ลูกตุ้มเลื้อย สนุกกับสารเคมี คอปเตอร์กระดาษ

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมต้นได้ทำกิจกรรมการแกว่งของลูกตุ้มกันต่อ ได้วัดความยาวที่เหมาะสมแล้วมาประกอบกันเป็นแถวเพื่อให้ลูกตุ้มแกว่งตามๆกันไปเหมือนงูเลื้อย เด็กประถมปลายได้เห็นปฏิกริยาเคมีด่างทับทิม+ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และด่างทับทิม+กลีเซอรอล เด็กอนุบาลสามได้หัดทำและเล่นของเล่นคอปเตอร์กระดาษกันครับ

(อัลบั้มภาพกิจกรรมอยู่ที่นี่ครับ คราวที่แล้วเรื่อง “หัดวัดคาบการแกว่งลูกตุ้ม “แม่เหล็กดูดกระดาษ” เคลื่อนที่เป็นวงกลม” ครับ)

จากสัปดาห์ที่แล้วที่เด็กๆประถมต้นได้ทดลองวัดคาบการแกว่งของลูกตุ้มที่มีความยาวแตกต่างกัน และพบว่าถ้าความยาวลูกตุ้มมากคาบการแกว่งก็มาก ถ้าลูกตุ้มสั้นคาบการแกว่งก็สั้นครับ สรุปมาเป็นกราฟแบบนี้:

เด็กๆประถมต้นช่วยกันวัดคาบการแกว่งลูกตุ้มความยาวต่างๆกันครับ จุดกลมๆคือข้อมูลที่เด็กๆประถมต้นช่วยกันวัด เทียบกับทฤษฎีที่เป็นเส้นทึบครับถ้าคิดค่าความเร่งจากแรงโน้มถ่วง (ค่า g) จะได้ g = 9.89 m/s^2 คลาดเคลื่อนจากค่ามาตรฐานไม่ถึงหนึ่งเปอร์เซ็นต์ครับ
เด็กๆประถมต้นช่วยกันวัดคาบการแกว่งลูกตุ้มความยาวต่างๆกันครับ จุดกลมๆคือข้อมูลที่เด็กๆประถมต้นช่วยกันวัด เทียบกับทฤษฎีที่เป็นเส้นทึบครับถ้าคิดค่าความเร่งจากแรงโน้มถ่วง (ค่า g) จะได้ g = 9.89 m/s^2 คลาดเคลื่อนจากค่ามาตรฐานไม่ถึงหนึ่งเปอร์เซ็นต์ครับ

จากความสัมพันธ์ระหว่างคาบการแกว่งกับความยาวลูกตุ้ม เราก็สามารถสร้างลูกตุ้มที่ความยาวต่างๆให้แกว่งด้วยคาบที่เราต้องการได้ครับ เช่นถ้าต้องการให้แกว่ง 60 ครั้งต่อนาที ก็แปลว่าคาบของมันเท่ากับ 1 วินาที แล้วเราก็ไปหาว่าความยาวแค่ไหนจะแกว่งที่คาบเท่ากับ 1 วินาที เราจะพบว่าความยาวต้องเป็น 25 เซ็นติเมตรเป็นต้น (ความสัมพันธ์ที่ได้จากการทดลองระหว่างคาบเป็นวินาที (T) และความยาวของลูกตุ้มเป็นเซ็นติเมตร (L) คือ T = 0.199825 x รูทที่สองของ L หรือ L = 25.0438 T2 ครับ)

ผมแบ่งนักเรียนเป็นกลุ่มๆแล้วให้แต่ละกลุ่มสร้างลูกตุ้มที่ความยาวดังนี้ครับ:  21.3 ซ.ม., 22.0 ซ.ม., 22.7 ซ.ม., 23.5 ซ.ม., 24.2 ซ.ม., 25.0 ซ.ม., 25.9 ซ.ม., 26.8 ซ.ม., 27.7 ซ.ม., 28.7 ซ.ม., 29.8 ซ.ม., 30.9 ซ.ม., 32.1 ซ.ม., 33.3 ซ.ม., 34.7 ซ.ม. โดยที่แต่ละกลุ่มไม่ได้สร้างทุกความยาว แต่เลือกไปแค่ 3 ความยาวเท่านั้นครับ

ความยาวเหล่านี้เป็นความยาวของลูกตุ้มที่จะแกว่ง 65, 64, 63, 62, …, 53, 52, 51 ครั้งต่อนาที โดยผมคำนวณมาจากกราฟที่เด็กๆเก็บข้อมูลสัปดาห์ที่แล้วครับ

หลังจากเด็กๆสร้างลูกตุ้มเสร็จ ผมก็ให้นับว่าในหนึ่งนาที ลูกตุ้มแกว่งได้กี่ครั้ง ซึ่งก็ตรงกับจำนวนครั้งที่ต้องการครับ

ผมเอาลูกตุ้มความยาวต่างๆ 15 อัน มาห้อยเรียงกัน แล้วปล่อยให้แกว่งพร้อมๆกันดังในคลิปครับ อันที่สั้นก็จะครบรอบเร็วกว่าอันยาว ทำให้ตาเรามองเหมือนลูกตุ้มมันเลื้อยไปมา เด็กๆก็ตื้นเต้นพอประมาณครับ:

คุณ brusspup ทำลูกตุ้มแบบนี้อย่างระมัดระวังให้ความยาวเป๊ะๆและเรืองแสงด้วยทำให้ดูสวยงามมากครับ:

อันนี้เป็นอันแรกที่ผมเคยเห็น เป็นอุปกรณ์ที่โชว์ที่มหาวิทยาลัย Harvard ครับ:

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมทำการทดลองสารเคมีให้ดูกัน ผมเอาด่างทับทิม หรือที่มีชื่อทางเคมีว่าโปแตสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO4) มาให้เด็กๆดู ตอนมันแห้งก็มีสีดำๆน้ำตาลๆ ถ้าเอาเกร็ดเล็กๆหยดลงไปในน้ำจะได้สีม่วงสวยๆอย่างนี้ครับ:

เกร็ดด่างทับทิบตกลงไปในน้ำ
เกร็ดด่างทับทิบตกลงไปในน้ำ

ถ้าเราคนๆสักพักน้ำจะเป็นสีม่วงๆครับ ด่างทับทิมที่ปริมาณน้อยให้น้ำมีสีม่วงนิดเดียวจะใช้ฆ่าเชื้อโรคในน้ำและแช่ล้างผักได้ ถ้าม่วงเข้มขึ้นมาอีกหน่อยจะใช้ล้างแผลได้ครับ สาเหตุที่ด่างทับทิมมันเก่งอย่างนี้ก็เพราะมันเป็นสารที่ “ออกซิไดซ์” เก่ง คือมันชอบดึงอิเล็คตรอนชาวบ้านมา ถ้ามันไปดึงจากเซลล์ราเซลล์แบคทีเรีย เซลล์พวกนั้นก็จะเสียหายและตายในที่สุด มันจึงเป็นสารฆ่าเชื้อโรคได้ แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นมันก็สามารถทำให้เซลล์เราเสียหายได้ด้วยครับ จึงไม่ควรโดนมากนัก

สารเคมีอีกตัวทีเอามาก็คือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์แบบเจือจาง (3%) ที่ซื้อมาจากร้านขายยาครับ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มีสูตรเคมีว่า H2O2 และเป็นสารที่ออกซิไดซ์เก่งอีกตัวครับ ถ้ามีความเข้มข้นสูงๆสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงจรวดด้วยครับ เมื่อเราเอาไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ผสมด่างทับทิม ส่วนผสมจะร้อนและปล่อยก๊าซออกซิเจนออกมาเยอะครับ ถ้าความเข้มข้นสูงๆเช่น 16-30% ความร้อนจะมาก มากจนน้ำในส่วนผสมเดือดกลายเป็นไอด้วยครับ คลิปข้างล่างเป็นการทดลองผสมดูครับ:

อีกการทดลองที่ทำกันคือเอาด่างทับทิมกับกลีเซอรินผสมกันครับ กลีเซอรินเป็นของเหลวหนึดๆใสๆ ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆเช่นอาหารและยา ผสมเพื่อให้ส่วนผสมชื้นๆและหนืดๆ หรือถ้าเราเล่นที่บ้านก็คือเอามาเป็นส่วนผสมสำหรับทำฟองสบู่ใหญ่ๆ สูตรเคมีของกลีเซอรินคือ C3H8O3 ครับ  ถ้าผสมกลีเซอรินกับด่างทับทิม ด่างทับทิมจะทำการออกซิไดซ์ทำให้ร้อนขึ้นๆจนเกิดเปลวไฟครับ:

สำหรับเด็กๆอนุบาลสามทับหนึ่ง ผมสอนวิธีทำคอปเตอร์กระดาษ จะได้ไปหัดทำเล่นเองครับ เราเริ่มด้วยกระดาษสี่เหลี่ยมผืนผ้าครับ ตัวอย่างขนาดแบบหมุนช้าๆก็เช่นเอากระดาษ A4 มาตัดตามขวาง 8 ชิ้นเท่าๆกันแล้วเอามาใช้ชิ้นหนึ่ง (ขนาดประมาณ 21 ซ.ม. x 3.7 ซ.ม.) ถ้าจะให้หมุนเร็วๆก็ขนาดเล็กลง เช่น 2 ซ.ม. x 5 ซ.ม. แล้วตัดดังในรูปต่อไปนี้ครับ:

ถ้าทำอันใหญ่ๆหรือตัดจากกระดาษแข็ง อาจต้องถ่วงน้ำหนักด้วยคลิปหนีบกระดาษให้มันตกลงตรงๆด้วยครับ

เด็กๆเอาคอปเตอร์กระดาษไปเล่นกันครับ:

นี่คือภาพบรรยากาศนะครับ อัลบั้มเต็มๆอยู่ที่นี่นะครับ

One thought on “ลูกตุ้มเลื้อย สนุกกับสารเคมี คอปเตอร์กระดาษ”

Leave a Reply

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