสว่างมากๆ

อุกกาบาตลูกนี้มีขนาดเล็กกว่าที่รัสเซียเมื่อสองปีที่แล้ว อันนั้นมีเสียงดังทำกระจกแตกด้วย ผมเคยเอามาคุยกับเด็กๆและบันทึกไว้ที่นี่ครับ

จากนั้นผมก็ถามเด็กๆว่ารู้ไหมทำไมอุกกาบาตถึงวิ่งเร็วจัง หลายๆคนก็เสนอไอเดียหลายอย่าง พอเสนอกันเสร็จผมก็ทำการทดลองให้เด็กๆดู:

ปล่อยถุงดินน้ำมันสองกิโลกรัมใส่โต๊ะที่ความสูงต่างๆ ฟังเสียงที่ดังต่างๆกัน ให้เข้าใจว่าของยิ่งตกจากที่สูง ยิ่งตกเร็วขึ้น อุกกาบาตมันตกมาสู่โลกจากที่ไกลๆมาก ความเร็วตอนมันมาถึงโลกถึงเป็นหลายหมื่นกิโลเมตรต่อชั่วโมง หรือเร็วกว่ากระสุนปืนสั้นเป็นสิบๆเท่า (เด็กประถมต้น)
ปล่อยก้อนดินน้ำมันใส่โต๊ะที่ความสูงต่างๆ แล้วฟังเสียงเปรียบเทียบ

ผมทำการทดลองปล่อยถุงดินน้ำมันสองกิโลกรัมใส่โต๊ะที่ความสูงต่างๆ ฟังเสียงที่ดังต่างๆกัน ให้เข้าใจว่าของยิ่งตกจากที่สูง ยิ่งตกเร็วขึ้น อุกกาบาตมันตกมาสู่โลกจากที่ไกลๆมาก ความเร็วตอนมันมาถึงโลกถึงเป็นหลายหมื่นกิโลเมตรต่อชั่วโมง หรือเร็วกว่ากระสุนปืนสั้นเป็นสิบๆเท่า

สำหรับเด็กประถมต้น การทดลองต่อไปคือการปล่อยลูกตุ้มดินน้ำมันให้เด็กๆสังเกตว่าตอนลูกตุ้มอยู่สูง ความเร็วมันจะต่ำ ที่ระดับความสูงสูงสุด ความเร็วมันเป็นศูนย์ก่อนจะเริ่มตกลงโดยความเร็วจะมากขึ้นเรื่อยๆ จนความเร็วมากที่สุดเมื่อลูกตุ้มอยู่ระดับต่ำสุด แล้วความเร็วก็จะค่อยๆลดลงเมื่อลูกตุ้มแกว่งไปอีกข้างสูงขึ้นเรื่อยๆ จนไปหยุดที่ระดับสูงสูด ก่อนเริ่มตกลงมาใหม่

สิ่งที่ทำให้ลูกตุ้มแกว่งไปมาก็คือแรงโน้มถ่วงที่โลกดูดลูกตุ้มครับ นอกจากลูกตุ้มแล้ว โลกยังมีแรงโน้มถ่วงดูดทุกสิ่งทุกอย่าง รวมถึงตัวเรา ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ ดาวพลูโต ฯลฯ แต่แรงโน้มถ่วงจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อระยะห่างเพิ่มขึ้น (แปรผกผันกับระยะห่างยกกำลังสอง) แรงโน้มถ่วงที่ดึงตัวเราก็คือน้ำหนักของเรานั่นเองครับ (ความจริงแรงโน้มถ่วงมีระหว่างทุกสิ่งทุกอย่างในจักรวาลนั่นแหละครับ ไม่ใช่เฉพาะโลก ตัวเราก็ดึงดูดกันแต่แรงมันน้อยจนไม่รู้สึก)

สิ่งที่สำคัญที่เด็กๆควรสังเกตก็คือ ถ้าปล่อยลูกตุ้มลงไปโดยไม่ผลัก ปล่อยแบบให้มันตกลงไปตามน้ำหนักของมัน ลูกตุ้มจะแกว่งไปมาแต่ไม่เคยขึ้นมาระดับที่สูงเกินระดับที่ปล่อยตอนต้นเลย ในอนาคตเมื่อเด็กโตขึ้น เขาจะได้เข้าใจว่าเป็นเพราะพลังงานศักย์โน้มถ่วงกับพลังงานจลน์การเคลื่อนที่ จะเปลี่ยนรูปกลับไปมา แต่พลังงานรวมจะไม่เพิ่มขึ้นครับ

จากนั้นเราก็ลองปล่อยลูกตุ้มใกล้ๆหน้าแต่ละคน แล้วลุ้นว่าลูกตุ้มจะแกว่งมาชนหน้ากันไหม:

เนื่องเวลาดาวต่างๆโคจรรอบๆกัน แรงที่ทำให้เกิดการโคจรก็คือแรงโน้มถ่วงเหมือนกับที่ดูดลูกตุ้มให้แกว่ง เราจึงสามารถมองการโคจรว่าเป็นการ “แกว่ง” รอบๆกันได้เหมือนกันครับ คือเป็นการเคลื่อนที่แบบซ้ำไปเรื่อยๆแบบหนึ่ง นอกจากจากนี้ วงโคจรที่เกิดจากแรงโน้มถ่วง จะเป็นวงรี เช่นโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรีน้อยๆจนเกือบเป็นวงกลม หรือดาวหางโคจรเป็นวงรีมากๆรอบดวงอาทิตย์ เวลาดาวหางอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มันจะวิ่งเร็ว เวลาอยู่ไกลจะวิ่งช้า คล้ายๆลูกตุ้มที่เคลื่อนที่เร็วเมื่ออยู่ใกล้พื้น และเคลื่อนที่ช้าเมื่ออยู่ห่างจากพื้นมากขึ้น ผมให้เด็กๆดูวิดีโอคลิปนี้เป็นแบบจำลองการเคลื่อนที่ของดาวหางรอบดวงอาทิตย์ครับ:

ภาพบรรยากาศครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ:

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมให้ทดลองเล่น “ยิงปืนใหญ่” ต่อจากสัปดาห์ที่แล้วครับ คราวนี้ให้เด็กๆวัดระยะที่กระสุนตกเมื่อเปลี่ยนมุมในการยิง เด็กๆพบว่ากระสุนไปได้ไกลสุดที่มุมน้อยกว่า 45 องศา ซึ่งตรงกับทฤษฎีที่รวมแรงต้านอากาศไปคำนวณด้วยครับ:

ผมบอกเด็กๆว่าถ้าไม่มีแรงต้านอากาศ กระสุนจะไปไกลสุดที่มุม 45 องศา และถ้ามุมสองมุมรวมกันได้ 90 องศา ระยะกระสุนของทั้งสองมุมจะเท่ากันครับ เช่นระยะของมุม 30 จะเท่ากับของ 60 องศาเป็นต้น

ภาพบรรยากาศครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ:

สำหรับเด็กอนุบาล 3/2 ผมให้ทำกิจกรรมเสียงและปี่หลอดกาแฟเหมือน 3/1 เมื่อสัปดาห์ที่แล้วครับ คือให้เข้าใจว่าการสั่นสะเทือนทำให้เกิดเสียงโดยให้จับคอตัวเองขณะที่พูดไปด้วย ให้รู้สึกถึงการสั่นสะเทือนของกล่องเสียงในคอ และได้เล่นปี่หลอดแบบคลิปข้างล่างครับ:

บรรยากาศอนุบาลครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ:

 

2 thoughts on “อุกกาบาต! เริ่มเข้าใจเรื่องพลังงาน ระยะปืนใหญ่กับมุม เล่นปี่หลอดกาแฟ”

Leave a Reply

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