จุดศูนย์ถ่วงและการทรงตัว

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆได้ทำการทดลองสามอย่างที่เกี่ยวกับจุดศูนย์ถ่วงและการทรงตัวครับ ได้ยืนให้ส้นเท้าและก้นติดผนังแล้วพยายามโน้มตัวลงมาเก็บของบนพื้นด้วยไม่ย่อเข่า ได้ทดลองหาจุดศูนย์ถ่วงของท่อพีวีซีที่ถ่วงปลายด้วยดินน้ำมันขนาดต่างๆ และได้เอาส้อมมาทรงตัวให้สมดุลผ่านก้านไม้จิ้มฟันครับ

(อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ คราวที่แล้วเรื่อง “ท่อกระดาษทรงพลัง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด ถุงพลาสติกยกคน“)

ก่อนอื่นผมให้เด็กๆดูวิดีโอนี้ครับ:

พวกเราได้เห็นการจับของมาเรียงกันให้สมดุลทรงตัวอยู่ได้อย่างเยี่ยมยอด ของที่จะถูกยกขึ้นมาผ่านตำแหน่งเดียว (เช่นใช้นิ้วเดียวยก หรือใช้เชือกผูก) โดยที่ของไม่หมุนแล้วตกลงไปนั้น ตำแหน่งที่ถูกยกจะต้องอยู่ในแนวเดียวกันกับจุดศูนย์ถ่วง (Center of Gravity) ของมัน 

ถ้าเราหยิบของมาแล้วจินตนาการว่ามันประกอบด้วยส่วนย่อยชิ้นเล็กๆเต็มไปหมดโดยที่แต่ละชิ้นเล็กๆก็มีน้ำหนักของมัน จุดศูนย์ถ่วงก็คือตำแหน่งเฉลี่ยของส่วนย่อยต่างๆโดยคำนึงถึงน้ำหนักของส่วนย่อยด้วย เช่นถ้าเรามีไม้บรรทัดตรงๆที่มีความกว้างความหนาและความหนาแน่นเท่ากันทั้งอัน จุดศูนย์ถ่วงมันก็อยู่ที่ตรงกลางไม้บรรทัด ถ้ามีลูกบอลหนักสองลูกต่อกันด้วยไม้แข็งเบาๆโดยที่ลูกบอลหนึ่งหนักกว่าอีกลูก จุดศูนย์ถ่วงก็จะอยู่บนเส้นที่ลากผ่านลูกบอลทั้งสอง แต่ใกล้ลูกบอลหนักมากกว่า

วิธีหาจุดศูนย์ถ่วงของอะไรที่มีลักษณะยาวๆก็ทำได้ดังในคลิปครับ:

สังเกตว่ามือที่ห่างจากจุดศูนย์ถ่วงมากกว่าจะมีแรงกดบนมือน้อยกว่า ความฝืดน้อยกว่าทำให้มือนั้นเริ่มขยับก่อน มือทั้งสองจะผลัดกันขยับโดยที่มือที่ห่างจากจุดศูนย์ถ่วงมากกว่าจะเป็นมือที่ขยับ จนในที่สุดมือทั้งสองก็จะไปเจอกันใต้จุดศูนย์ถ่วงครับ

การทดลองอีกอันก็คือเราไปยืนให้ส้นเท้าและหลังติดกับผนัง แล้วพยายามก้มลงเก็บของที่พื้นโดยไม่งอเข่า เราจะล้มเมื่อพยายามทำอย่างนั้น เพราะเมื่อเราก้มโดยที่เราไม่สามารถขยับน้ำหนักไปข้างหลัง (เพราะหลังติดกำแพงอยู่) จุดศูนย์ถ่วงของเราจะล้ำไปข้างหน้า อยู่ข้างหน้าเท้าของเรา แล้วตัวเราก็จะเริ่มเสียสมดุลย์แล้วล้มในที่สุด:

ถ้าเราสังเกตเวลาเราก้มตัวเก็บของ เราจะมีบางส่วนของร่างกายอยู่แนวหลังเท้าและบางส่วนอยู่แนวหน้าเท้าเสมอ เพราะไม่อย่างนั้นเราจะล้มเนื่องจากจุดศูนย์ถ่วงอยู่นอกบริเวณรับน้ำหนักที่เท้าครับ

ของเล่นคลาสสิคอันหนึ่งที่ใช้หลักการจุดศูนย์ถ่วงนี้ก็คือการเอาส้อมสองอันที่มีขนาดและน้ำหนักเท่าๆกันมาขัดกันให้ติด แล้วเสียบไม้จิ้มฟันเข้าไป จุดศูนย์ถ่วงของส้อมสองอันกับไม้จิ้มฟันจะอยู่ในแนวไม้จิ้มฟันทำให้เราสามารถเลี้ยงส้อมให้สมดุลอยู่ได้อย่างนะประหลาดใจครับ:

ถ้าเอาส้อมขัดกันให้ติดกันไม่ได้ หาจุกคอร์กมาเสียบก็ได้นะครับ:

DSC01591
นอกจากนี้เราก็สามารถเอาหลอดพลาสติกยาวๆถ่วงดินน้ำมันทั้งสองข้างเท่าๆกัน แล้วเจาะรูตรงกลางเสียบไม้จิ้มฟันให้สมดุลอยู่ได้ด้วยครับ:

จากนั้นเด็กๆก็แยกย้ายกันทำกิจกรรมทั้งสามอย่าง (ยืนติดผนัง หาจุดศูนย์ถ่วงของท่อ PVC และทำส้อมสมดุลกันครับ) อัลบั้มภาพเต็มๆอยู่ที่นี่นะครับ

One thought on “จุดศูนย์ถ่วงและการทรงตัว”

Leave a Reply

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