สอนวิทย์มัธยม 1: การเปรียบเทียบ การแปลงหน่วย การประมาณหยาบๆ (Order of Magnitude Estimate)

สัปดาห์นี้ผมคุยกับเด็กๆม. 1 กลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมเรื่องเกี่ยวกับการทำความเข้าใจปริมาณต่างๆครับ

ตอนเราเริ่ม เรามีกิจกรรมหาข้อมูลจากอินเทอร์เน็ตครับ สิ่งทีเราได้รู้จากกิจกรรมคือ 

  1. วัตถุขนาดที่เรามองเห็นที่วิ่งเร็วที่สุดที่มนุษย์สร้างคือยานอวกาศ Juno ตอนเข้าใกล้ดาวพฤหัส มีความเร็วประมาณ 40 กิโลเมตรต่อวินาทีครับ หรือมากกว่า 1/10,000 ความเร็วแสงนิดหน่อย (แสงวิ่งเร็ว 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที)  ถ้าวิ่งด้วยความเร็วนี้ไปยังดาวที่ใกล้สุดจะใช้เวลาประมาณ 30,000 ปีครับ
  2. เพื่อเปรียบเทียบความเร็วนี้ เราพบว่ากระสุนปืนมีความเร็วประมาณ 1-3 เท่าความเร็วเสียง ถ้าปืนสั้นก็ช้าหน่อย ปืนยาวไรเฟิลก็เร็วหน่อย
  3. เสียงมีความเร็วประมาณ 340 เมตรต่อวินาทีในอากาศ หรือวิ่ง 1 กิโลเมตรใช้เวลาประมาณ 3 วินาที
  4. ยาน Juno วิ่งเร็วกว่ากระสุนปืนไรเฟิลประมาณ 40 เท่า
  5. แสงมีความเร็วเป็นประมาณล้านเท่าความเร็วเสียง เวลาฟ้าแลบแล้วเราจับเวลาว่ากี่วินาทีก่อนจะได้ยินฟ้าร้อง เราก็สามารถประมาณได้ว่าจุดที่เกิดฟ้าแลบฟ้าร้องห่างออกไปเท่ากับ 340 เมตรต่อวินาทีที่เรานับ
  6. เราได้ดูวิดีโอกระสุนวิ่งไปหาเป้าที่ห่างไป 800 เมตรครับ:

สืบเนื่องจากบันทึกสัปดาห์ที่แล้วเกี่ยวกับระยะทางระหว่างดาวมีหลายท่านแนะนำให้ดูวิดีโอนี้ครับ:

ในวิดีโอ ทีมงานทำระบบสุริยะจำลองในทะเลทรายครับ ให้ดวงอาทิตย์มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 1.5 เมตร ดาวเคราะห์ต่างๆก็มีขนาดเล็กๆเช่นโลกขนาดเท่าลูกแก้วเล็กๆ แต่ก็ต้องใช้ขนาดพื้นที่ยาว 10 กิโลเมตรเพื่อจำลองวงโคจรของดาวเคราะห์ทั้งหมดครับ

ผมให้เด็กๆดูวิดีโอเกี่ยวกับ Brownian Motion ซึ่งเป็นหลักฐานแรกๆที่แสดงถึงความมีตัวตนจริงๆของโมเลกุล โดยสังเกตของเล็กๆเช่นเขม่าควัน หรือเกสรดอกไม้บด จะพบว่าของเล็กๆจะขยับไปมาเพราะถูกโมเลกุลอากาศหรือน้ำมันวิ่งชนครับ:

ผมให้เด็กๆเล่นเว็บเพจ Scale of the Universe 2 ให้กดดูขนาดของสิ่งต่างๆเทียบกันครับ แนะนำให้เข้าไปเล่นกันนะครับ ข้างล่างคือภาพตัวอย่างครับ:

เด็กๆได้รู้จักการแปลงหน่วย โดยผมเน้นให้เขียนหน่วยและอัตราส่วนของหน่วยให้ชัดเจนเสมอ จะได้ไม่งง และรู้ตัวเมื่อผิดครับ

แปลงหน่วยให้ใส่อัตราส่วนระหว่างหน่วยให้ชัดเจน
แปลงหน่วยให้ใส่อัตราส่วนระหว่างหน่วยให้ชัดเจน

เด็กๆได้รู้จัก Order of Magnitude คือการนับของเป็นลำดับๆ แต่ละลำดับใหญ่เล็กต่างกัน 10 เท่า ได้รู้จัก prefix เช่นคำว่า centi-, milli-, micro-, nano-, kilo-, mega-, giga- ครับ:

ตาราง Order of Magnitude
ตาราง Order of Magnitude จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Order_of_magnitude ครับ

เด็กๆได้รู้จักการประมาณหยาบๆเช่นประมาณปริมาณนำ้ดื่มต่อวันของคนไทยทั้งประเทศ เช่นเราคิดก่อนว่าจำนวนคนไทยมีสักเท่าไร  ใกล้กับอันไหนระหว่าง 1, 10, 100, หรือ 1000 ล้านคน แล้วเราก็ตีว่า 100 ล้านก็แล้วกัน ต่อไปก็ประมาณว่าดื่มน้ำคนละเท่าไร 1/10, 1, หรือ10 ลิตร?  เราคิดว่าประมาณ 1 ลิตร ดังนั้นเราก็ประมาณปริมาณน้ำดื่มต่อวันของคนไทยเท่ากับประมาณ 1 ลิตร/คน/วัน x 100 ล้านคน = 100 ล้านลิตร/วัน

เด็กๆได้การบ้านไปคืออ่านบทที่สองของหนังสือปลาที่ว่ายในสนามฟุตบอลและให้บันทึกข้อสังเกตและความคิดทีได้ครับ ได้ประมาณแบบ Order of Magnitude สำหรับปัญหาที่เขาสนใจ และตอบคำถามเหล่านี้ครับ:

การบ้านจากวันที่ 3/6/2559 ทำให้เสร็จในสมุดจดก่อนเรียนวันพุธที่ 8/6/2559 เขียนวิธีคิดและคำตอบด้วยครับ เด็กคนหนึ่งสูง 4 ฟุต 2 นิ้ว  ความสูงของเด็กนี้เท่ากับกี่เซ็นติเมตร เด็กในข้อ 1 สูงกี่เมตร แปลงน้ำหนักของตัวเองเป็นปอนด์ แปลงความสูงตัวเองเป็นฟุตและนิ้ว (เช่นสูง 5ฟุต 1นิ้ว) อ่านคู่มือรถว่ารถที่บ้านต้องเติมลมล้อที่ความดันเท่าไร (มักจะวัดเป็นปอนด์ต่อตารางนิ้ว หรือภาษาอังกฤษว่า psi = pounds per square inch) แล้วแปลงความดันให้อยู่ในหน่วยกิโลกรัมต่อตารางเซ็นติเมตร ประมาณจำนวนครั้งที่หัวใจเต้นก่อนที่คนจะแก่ตาย (ประมาณแบบ Order of Magnitudes หรือตัวเลขประมาณกลมๆ) ประมาณจำนวนไข่ที่คนไทยกินต่อวัน (ประมาณแบบ Order of Magnitudes หรือตัวเลขประมาณกลมๆ) ประมาณจำนวนหมูที่คนไทยกินต่อวัน (ประมาณแบบ Order of Magnitudes หรือตัวเลขประมาณกลมๆ) 9.   ไปค้นหาดูว่าไวรัสที่เล็กที่สุด กับขนาดทรานซิสเตอร์ที่เล็กที่สุด อะไรเล็กกว่ากัน 10.  ไวรัสที่เล็กที่สุดมีขนาดประมาณเท่าไร ขนาดเป็นกี่เท่าของความสูงคน ถ้าเทียบให้ไวรัสมีขนาด 1 เซ็นติเมตร คนจะต้องสูงกี่เมตร
การบ้านส่วนหนึ่งครับ

 

One thought on “สอนวิทย์มัธยม 1: การเปรียบเทียบ การแปลงหน่วย การประมาณหยาบๆ (Order of Magnitude Estimate)”

Leave a Reply

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