การเคลื่อนที่เป็นวงกลมสำหรับประถม สมดุลสำหรับอนุบาล

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมต้นได้ลองวิ่งเป็นวงกลมเล็กและวงกลมใหญ่ ให้สังเกตว่าวิ่งแบบไหนลื่นง่ายกว่ากัน เด็กประถมทั้งต้นและปลายได้ทดลองกับอุปกรณ์หลายอย่างเพื่อเข้าใจว่าการเคลื่อนที่เป็นวงกลมต้องมีแรงสู่ศูนย์กลางทำให้เป็นวงกลม ไม่งั้นจะวิ่งเป็นเส้นตรง เด็กอนุบาลสามได้ทดลองเกี่ยวกับสมดุลและการทรงตัวครับ

(อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ คราวที่แล้วเรื่อง “คุยกันเรื่องจรวด ทำจรวดลูกโป่ง สมดุลสำหรับเด็กอนุบาล” ครับ)

สำหรับเด็กประถม ผมแสดงกลวิทยาศาสตร์นี้ก่อนครับ:

ถ้าใครไม่เคยเห็นกลนี้ จะเป็นเรื่องน่าตื่นเต้นมากเลยครับว่าทำไมเหรียญถึงไม่ตกลงมาเวลาเราแกว่งไม้แขวนเสื้อ มันเป็นเรื่องเดียวกันกับแรงโน้มถ่วงเทียมที่เราเคยคุยกันไปแล้วที่นี่ และได้ทำการทดลองแบบคลิปนี้ครับ:

สำหรับน้ำในคลิปแรงโน้มถ่วงเทียม สาเหตุที่น้ำไม่หกลงมาก็เพราะว่าการที่เราแกว่งกระป๋องเป็นวงกลมอย่างนั้น ก้นกระป๋องจะเป็นตัวบังคับไม่ให้น้ำเคลื่อนที่ไปอย่างอิสระออกไปจากวงหมุน (เนื่องจากน้ำมีความเฉื่อย เมื่อมันเคลื่อนที่อย่างไรมันก็จะอยากเคลื่อนที่ไปอย่างเดิมด้วยความเร็วเดิม จนกระทั่งมีแรงมากระทำกับมัน ถ้าไม่มีก้นกระป๋องมาบังคับ น้ำก็จะกระเด็นไปในแนวเฉียดไปกับวงกลมที่เราแกว่งกระป๋องอยู่) ผลของการที่ก้นกระป๋องบังคับน้ำให้เคลื่อนที่เป็นวงกลมก็คือดูเหมือนมีแรงเทียมๆอันหนึ่งดูดน้ำให้ติดกับก้นแก้ว ทำหน้าที่เปรียบเสมือนแรงโน้มถ่วง เราเลยเรียกมันว่าแรงโน้มถ่วงเทียม

จากนั้นผมก็ให้เด็กประถมทดลองวิ่งเป็นวงกลมกันครับ ให้สังเกตว่าลักษณะการลื่นเป็นอย่างไร (“แหกโค้ง”) เวลาวิ่งเร็วแล้วยากกว่าวิ่งช้าไหม (ยากกว่า) วิ่งเป็นวงกลมเล็กกับวงกลมใหญ่แบบไหนยากกว่ากัน (ถ้าวิ่งเร็วเท่ากัน วิ่งวงกลมเล็กยากกว่า)

วิ่งเป็นวงกลมกันประมาณนี้ครับ
วิ่งเป็นวงกลมกันประมาณนี้ครับ

จากนั้นผมก็เอารถบังคับมาวิ่งแล้วดริฟท์ให้เด็กๆดูกันครับ ให้เด็กๆคิดว่าถ้าจะให้ดริฟท์มากๆต้องทำไงบ้าง เด็กๆก็เสนอความเห็นว่า ให้วิ่งเร็วๆ ให้หักเลี้ยวเยอะๆ ให้วิ่งบนพื้นลื่นๆ ให้วิ่งบนกระดาษลื่นๆ ให้ทำให้ล้อลื่นๆ

ผมเอาแก้วพลาสติกใสมาครอบลูกแก้วสองสามลูก แล้วขยับๆแก้วให้ลูกแก้ววิ่งเป็นวงกลมอยู่ข้างในตามขอบ ให้เด็กๆเดาว่าถ้ายกแก้วพลาสติกขึ้น ลูกแก้วต่างๆจะเคลื่อนที่อย่างไร ใครคิดว่ามันจะวิ่งแบบโค้งๆออกไป ใครคิดว่ามันจะวิ่งตรงๆ ใครคิดว่ามันจะวิ่งเป็นวงกลมเหมือนเดิม ให้เด็กๆยกมือกัน หลังจากเด็กๆเดากันแล้ว เราก็ทดลองยกแก้วจริงๆ ปรากฎว่าลูกแก้ววิ่งออกเป็นเส้นตรงไปตามทิศทางสุดท้ายที่มันวิ่งอยู่ในแก้วครับ ออกไปในในทิศทางตามแนวเส้นสัมผัสขอบแก้วพลาสติก ผมให้เด็กประถมต้นลองเล่นกันเองว่าทำให้ลูกแก้ววิ่งโค้งๆได้ไหม ปรากฎว่าปล่อยออกมามันก็วิ่งตรงๆหมดครับ ผมแนะนำว่าถ้าใครเคยเห็นโบว์ลิ่ง ถ้าลูกโบว์ลิ่งมันหมุนมากๆในคนละแนวกับทิศทางการเคลื่อนที่ของมัน มันจะเริ่มเลี้ยวโค้งได้เพราะมันเริ่มวิ่งจากการหมุนของมัน ในกรณีของเราไม่เจอเหตุการณ์แบบนั้น

ขยับแก้วให้ลูกแก้วข้างในวิ่งเป็นวงกลม
ขยับแก้วให้ลูกแก้วข้างในวิ่งเป็นวงกลม

จากนั้นผมก็เอาอุปกรณ์ที่แสดงว่าถ้าของอะไรเคลื่อนที่เป็นวงกลม มันต้องมีแรงบังคับให้มันวิ่งแบบนั้น ถ้าไม่มีแรง มันจะวิ่งออกไปเป็นเส้นตรงตามความเฉื่อยของมัน (เด็กประถมปลายเคยได้ยินแล้วว่าเป็นกฎข้อหนึ่งของนิวตัน)  ทำอุปกรณ์แบบในคลิปครับ:

จากนั้นผมก็เอาขวดพลาสติกที่ใส่ลูกปืนกลมๆมาแกว่งให้เด็กๆดูครับ ผนังภายในของขวดจะบังคับให้ลูกปืนกลิ้งเป็นวงๆอยู่ภายใน เมื่อลูกปืนตกลงไปแถวปากขวดที่แคบลง มันก็จะวิ่งเร็วขึ้นเพราะการอนุรักษ์ปริมาณการหมุน (โมเมนตัมเชิงมุม):

กิจกรรมเหล่านี้ต่างอาศัยหลักการธรรมชาติที่ว่าถ้าสิ่งของที่เคลื่อนที่จะเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่หรืออัตราเร็วในการเคลื่อนที่ จะต้องมีแรงมาทำให้สิ่งของนั้นเปลี่ยน ถ้าไม่มีแรงอะไรมากระทำ สิ่งของก็จะไม่เปลี่ยนการเคลื่อนที่เพราะมีมีความเฉื่อย ในกรณีที่สิ่งของเคลื่อนที่เป็นวงกลม (ซึ่งทิศทางการเคลื่อนที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา) แรงที่มากระทำจะมีทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลางของการเคลื่อนที่เป็นวงกลมนั้น เช่นในกรณีเหรียญบนไม้แขวนเสื้อ จุกคอร์กที่รองเหรียญจะดันเหรียญในทิศทางสู่ศูนย์กลางการหมุน (ที่เราเอานิ้วคล้องไว้) เวลาวิ่งเป็นวงกลม แรงเสียดทานที่พื้นส่วนที่ชี้เข้าหาศูนย์กลางวงกลมก็จะเป็นแรงที่ทำให้เราวิ่งเป็นวงกลมได้  เวลาเราให้ลูกแก้วหรือลูกปืนเคลื่อนที่เป็นวงกลม ผนังแก้วพลาสติกหรือขวดพลาสติกก็จะออกแรงดันลูกแก้วหรือลูกปืนให้วิ่งเป็นวงครับ

หลังจากผมสาธิตวิธีเล่นต่างๆ เด็กๆก็แยกย้ายกันประดิษฐ์และเล่นเองครับ

สำหรับเด็กอนุบาลสามห้อง 3/2 ผมก็ให้ทำกิจกรรมก้มเก็บเหรียญ และหาจุดศูนย์ถ่วงของท่อพีวีซีที่ถ่วงดินน้ำมันแบบต่างๆเหมือนกับที่เคยอธิบายไว้ที่ “จุดศูนย์ถ่วงและการทรงตัว” ครับ

ตัวอย่างภาพบรรยากาศกิจกรรมและบันทึกที่เด็กๆบันทึกกันเองครับ อัลบั้มภาพเต็มอยู่ที่นี่ครับ:

One thought on “การเคลื่อนที่เป็นวงกลมสำหรับประถม สมดุลสำหรับอนุบาล”

Leave a Reply

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