สูญญากาศมหัศจรรย์

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

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

(คราวที่แล้วเรื่อง “เรียนรู้เรื่องการเผาไหม้ อากาศร้อน และกลลูกโป่งลนไฟ” ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนเฟิร์น และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เราเรียนรู้เรื่องแรงดันอากาศด้วยไม้ดันท่อ ดูวิดีโอลูกปิงปองความเร็วเหนือเสียง ทดลองเปิดขวดไวน์โดยทุบกับกำแพง และใช้แรงดันอากาศบี้กระป๋องน้ำอัดลม

ก่อนอื่นผมเอาไม้ดันท่อ หรือไม้สูบส้วม (Plunger) มาให้เด็กๆเล่นกันครับ (ผมซื้อใหม่ทุกปีและไม่เคยนำไปใช้ก่อนนำมาทำการทดลองกับเด็กๆ) เด็กๆได้กดบนพื้นเรียบและพื้นขรุขระแล้วดูว่าเวลาดึงออกจากพื้นใช้แรงมากอย่างไร แรงที่เราต้องใช้ในการดึงเจ้าไม้ออกจากพื้นคือแรงที่ต้องสู้กับความดันอากาศนั่นเอง

ที่พื้นผิวโลกอากาศจะกดดันพื้นที่ต่างๆด้วยความดันเหมือนของหนักสิบตันต่อตารางเมตร หรือหนึ่งกิโลกรัมต่อตารางเซ็นติเมตร หรือพอๆกับน้ำหนักของช้างสองตัวต่อตารางเมตร (ให้เด็กๆวาดพื้นที่บนพื้นขนาด 1 เมตร x 1 เมตร แล้วจินตนาการว่ามีช้างสองตัวมาเหยียบ ให้มีความรู้สึกถึงปริมาณแรงกดจากอากาศ)

เวลาเรากดไม้ลงไป เราจะไล่อากาศออกไปจากบริเวณที่เบ้ายางประกบกับพื้น ความดันอากาศภายในเบ้ายางจะลดลงตามปริมาณอากาศที่ลดลง ความดันอากาศภายในเบ้ายางจึงน้อยกว่าความดันอากาศภายนอก เบ้ายางจึงถูกกดให้แนบสนิทกับพื้น ทำให้ดึงออกยาก แต่ถ้าพื้นขรุขระ พื้นจะมีช่องเล็กๆให้อากาศจากภายนอกไหลเข้าไปในเบ้ายางได้ง่ายๆ ทำให้ดึงออกง่าย

ทดลองกดแล้วดึงกันครับ

จากนั้นผมก็เอาไม้ดันท่อสองอันมาประกบกัน ไล่อากาศในเบ้ายางออกไปมากๆ แล้วให้เด็กโหนครับ รับน้ำหนักได้ประมาณยี่สิบกิโลครับ:

จากนั้นผมก็เล่าให้เด็กๆฟังถึงเรื่องที่มีคนทดลองหาท่อพลาสติกยาวๆ ใส่ลูกปิงปองเข้าไป แล้วปิดปลายสองข้างด้วยแผ่นพลาสติกเหนียวบางๆ แล้วสูบอากาศออกจากท่อให้ข้างในเป็นสูญญากาศ แล้วถามเด็กๆว่าถ้าเจาะรูที่แผ่นพลาสติกข้างหนึ่งจะเกิดอะไรขึ้น เด็กๆส่วนใหญ่เข้าใจว่าจะมีอากาศไหลเข้าไปในท่อพลาสติก ผมถามต่อว่าแล้วลูกปิงปองจะเป็นยังไง เด็กๆคิดว่าอากาศคงดันลูกปิงปอง ผมให้เดาว่าลูกปิงปองจะวิ่งเร็วไหม เด็กๆไม่แน่ใจ ผมจึงให้ดูวิดีโอคลิปนี้ครับ:

ปรากฎว่าลูกปิงปองวิ่งออกมาด้วยความเร็วสูงมาก บางครั้งเร็วกว่าเสียง สามารถทะลุกระป๋องเครื่องดื่มอลูมิเนียมหรือแตงโมได้เลย

คลิปต่อไปคือภาพสโลโมชั่นของลูกปิงปองความเร็วเหนือเสียงวิ่งกระทบไม้ปิงปองครับ:

สำหรับผู้ที่สนใจรายละเอียดเพิ่มเติม ลองดูวิดีโอนี้ต่อครับ:

การทดลองต่อไปคือการต้มน้ำในกระป๋องน้ำอัดลมอลูมิเนียมเพื่อไล่อากาศออก แล้วเอาไปจุ่มในน้ำให้น้ำปิดช่องที่เปิดด้านบน เมื่อเราต้มน้ำให้ร้อนเป็นไอ อากาศในกระป๋องจะร้อนตามและวิ่งออกมาจากกระป๋องทำให้ปริมาณอากาศในกระป๋องน้อยกว่าปกติ พอเราเอาไปคว่ำในน้ำ อากาศและกระป๋องจะเย็นลงอย่างรวดเร็ว อากาศร้อนๆในกระป๋องเย็นลงก็หดตัว ทำให้ความดันภายในกระป๋องน้อย ความดันอากาศข้างนอกมากกว่าจึงทำให้กระป๋องบี้แบนได้ดังในคลิปสองคลิปนี้ครับ:

ผมอธิบายให้เด็กประถมหนึ่งและสองว่ามันเหมือนกับการที่ผมสูบอากาศออกจากขวดพลาสติกแล้วขวดพลาสติกถูกอากาศภายนอกบีบให้แบนครับ:

นี่คือคลิปที่ผมอธิบายให้เด็กประถมสามถึงหกฟังครับ:

สำหรับเด็กประถมสามถึงหก ผมทำการทดลองเปิดขวดไวน์โดยจับขวดกระแทกกับผนังด้วยครับ ถ้าเราเอาผ้าขนหนูมาห่อก้นขวดแล้วจับกระแทกกับผนังในแนวนอนสักพัก จุกคอร์กจะค่อยๆหลุดออกมาครับ:

กลไกการทำงานของการเปิดจุกนี้คล้ายๆกับกลตบขวดให้แตกที่ผมเคยบันทึกไว้นะครับ กล่าวคือเมื่อเวลาเราจับขวดแกว่งเข้าใส่กำแพง ของเหลวในขวดจะมาออกันที่ปากขวดและจุกคอร์ก เมื่อก้นขวดกระทบผนังขวดจะหยุดเคลื่อนไหว แต่ของเหลวก็ยังจะวิ่งไปหาผนังอีกเพราะความเฉื่อย (เหมือนเวลารถเบรกแล้วเราหัวคะมำน่ะครับ) บริเวณปากขวดและจุกคอร์กก็มีความดันต่ำ เกิดฟองที่เป็นสูญญากาศความดันต่ำ เมื่อเวลาผ่านไปแป๊บนึง (เป็นเศษส่วนพันของวินาที) ของเหลวก็จะวิ่งเข้าไปเติมเต็มที่บริเวณฟองเหล่านั้นด้วยความเร็วสูงมาก ของเหลวจึงชนจุกคอร์กอย่างแรง ทำให้จุกคอร์กค่อยๆหลุดออกมา

สำหรับเด็กอนุบาล ผมให้เล่นไม้ดันท่อครับ โดยผมยกเด็กบางคนที่ตัวเล็กๆ นอกจากนี้เด็กๆได้ทดลองชักกะเย่อกันโดยที่ไม้ดันท่อต่อกันด้วยสูญญากาศตรงกลางครับ:

 
 

ต่อไปนี้คือบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ของเด็กๆครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Leave a Reply

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